Диссертация (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 8

Статистическая обработка полученных результатовПо каждому опыту вычислили дисперсию привеса [81]:5åDi =1= (Dmi - Dm) 2 ,Dmi(2.1)где Dmi , Dm - привес в i-том опыте и его среднее значение для данной серии.Вычисляли также средние значения привеса в двух параллельных опытах споследующим расчетом дисперсии (Таблица 3).Таблица 3.№ смесиОбработка результатов экспериментаСерия 1,привес TiO2,Dmi1, гСерия 2,привес TiO2,Dmi2, г123451,27721,16821,21691,39721,23501,20201,14381,25741,21021,0226Среднеезначениепривеса TiO2в двухсериях, Dm1,2396001,1560001,2371501,3037001,128800ДисперсияDDm(среднее издвух серий)0,0028280,0002980,0008200,0174840,022557ПримечаниеDDm max =0,022557NåDi =1Dm i= 0,044Кэ = 0,5128На основании полученных данных вычислили экспериментальный критерийКохрена [81]:KЭ =DDm max10åDi =1,(2.2)Dm iгде DDm max – значение максимальной дисперсии;10åDi= 1Dm i– сумма всех дисперсий в10 опытах.Вычисленный по результатам экспериментов критерий Кохрена КЭсравнивали с табличным значением КТ [81].Главным условием воспроизводимости является неравенствоКЭ < КТ(2.3)51Чем меньше Кэ, тем надёжнее воспроизводимость эксперимента.

В нашемслучае в 2-х сериях N при числе измерений в каждой серии m = 5 было проведеноn = N×m = 5×2 = 10 измерений. Найденный по этим параметрам табличныйкритерий Кохрена КТ = 0,841, что на 40 % больше экспериментального [75, 76].Точность воспроизводимости измерений привеса определяли по формуле:s D2m = DDm =1m×NNåDi =1Dm i= 0,0044(2.4)где m – число измерений в одной серии экспериментов, Δm иDm- привес водном эксперименте и средний привес одной серии; и DDm и DDm - дисперсияiпривеса n – го эксперимента и средняя дисперсия двух серий.Такимобразом,разработаннаяметодикапозволяетсвысокойвоспроизводимостью и точностью косвенно оценивать прочность сцеплениянаномодифицирующих частиц с поверхностью гранулята и определять степеньвлияния различных факторов на эту прочность.2.3.Основныефакторы,влияющиенапрочностьсцеплениямодификатора с гранулятомС помощью разработанной методики был проведен анализ факторов,влияющих на прочность связей между частицами в составе МХП [75, 76].

Понашему мнению, прочность соединения модифицирующей добавки с гранулятомопределяется следующими факторами:1) Качествомуглубленийвмодифицирующейповерхностикоторыхдобавки.пригранулята,смешиванииЭтотфакторт.е.наличиеммогутможетнеровностей,застреватьбытьчастицыхарактеризованшероховатостью поверхности. Возможно, что на прочность между частицамибудут оказывать влияние продукты взаимодействия поверхности гранулята сокружающей средой (наличие окислов и различных загрязнений).2) Химическим сродством гранулята и химической добавки.52Способность элементов вступать в химическое взаимодействие междусобой называют химическим сродством.

Критерием химического сродстваявляется значение констант равновесия реакций химического взаимодействияэлементов [82]. Чем больше значение константы взаимодействия, тем большесродство элементов друг другу и тем выше вероятность образования прочныххимических связей между компонентами.3) СоотношениеммасскомпонентовМХП,темколичеством(концентрацией) частиц, которое будет участвовать во взаимодействии.4) Энергией смешивания, определяющей характер взаимодействия междусмешиваемыми частицами (измельчение, внедрение более твёрдых частиц вповерхность менее твёрдых).5) Временем обработки в смесителе.Каждый из перечисленных факторов может меняться в определенномдиапазоне.

Например, качество поверхности гранулята можно изменять путёмпескоструйной, дробеструйной обработки на стадии получения крупки. Возможнотакже травление поверхности макрочастиц и пр. Химическая добавка в МХПопределяется составом свариваемого материала и требованиями, предъявляемымиксвариваемомусоединению(химическойстойкостью,хладоломкостью,прочностными свойствами, износостойкостью и др.). Изменение соотношениямасс компонентов МХП можно варьировать в широком диапазоне. Влияниефакторовэнергииивременисмешиванияопределяетсяконструкциейсмесительного оборудования, формой и объёмом смесительной ёмкости, а такжепринципом смешивания [76].Для определения наиболее значимых факторов, влияющих на прочностьсцепления химической добавки с гранулятом, использовали полный факторныйэксперимент [81, 83].При постоянстве двух факторов – качества поверхности гранулята егохимического сродства с модификатором, варьировали 3 входных фактора:53X 1 – соотношение масс исходных компонентов МХП:m2× 100% (m1 и m2 – массаm1гранулята и химической добавки TiO2 соответственно);X 2 – скорость вращения смесителя об/мин, косвенно определяющая энергиюсмешивания;X 3 – время обработки смеси в смесителе (мин).Выходным фактором эксперимента был выбран привес Y1 .

Факторы иуровни их варьирования приведены в Таблице 4.Таблица 4.Факторы и уровни их варьирования при проведении полнофакторногоэкспериментаФакторыУровни варьированияНатуральный видКодированныйвид-10+1ИнтервалварьированияСоотношение масс исходныхmкомпонентов МХП: 2 × 100 , %m1X11352X210356025X310203010Энергия смешивания, об/мин.Время обработки смеси в смесителе,мин.Были проведены 2 серии экспериментов [75, 76] по получению МХП: по 8 опытовв каждой серии. В процессе опытов поочередно менялись входные факторыX 1 , X 2 , X 3 в выбранных интервалах варьирования.

Результаты экспериментовпредставлены в приложении П.1, Таблица П.26.Полученныерезультатыподвергалистатистическойобработке.Рассчитывали средние значения привеса, оценивали величину дисперсии.Статистическая обработка полнофакторного эксперимента по приведенной вышеметодикесвидетельствуетовысокойвоспроизводимостииточностиэкспериментов (экспериментальное значение коэффициента Кохрена КЭ = 0,373меньше табличного КТ = 0,68).54На основании результатов, приведенных в Таблице П.26 (приложение П.1),были вычислены коэффициенты и получено соответствующее уравнениерегрессии:Y1 = 0,7160 + 0,3342 X 1 - 0,0405 X 2 + 0,0348 X 3 + 0,1186 X 12 + 0,0114 X 13 + 0,0077 X 23(2.5На Рис.

2.3 приведена гистограмма ранжирования факторов и комбинаций поb-коэффициентам для привеса при получении МХП в цилиндрическом смесителе.Рис. 2.3. Гистограмма ранжирования факторов и их комбинаций по bкоэффициентам для привеса при получении МХП в цилиндрическом смесителеСогласно полученному уравнению регрессии (2.5 наиболее значимымфактором, определяющим прочность связей между частицами является массоваяконцентрация химической добавки Х1 с коэффициентом 0,3342.

Менее значимымфактором в исследуемых пределах является время механической обработки МХПв смесителе (фактор Х3). Фактор Х2 (скорость вращения барабана) в уравнениирегрессии имеет знак минус. Это можно объяснить тем, что с увеличениемскорости вращения барабана смесителя часть химической добавки под действиемцентробежных сил отбрасывается и оседает на стенках смесителя и не участвует впроцессе смешивания, что приводит к уменьшению величины привеса. Второй позначимости – фактор взаимного влияния Х12 – энергии смешивания Х2 и55концентрацииисходныхкомпонентовХ1коэффициентом(с0,1186)свидетельствует о важности уровня энергии смешивания в формировании связеймодификатора с поверхностью гранулята.После проверки значимости коэффициентов регрессии с помощьюКритерия Стьюдента было получено итоговое уравнение регрессии:Y1 = 0,7160 + 0,3342 X 1 + 0,1186 X 12(2.6Максимальный привес (TiO2 = 1,3228 г) получен при 30 минутахсмешивания на 60 об/мин, и при концентрации исходных компонентов:m25,0004×100% =×100% = 5% [75, 76].m1100,00162.4.

Стабилизация состава МХП методом встряхиванияСтабильность и состав МХП определяется в основном прочностьюсцепления не только слоя модификатора, контактирующего непосредственно споверхностью гранулята, но и от связей между частицами покрывающего слоя.Поэтому для удаления из покрывающего гранулят слоя частиц со слабымисвязямипредусмотренаоперацияпросеиванияивстряхиваниясогласнонормативам [68, 69].

Согласно нормативным требованиям, после смешиваниягранулята с химической добавкой производиться просеивание опудренной крупкина сите с ячейкой 1´1 мм с целью удаления излишней химической добавки [68].Однако режимы (время и частота) встряхивания в нормативах не оговорены. Всвязи с этим возникла необходимость исследовать, влияние технологиивстряхивания на стабильность состава МХП.Для решения этой задачи была подготовлена смесь массой 105,0093 г(100,0078 г гранулята и 5,0015 г TiO2), которая прошла обработку в смесителе (60об/мин., время – 10 мин.). Полученную смесь взвешивали сразу после выгрузки изсмесителя, затем производили встряхивание на вибросите (100 встряхиваний вминуту) со взвешиванием МХП через каждые 30 секунд встряхивания.Полученные результаты представлены в Таблице 5 [75, 76].56Таблица 5.Масса химической добавки TiO2, оставшейся на поверхности гранулята (привес),в зависимости от времени встряхиванияВремявстряхиваний,мин.Привес TiO2, гОтносительныйпривес,DmiDm000,51,01,52,02,53,03,54,04,55,07,510,02,0269 1,3352 1,0508 0,8703 0,7230 0,6322 0,5472 0,4711 0,4288 0,4032 0,3750 0,2962 0,259210,650,520,430,3570,310,270,230,210,1980,1850,1460,13Если величину привеса принять за единицу Dm0 = 1, то отношение привесасмеси после i-того времени встряхивания к Dm0 (относительный привес)показывает, какая доля TiO2 осталась от начального значения в составе МХП:e=Dmi.

На Рис. 2.4 представлена зависимость величины относительного привесаDm0от времени встряхивания.Рис. 2.4. Относительная величина привеса в зависимости от временивстряхивания (сито с ячейкой 0,5 ´ 0,5 мм, частота встряхивания 1,6 Гц)Полученные результаты свидетельствуют о том, что в течение 4-5 минутвстряхивания опудренной смеси в ней резко уменьшается количество TiO257(теряется более 80 % TiO2). Затем интенсивность потерь резко снижается.Следовательно, для стабилизации состава МХП встряхивание после смешиванияна указанных режимах должно длиться не менее 4-5 минут [75, 76].При получении МХП по существующей технологии, согласно итоговомууравнению регрессии, на прочность связей между частицами можно повлиять,только увеличением концентрации химической добавки в составе МХП.