Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
К вопросу о комплексной переработке сталеплавильных шлаков и их использовании в строительстве
Статья научная
Проанализирована возможность комплексной переработки отвальных шлаков ОАО «Златоустовский металлургический завод». Обоснованы и проведены эксперименты по получению строительных материалов с заменой до 50% цемента на специально подготовленные шлаки металлургического производства путем механической активации.
Бесплатно
К вопросу о комплексной переработке хромовых руд массива Рай-Из
Статья научная
В статье приведены результаты исследования кристаллохимических превращений в хромовой руде при окислительном обжиге. Предложена схема получения хромового концентрата из окисленной руды, а также способ концентрирования и извлечения примесных элементов, входящих в состав хромовой руды.
Бесплатно
Статья научная
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ МД-2610.2008.8
Бесплатно
К вопросу о формировании адгезионных контактов в синтетических песчаных смесях
Статья научная
Рассмотрен вопрос формирования адгезионых контактов в синтетических песчаных смесях. Выявлено, что прочность синтетических песчаных смесей определяется характером и количеством адгезионых контактов. Приведена формула для оценки прочности синтетических песчаных смесей с учетом адгезионых контактов.
Бесплатно
Статья научная
Одним из путей снижения себестоимости электрошлакового металла является формирование литых расходуемых электродов из металлизованных окатышей и жидкой лигатуры. В данной работе приведены результаты исследований удельного сопротивления комбинированных расходуемых электродов, полученных с использованием металлизованных окатышей.
Бесплатно
К вопросу об оценке степени усвоения и равномерности распределения олова при легировании стали
Статья научная
Рассмотрен ряд ключевых аспектов производственной технологичности сталей, которые получены с применением олова в качестве легирующего элемента, вводимого для улучшения обрабатываемости резанием, применительно к способу индукционной плавки. Произведена оценка степени усвоения олова жидким металлом и равномерности его распределения по сечению слитка.
Бесплатно
К вопросу оценки трещиностойкости труб по ударной вязкости и пробе DWTT
Статья научная
Работа посвящена раскрытию физической природы ударной вязкости и доли вязкой составляющей в изломе образца при оценке трещиностойкости труб. Установлено, что эти параметры зависят от скорости нагружения, скорости распространения трещины, размеров образца (масштабный эффект), имитации реального процесса разрушения трубопроводов и других факторов. Образцы испытываются по схеме нагружения на ударный изгиб, когда создаются условия появления в образце значительных сжатых зон, которые обуславливают искусственное завышение критерия ударной вязкости и доли вязкой составляющей в изломе образца. Реальный процесс разрушений трубопровода сопровождается стадией зарождения трещины, дальнейшим ростом трещины до критических размеров в условиях статических нагрузок и заканчивается - стадией разрушения при высокоскоростном распространении трещины. Разрушение трубопровода подземной прокладки происходит при окружных напряжениях ниже предела текучести металла и, как правило, в условиях растягивающих напряжений при отсутствии напряжений сжатия. Такой реальный процесс разрушения трубопровода при испытании малогабаритного стандартного образца типа KCU или KCV, а также образца типа DWTT на ударный изгиб не удаётся имитировать. При этих испытаниях процесс зарождения трещины, её подрастание до критических размеров происходит в динамическом режиме, что не совпадает с реальными условиями и только стадия распространения трещины соответствует процессу разрушения трубопровода. При этом в образцах возникают зоны значительных по величине пластических деформаций сжатия. С физических позиций критерии ударной вязкости и пробы DWTT не могут быть использованы для количественной оценки трещиностойкости газонефтепроводных труб.
Бесплатно
Статья научная
Прочность абразивных кругов является одним из основных факторов, определяющих производительность абразивной обработки. В статье рассматриваются пути повышения прочности абразивных кругов. Представленная в статье математическая модель напряжённого состояния обобщает уже известные модели. С её помощью впервые установлено, что существует множество оптимальных сочетаний модуля упругости и плотности материала упрочняющей части, обеспечивающих одно и то же минимальное значение целевой функции. Установлено, что с увеличением радиуса упрочняющей части в сочетании с оптимизацией механических характеристик ее материала допустимая разрывная скорость круга может быть увеличена в несколько раз. Представлены уравнение регрессии и номограмма для определения оптимального сочетания управляющих факторов. Традиционные методы определения механических характеристик материалов, хорошо зарекомендовавшие себя при испытаниях металлов и сплавов, при испытании абразивных материалов не показали себя как надежные методы, обеспечивающие стабильность и необходимую точность результатов. Поэтому предложен альтернативный метод, выгодно отличающийся тем, что его реализация не требует специального оборудования и специальных исследований.
Бесплатно
К вопросу проектирования роликовых волок со смещенными парами роликов
Статья научная
Показана тенденция развития производства проволоки фасонного и круглого сечения из различных металлов и сплавов. По данным анализа существующих конструкций и оборудования, используемых при производстве проволоки, выявлены факторы, влияющие на качество продукции. Из них выделены факторы, играющие большую роль при производстве проволоки мелких сечений, а именно: жесткость конструкции волоки, точность настройки калибров стана, устойчивость полосы в калибре. Подробно исследовано влияние последнего фактора при эксплуатации роликовых волок со смещенными парами роликов. Для данных конструкций роликовых волок получена зависимость определения минимально возможного расстояния между осями пар роликов. Показано влияние величины обжатия и диаметра готового профиля на величину этого расстояния. Разработана методика определения максимально возможного расстояния между осями пар роликов, исходя из условия потери устойчивости полосы во втором калибре при использовании системы калибров «круг - овал - круг». Представлены основные этапы методики, а именно определение следующих параметров: усилия действующего на металл заготовки со стороны роликов, горизонтальной проекции площади очага деформации, сваливающего момента, действующего на заготовку, предельного угла скручивания заготовки, максимальной длины заготовки между очагами деформации. Показано влияние на рассчитанную величину максимального расстояния между осями пар роликов величины обжатия. Описаны сферы применения полученных зависимостей. Представлена и описана конструкция разработанной роликовой волоки, спроектированной с учетом теоретических выкладок, представленных в данной статье. Конструкция роликовой волоки отличается возможностью использования модульной сборки и упрощенной схемой регулировки.
Бесплатно
К вопросу работоспособности углового сварного шва подкрановой балки
Краткое сообщение
Представлен численный расчет напряженно-деформационного поля методом конечных элементов. Выявлена наиболее благоприятная геометрия валика сварного шва. Сделаны рекомендации по выбору формы валика сварного шва при проектировании технологии сварки подкрановой балки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В системах автоматизации металлургических печей широко применяются релейно-импульсные регуляторы, содержащие в своем составе исполнительные механизмы (ИМ) постоянной скорости. В данной работе рассматривается задача формализации процедуры настройки широтно-импульсного модулятора (ШИМ), работающего в составе такого регулятора. Структура ШИМ содержит сумматор, интегратор и трехпозиционный релейный элемент (РЭ), имеющий зоны возврата в левой и правой частях его характеристики. Цель исследования. Установить зависимости скважности и периода следования импульсов от характеристик структурных элементов ШИМ. Оптимизация настройки ШИМ способствует как повышению качества переходных процессов в системах автоматического регулирования, так и улучшению их режима работы, что в конечном счете приводит к повышению эффективности работы печей. Материалы и методы. Выполнен обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме. Проведен физико-математический анализ процессов, протекающих в указанной структуре ШИМ. Результаты. Установлены зависимости, описывающие режим работы ШИМ от параметров содержащихся в нем элементов. В частности, показано, что с увеличением зоны возврата, а также и постоянной времени интегрирования интегратора период следования импульсов однозначно растет, а вследствие этого частота включения исполнительного механизма снижается. Вместе с тем с увеличением уровня выходного сигнала РЭ период уменьшается, а частота включения исполнительного механизма, наоборот, увеличивается. Показана привлекательная рациональность используемого в регулирующих микропроцессорных контроллерах типа РЕМИКОНТ подхода к задаче широтно-импульсной модуляции. Заключение. Полученные соотношения могут быть использованы для алгоритмизации процедуры настройки рассматриваемого типа ШИМ, что способствует повышению как качества регулирования технологических параметров металлургических печей, так и снижению износа исполнительного механизма и его пуско-регулирующей аппаратуры.
Бесплатно
К определению теплофизических свойств сплава Ti-10V-2Fe-3Al при ВДП
Статья научная
Для проведения математического моделирования затвердевания слитков необходимо знание температурных зависимостей теплофизических свойств затвердевающего сплава и параметров граничных условий, включенных в математическую модель. В настоящей работе были выплавлены два слитка сплава Ti-10V-2Fe-3Al и проведено исследование их макроструктуры. Измерены координаты профилей изотерм затвердевания, и с помощью решения обратной задачи теплопроводности, определены некоторые теплофизические характеристики жидкой фазы и параметры граничных условий для вакуумного дугового переплава (ВДП), прямое экспериментальное измерение которых сопряжено с большими трудностями. Для определения неизвестных параметров математической модели методом решения обратной задачи теплопроводности используется итерационный Maximux A Posteriori (MAP) алгоритм, ранее апробированный для других сплавов на основе титана. Искомыми (т. е. изначально неизвестными) параметрами для математической модели процесса ВДП являлись: теплопроводность и теплоемкость при температурах солидуса и ликвидуса; коэффициент теплоотдачи от слитка к изложнице и коэффициенты относительного вклада теплоотвода излучением для поддона и изложницы. В качестве начального приближения для неизвестных параметров были взяты соответствующие величины для сплава BT3-1. В качестве заданных параметров были использованы значения коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости в интервале температур 20-1300 °C из базы данных программы JMatPro, рассчитанные для заданного химического состава. Плотность, теплота фазового превращения, динамическая вязкость и электропроводность были взяты из литературных источников по сплаву Ti-10V-2Fe-3Al. Так как на сегодня нет данных по равновесной фазовой диаграмме сплава Ti-10V-2Fe-3Al, поэтому для вычисления температур равновесного ликвидуса и солидуса используется модель независимых компонент (линейная модель) многокомпонентного сплава. Найденные значения параметров позволяют удовлетворительно описать изменение профиля жидкой ванны при наплавлении слитка во время ВДП для различных условий процесса (диаметр изложницы и сила тока дуги). Результаты, полученные в работе, могут быть использованы для проведения математического моделирования процесса затвердевания слитков из сплава Ti-10V-2Fe-3Al при вакуумном дуговом переплаве с другими диаметрами изложницы и силой тока дуги.
Бесплатно
К проблеме анализа и синтеза регуляторов в системах автоматизации металлургических печей
Статья научная
Введение. Качественная реализация металлургических и иных технологий в настоящее время совершенно немыслима без автоматизации. Поэтому задача построения высококачественных систем автоматического управления технологическими процессами в металлургической и других отраслях промышленности является в настоящее время вполне актуальной. Цель исследования. Найти формализованное решение задачи выбора структуры и настроек автоматических регуляторов применительно к регулируемым участкам со свойствами и характеристиками, которые наблюдаются прежде всего в металлургических печах. Материалы и методы. В статье проведен анализ современного состояния проблемы, указаны характерные особенности известных в литературе методов решения данной задачи, в частности, регуляторов с моделью и с управлением по прогнозу. Установлено, что нельзя признать окончательно решенной проблему выбора и настройки автоматических регуляторов. Результаты. Предложено решение задачи структурно-параметрического синтеза регуляторов по эталонной передаточной функции замкнутой системы, выбор которой детально обоснован в работе. Указано, что данный подход дает однозначные ответы на вопросы о том, какой регулятор следует использовать для данного объекта управления и каковы должны быть его настройки. Это является весьма значимым достоинством предлагаемого решения. На основе проведенных исследований показано, что сконструированные таким образом для металлургических объектов системы автоматического регулирования (САР) обладают должными запасами устойчивости и приемлемым качеством переходных процессов. Для случая неформализованного выбора типа регулятора из ПИД-семейства разработаны процедуры численной оптимизации его настроек по дифференциальному уравнению объекта управления, параметрическая идентификация которого может быть проведена как по экспериментальной кривой разгона, так и по экспериментальной переходной функции работающей замкнутой САР. Приведены результаты настройки ПИ-регулятора давления в рабочем пространстве методической печи. Для объектов управления, оснащенных позиционными исполнительными устройствами, замена которых часто не выгодна по тем или иным соображениям, решена задача численной настройки двухпозиционных и трехпозиционных систем автоматического регулирования. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при конструировании современных САР локальных параметров в металлургической и других отраслях промышленности.
Бесплатно
К расчету режима четырехдуговой сварки труб большого диаметра
Статья научная
Проведен анализ существующих источников в области многодуговой сварки, изложены предпосылки к созданию математической модели по расчету параметров режима многодуговой сварки, алгоритм которой был взят за основу при создании программного комплекса WeldCalc. Показано, что одним из наиболее важных факторов, влияющих на качество сварного соединения, а именно, на получение заданной геометрии сварного соединения, является определение оптимальных параметров режима многодуговой сварки. Поскольку любое изменение хотя бы одного из параметров режима многодуговой сварки труб большого диаметра приводит к серьезным экономическим затратам на лабораторные исследования свариваемости образцов, отсутствие теоретического расчета параметров режима многофакторного процесса многодуговой сварки усложняет выбор окончательного технологического решения. Проблема разработки математической модели, которая определяет взаимосвязи между параметрами многодугового процесса сварки и автоматизации расчета этих параметров, является актуальной технологической задачей. На кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Южно-Уральского государственного университета создана математическая модель и компьютерная программа, позволяющая рассчитать автоматизированным способом режимы многодуговой сварки. Приведен рисунок внешнего вида программы. В качестве примера выполнен проверочный расчет многодуговой сварки четырех дуг для металла толщиной 15,7 мм, соединяемого встык, проведено его сравнение с реальным режимом, выполненным в лаборатории. Полученные значения соответствующих коэффициентов взаимосвязи между параметрами вынесены в таблицы, представлены формулы долевого соотношения между токами в данной математической модели. Полученные данные удовлетворительно коррелируют с расчетом.
Бесплатно
К решению задачи контроля температуры металла в АСУ ТП методических печей
Статья научная
Введение. В условиях повышения требований к качеству нагрева металла перед прокаткой задача совершенствования автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) нагревательных печей является вполне актуальной. Цель исследования: установить наиболее рациональные способы и процедуры решения задачи контроля температуры металла в рамках АСУ ТП методических печей. Материалы и методы. Выполнен анализ и обобщение литературных данных по проблеме. Посредством физико-технического подхода определены приемлемые технические структуры подсистем контроля. Результаты. Рекомендована система, включающая как датчик температуры кладки или температуры рабочего пространства в зоне, так и два пирометра, один из которых свизирован на металл, находящийся в начале зоны, а второй - на ее конечном участке. Такая система, во-первых, будет определять средневзвешенную температуру металла в зоне, что весьма важно для качественной работы систем автоматического регулирования (САР) температурного режима зоны, а во-вторых, систематическая погрешность измерения будет исключаться с помощью датчика температуры кладки или температуры рабочего пространства. Указаны причины, из-за которых предпочтительнее использовать датчик радиационной температуры рабочего пространства. Такие исправленные сигналы пирометров могут быть использованы не только в САР температурного режима зон печи, но, например, и для адаптации используемых моделей нагрева. Обоснована структура математической модели, пригодная для контура обратной связи АСУ ТП, показана целесообразность описания нагрева слябов одномерным уравнением теплопроводности в сочетании с зональным методом расчета и экспериментальной настройкой моделей внешнего теплообмена. Приведена характеристика различных алгоритмов контроля температурных полей слябов. Отмечена допустимость условно симметричного описания процесса нагрева, обусловленная возможностью такого выбора уставок (заданий) регуляторов температуры нижних зон методических печей, при котором динамика среднемассовых температур верхней и нижней половин сляба будет практически полностью совпадать. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании АСУ ТП нагревательных печей.
Бесплатно
К решению задачи об управляемости нагрева металла в промышленных печах
Статья научная
В рабочем пространстве камерных или в зоне проходных нагревательных печей одновременно греются слитки или заготовки с различными теплофизическими и иными характеристиками. Вследствие этого для каждого слитка и каждой заготовки оптимальные с точки зрения выбранного критерия траектории нагрева будут различными. Вместе с тем из-за конструктивных особенностей нагревательных печей на все слитки или заготовки приходится одно управляющее воздействие - температура рабочего пространства (обеспечивается соответствующим расходом топлива в рабочее пространство) камерной печи или в зоне проходной. В связи с этим вполне естественно возникает вопрос о том, принципиально возможно ли в такой ситуации создать индивидуальные траектории нагрева для каждого слитка или заготовки, т. е. в работе рассмотрено решение задачи об управляемости процесса нагрева металла в промышленных печах прокатного производства. Для решения этой задачи предложено математическое описание процесса нагрева. Это описание представляет собой матричную систему дифференциальных уравнений первого порядка. Найдены условия полной управляемости объекта. При этом была вычислена матрица управляемости, показано, что ее определитель может быть выражен через определитель Вандермонда. Это обстоятельство существенно упростило определение условий управляемости. Установлено, что для полной управляемости объекта необходимо, чтобы нагреваемые слитки или заготовки имели бы различные постоянные времени нагрева, что обуславливается различными теплофизическими либо геометрическими характеристиками. В большинстве практических случаев такого различия обычно нет, поэтому процесс нагрева металла в промышленных печах, как правило, является неполностью управляемым. Вследствие этого максимальный эффект с точки зрения выбранного критерия качества нагрева обычно не может быть получен.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены термодинамические аспекты процессов раскисления стали и модифицирования неметаллических включений в стали сплавами, содержащими барий. Построены многокомпонентные диаграммы растворимости компонентов в жидком металле. Показано, что ввиду малой растворимости бария в металле его раскисляющее действие минимально. По-видимому, модифицирующее действие бария заключается в его высокой поверхностной активности.
Бесплатно
К термодинамике процессов восстановления оксидов железа в атмосфере водяного газа
Статья научная
Построена пространственная диаграмма фазовых равновесий, реализующихся при восстановлении оксидов железа в атмосфере водяного газа (СО - СО2 - Н2 - Н2О). Установлены параметры газовой фазы устойчивого существования твердых Fe3O4, FeO и Fe, рассчитаны поверхности трехфазных равновесий и линия четырехфазного равновесия. Разработан метод графического определения возможных составов водяного газа с оксидами железа.
Бесплатно
Калибровка валков догибки при производстве прямошовных труб вальцевой формовки
Статья научная
Качество стыковых швов при монтаже магистральных газопроводов, а значит и показатели их эксплуатационной надежности в значительной мере зависят от степени отклонения поперечного сечения труб от окружности, особенно в их торцевых частях. Современные регламенты качества трубной продукции для транспортировки углеводородов, особенно для трубопроводов с подводными переходами, накладывают жесткие ограничения на отклонения профиля в поперечном сечении от окружности. Допуски в ряде случаев по этому показателю не превышают 3…5 мм, что соответствует 0,45…0,8 % от диаметра труб. В практике производства прямошовных труб в линии RBE-LSAW с использованием для догибки валков фирмы HAEUSLER не удается стабильно обеспечить качество геометрии зон догибки. Разработана методика калибровки валков клети догибки прикромочных участков заготовки для труб большого диаметра, которая обеспечивает монотонный, без локальных отклонений от геометрии окружности, переход зоны догибки к основному периметру, сформованному предварительно на вальцевой листогибочной машине.
Бесплатно
