Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 880
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
Калибровка валков при шаговой прокатке круглых профилей и труб прямым и обратным ходом
Статья научная
Представлена методика расчета калибровки валков, применяемых при шаговой прокатке круглых профилей и труб прямым и обратным ходом с подачей заготовки валками.
Бесплатно
Кинематика очага деформации при безоправочной прокатке труб нефтяного сортамента
Статья научная
Рассмотрен процесс безоправочной прокатки труб нефтяного сортамента. Получены зависимости определения параметров калибровки относительно известных обжатия и величины овализации калибра. Обосновано создание математической модели процесса редуцирования и работы извлекательно-калибровочного стана. Приведены зависимости определения основных параметров очага деформации. Получены системы уравнений для нахождения поверхности контакта металла трубной заготовки и инструмента для двухвалкового и трехвалкового калибров. Представлено поле скоростей металла трубной заготовки. Из условия, что осевая компонента вектора скорости изменяется по квадратичному закону и скорость металла на входе очаг деформации со скоростью выхода из очага деформации связаны коэффициентом вытяжки, получена зависимость для определения этой компоненты вектора скорости. Обоснован линейный закон распределения радиальной компоненты вектора скорости металла трубной заготовки, из условия связи осевой компоненты вектора скорости и радиальной тангенсом угла между рассматриваемым сечением и вертикальной плоскостью симметрии валка получена зависимость для определения радиальной составляющей вектора скорости. Третья компонента вектора скорости определена из условия несжимаемости, которое определено для трехвалкового и двухвалкового калибра. На основе определенных компонент вектора скорости определены компоненты тензора скоростей деформации для трехвалкового и двухвалкового калибров. Компоненты тензора скоростей деформации рассчитаны для случая прокатки труб на редукционном трехвалковом стане. Произведена численная оценка компонент тензора скоростей деформации, определены компоненты тензора скоростей деформации, которые возможно не учитывать при проведении инженерных расчетов с использование тензора скоростей деформации.
Бесплатно
Кинетика бейнитного превращения в малоуглеродистых сплавах железа
Статья научная
Работа поддержана грантом Президента РФ МК-3549.2007.8 и грантом НШ-5965.2006.3.
Бесплатно
Кинетика выщелачивания молибдата кальция раствором карбоната натрия
Статья научная
Молибдат кальция CaMoO4 (повеллит) является главным продуктом при окислительном обжиге сульфидных молибденовых концентратов и молибденового сырья с кальцийсодержащими добавками. Далее огарок перерабатывают гидрометаллургическим способом. Одним из основных способов извлечения молибдена из огарка является выщелачивание раствором карбоната натрия. С целью определения оптимальных параметров извлечения Мо необходимо исследовать кинетику выщелачивания CaMoO4 водным раствором Na2CO3, определить зависимости скорости процесса извлечения молибдена в раствор от основных технологических параметров: температуры, концентрации реагентов, установить лимитирующую стадию процесса. В качестве исходных материалов применяли СаМоО4 и Na2CO3 квалификации ХЧ. Растворение СаМоО4 в Na2CO3 изучали в пределах концентрации соды СNa2CO3 = 100, 150, 200, 250, 300 г/дм3, в температурном интервале от 20 до 90 °С, отношение Т : Ж = 1 : 2, 1 : 4, 1 : 6, 1 : 8, 1 : 10, продолжительностью от 30 до 300 мин. Изучена зависимость скорости выщелачивания CaMoO4 от интенсивности перемешивания. Определены кажущийся порядок реакции в интервале концентрации Na2CO3 = 100…250 г/дм3 и кажущаяся энергия активации в интервале температур от 60 до 90 °С. Установлено, что оптимальными параметрами выщелачивания СаМоО4 является: Т : Ж = 1 : 6, Т = 90 °С, СNa2CO3 = 200…250 г/дм3, интенсивности перемешивания более 500 мин-1, при данных параметрах процесс протекает в кинетическом режиме. Показано, что при концентрации Na2CO3 более 250 г/дм3 процесс протекает с образованием карбонатов натрия-кальция, в этом случае лимитирующей стадией процесса является внутренняя диффузия. Также формирование карбонатов натрия-кальция приводит к увеличению расходу Na2CO3.
Бесплатно
Кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке
Статья научная
Большинство современных исследований сконцентрировано в основном на термодинамике разделения полиметаллических сплавов вакуумной перегонкой, поскольку позволяет определить возможность, направление и ограничение протекания металлургических реакций. При изучении кинетики испарения металлов можно выявить эффективные условия процесса, такие как температура, степень вакуума и продолжительность перегонки, необходимые при проектировании процесса разделения компонентов сплавов. Целью работы являлось определение скорости испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплавов различного состава в зависимости от температуры и давления, а также выявление лимитирующей стадии процесса. При изготовлении опытных образцов навески исходных металлов были проплавлены в индукционной печи в атмосфере аргона высокой чистоты для получения сплавов состава, мол. %: 16-77 Sb; 75-20 Pb; 9-3 Ag. Определена кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава в интервале температур 823-1073 К и давлении 1,33-133 Па, описываемая уравнением первого порядка. Значения кажущейся константы скорости первого порядка при возгонке металлов из расплава зависят от температуры, давления и химического состава сплава. Коэффициенты общего массопереноса свинца, сурьмы, cеребра (kМе, м·с-1) при испарении из Sb-Pb-Ag (0,55-0,40-0,05) сплава составляют (3,718-7,852)·10-7, (1,194-2,436)·10-7, (1,859-3,790)·10-10 при Т = 823-1073 К, Р = 13,3 Па, соответственно. Рассчитана кажущаяся энергия активации испарения металлов из Sb-Pb-Ag расплава: Е = 20,93-46,41 кДж/моль. Кажущаяся энергия активации испарения металлов, рассчитанная по уравнению Аррениуса, приводит к заключению о более легком испарении компонентов из состава Sb-Pb-Ag сплава, по сравнению с чистым металлом: Е = 150-280 кДж/моль. Показано, что количественный перенос свинца и сурьмы в газовой фазе не ограничивает скорость при вакуумной перегонке. Испарение металлов из Sb-Pb-Ag сплава совместно контролируется массопереносом главным образом в жидкой фазе, а также через поверхностный слой на границе раздела фаз «жидкость - газ» в исследованных условиях эксперимента. Повышение температуры свыше 823 К способствует возрастанию константы скорости испарения kМе компонентов Sb-Pb-Ag сплава. Снижение давления в системе менее 133 Па способствует возгонке сурьмы, свинца и серебра.
Бесплатно
Кинетика набухания бентонита Зыряновского месторождения
Краткое сообщение
Исследована кинетика набухания зыряновского бентонита. С использованием данных по удельной электрической проводимости и общей минерализации во времени получены математические зависимости, позволяющие рассчитывать оптимальное время набухания бентонита при получении суспензии с требуемыми параметрами.
Бесплатно
Кинетика превращений аустенита в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении
Статья научная
В работе разработаны модели, описывающие кинетику двух важнейших диффузионных превращений - выделения вторичных карбидов (Cr, Fe)7C3 из аустенита и перлитного распада - в высокохромистых сплавах железа при непрерывном охлаждении. Для анализа были использованы литературные экспериментальные данные для ряда сплавов разного состава. С использованием ранее разработанных моделей был определён химический состав аустенита к моменту окончания выдержки при аустенитизации, а затем на основании общего выражения, следующего из кинетической теории фазовых превращений, найден конкретный вид уравнения, описывающего изотермическое выделение карбидов из переохлаждённого аустенита. Оказалось, что показатель степени времени n в нём составляет 3/2, что соответствует преимущественному выделению очень дисперсных частиц карбидов. Для перехода к условиям непрерывного охлаждения С-образная кривая изотермического выделения карбидов была приближённо заменена квадратичной параболой. Это позволило при помощи интеграла Шейля - Штейнберга найти связь скорости охлаждения с количеством выделившейся карбидной фазы. Последующее сравнение с наблюдавшимся в эксперименте повышением мартенситной точки позволило определить численные параметры модели и их зависимость от состава карбида в конкретном сплаве. Для перлитного превращения была использована ранее разработанная модель, описывающая параметры температурной зависимости коэффициентов уравнения Аврами в рассматриваемых сплавах от состава аустенита; обобщение на случай непрерывного охлаждения проводилось тем же способом. В результате удалось рассчитать термокинетические диаграммы превращений аустенита в высокохромистых сплавах, в целом хорошо соответствующие экспериментальным.
Бесплатно
Статья научная
Мировое потребление оцинкованных продуктов приводит к росту объёма цинксодержащих отходов. Цинксодержащие отходы могут быть переработаны в цинковом производстве в виде вторичного цинксодержащего сырья. При переработке вторичного цинкового сырья традиционными методами образуется вельц-окись. Вельц-окись подлежит предварительной обработке прокаливанием при температуре около 1000 °С с целью удаления хлоридов. Развитие технологий и оборудования открывает новые возможности для нагрева и прокаливания вельц-окиси. Под действием электромагнитного излучения многие диэлектрические материалы нагреваются в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Нагрев и прокаливание вельц-окиси под действием электромагнитного излучения является инновационным методом для использования в металлургии. Высокая скорость нагрева, селективная обработка материала и отсутствие продуктов сгорания топлива являются основными преимуществами процесса нагрева и прокаливания электромагнитным излучением. Для проведения исследований по нагреву вельц-окиси под действием электромагнитного излучения разработана опытно-лабораторная микроволновая установка. Опытно-лабораторная микроволновая установка оснащена модулем автоматического управления на базе микроконтроллера Arduino для поддержания установленной температуры и продолжительности прокаливания. На опытно-лабораторной установке изучена кинетика процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве под действием электромагнитного излучения. Подтверждена возможность нагрева и прокаливания вельц-окиси под действием электромагнитного излучения. В работе изучены длительности нагрева вельц-окиси до температур 600, 700, 800, 900 и 1000 °С. Длительность нагрева вельц-окиси до температур 600 и 1000 °С возрастает с 80 до 164 с при массе образца 30 г. Изучено влияние температуры и длительности прокаливания на эффективность удаления хлоридов из вельц-окиси. При температуре 600 °С и длительности выдержки до 150 с эффективность удаления хлоридов составила 30 %, содержание хлора в прокаленном образце 0,70 мас. %. При нагреве до температуры 1000 °С и длительности выдержки до 600 с эффективность удаления хлоридов увеличивается до 96,4 %, остаточное содержание хлора в прокаленной вельц-окиси 0,04 мас. %. Обработка экспериментальных данных в соответствии с уравнением Яндера показывает, что процесс удаления хлоридов реализуется в диффузионном режиме. Кажущаяся энергия активации процесса удаления хлоридов из вельц-окиси при нагреве электромагнитным излучением составила 66,3 кДж/моль.
Бесплатно
Статья научная
Определены критические точки трех опытных инструментальных сталей: 100Х3Г2МТР, 70Х3Г2ВТБ и 70Х3Г2ФТР. Изучена зависимость температуры начала мартенситного превращения от температуры аустенитизации. Построены термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита, исследована микроструктура и микротвердость образцов, охлажденных с разными скоростями.
Бесплатно
Кинетика фазообразования при распаде вюстита
Статья научная
На основании высокотемпературного рентгенофазового анализа вюститсодержащей окалины на железе, подвергнутой изотермическому отпуску при температурах ниже 575 °С, исследована кинетика формирования продуктов распада вюстита: стехиометрического вюстита, первичного и вторичного магнетитов, а также дисперсного железа. Установлено, что стехиометрический вюстит формируется как промежуточная фаза при температурах отпуска ниже 400 °С и диффузионном контроле. Возможно, что стехиометрический вюстит - это результат кинетических затруднений распада исходного нестехиометрического вюстита. В зависимости от температуры отпуска распад вюстита протекает по двум механизмам. При температурах выше 400 °C вюстит распадается с одновременным образованием магнетита и железа. При температурах ниже 400 °C распад происходит в две стадии. На первой образуется первичный магнетит и стехиометрический вюстит. После полного распада исходного нестехиометрического вюстита наступает вторая стадия - распад стехиометрического с образованием вторичного магнетита и железа. При температурах отпуска менее 400 °C образуются два магнетита: первичный и вторичный. Отличия между этими фазами заключаются в том, что первый образуется в результате распада исходного нестехиометрического вюстита, а второй является продуктом распада промежуточного стехиометрического вюстита. Это в свою очередь вызывает существенные отличия в кинетике формирования фаз. В частности, скорость роста кристаллических зародышей вторичного магнетита очень мала, что позволяет предположить отсутствие кристаллических дефектов в стехиометрическом вюстите, либо их очень небольшое количество. Также установлено, что формирование всех продуктов распада включает несколько последовательных стадий. Начальные стадии образования новых фаз протекают при диффузионном контроле, и фактором, определяющим скорость процесса, является температура отпуска. Все заключительные стадии контролируются кинетически, а скорость стадий определяется величиной переохлаждения.
Бесплатно
Кинетические закономерности образования перлита из аустенита, подвергнутого деформации
Статья обзорная
Бесплатно
Классификация сплавов силикокальцийбария и их применение для ковшевой обработки стали
Статья научная
Представлены результаты исследования сплавов силикокальцийбария на предмет определения в них первичных, промежуточных, эвтектических и базовых фаз и их действие на сталь в процессе ее внепечной обработки. Впервые построена полигональная диаграмма состояния системы Si-Ca-Ba, позволяющая производить системную классификацию сплавов силикокальцийбария. Представлен механизм образования первичных неметаллических включений при раскислении стали сплавами бария с образованием силикатов или оксидов кальцийбария и предложен механизм их модифицирования в глобулярные эвтектического состава типа ранкинит. Выполнен сопоставительный анализ эффективности раскисления стали сплавами кремния, кальция, бария.
Бесплатно
Колебательные процессы в камере горения доменных воздухонагревателей
Статья научная
Рассмотрены различные механизмы возбуждения упругих колебаний в камерах горения доменных воздухонагревателей, когда отдельные элементы характеризуются сосредоточенными параметрами. Различия в частотном диапазоне связаны с конструктивными и режимными факторами.
Бесплатно
