Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Равновесие водяного газа с углеродом
Статья научная
Рассчитанные возможные параметры равновесия водяного газа с углеродом представлены поверхностью пространственной диаграммы в координатах x CO- x H2 - T, которую можно дополнить графиком проекций изотермических сечений поверхности на плоскость составов x CO- x H2. Рассмотрены различные способы получения газовой атмосферы, кислородный потенциал которой позволяет восстанавливать оксиды металлов. Наиболее технологически простым способом получения восстановительной по отношению к оксиду металла газовой смеси является нагревание водяного пара в контакте с углеродом. В этом случае состав получающегося водяного газа определяется только температурой нагрева. Максимальная концентрация водорода достигает x H2 ≈ 0,5 при нагревании H 2O - C до ~ 900 К, а при нагревании до температур выше 1100 К получается смесь газов-восстановителей с равными концентрациями x CO = x H2 = 0,5. При нагревании в контакте с углеродом смесей H 2O - CO 2 получается водяной газ, в котором уменьшается концентрация H 2 и увеличивается концентрация CO. Газовую атмосферу (Н 2 - Н 2О - СО - СО 2) любого состава можно получить нагреванием в контакте с углеродом смесей (Н 2 - СО). Образование CO 2 происходит в результате реакции диссоциации CO, а паров воды - в результате реакции Н 2 + СО 2 = Н 2О + СО. Предложена методика количественной оценки газификации углерода парами воды Н 2О и диоксидом СО2. Расчетами показано, что в зависимости от состава исходной газовой смеси и температуры реакции газификации C + CO 2 = 2CO и C + H 2O = CO + H 2 могут протекать в прямом и обратном направлениях.
Бесплатно
Равновесные параметры газовых смесей H2-H2O-CO-CO2-CH4 в отсутствии и присутствии углерода
Статья научная
Внедоменное бескоксовое прямое получения железа (процесс «Мидрекс») осуществляется при 1000…1100 °C с использованием природного газа. Процессы конверсии основного компонента природного газа - метана: CH4 = C + 2H2, CH4 + CO2 = 2H2 + 2CO, CH4 + H2O = CO + 3H2 приводят к получению восстановительного газа и сажистого углерода при определенном соотношении молярных долей CO и CO2. Термодинамическая возможность протекания процессов восстановления оксида металла в сложной газовой смеси определяется соотношением кислородных потенциалов оксида и газовой атмосферы: (πo = RT ln pO2)оксид > (πo = RT ln pO2)газ. смесь. Кислородный потенциал газовой смеси количественно оценивается величиной равновесного давления кислорода, а кислородный потенциал оксида упругостью его диссоциации. Присутствие в рассматриваемой газовой фазе очень малого количества кислорода определяется реакциями диссоциации CO2 и H2O: lg[pO2, атм] = 2 lg(xH2O / xH2) - 25708 / T + 5,653; lg[pO2, атм] = 2 lg(xCO2 / xCO) - 29529 / T + 9,149. В работе определен кислородный потенциал газовых смесей H2-H2O-CO-CO2-CH4 в зависимости от их состава в интервале температур 800…1500 К. Полученные результаты позволяют оценить влияние присутствия метана на восстановительные свойства газовых смесей по отношению не только к оксидам железа.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы, связанные с оценкой работоспособности перегородок и порогов промежуточных ковшей МНЛЗ. В качестве критериев работоспособности этих устройств были приняты: прочность, отсутствие кавитации, и условие по которому скорость стали на границе раздела металл - шлак должна быть меньше допустимой. Зависимости для расчета действующих на устройства сил и скоростей движения стали на границе раздела металл - шлак были получены аналитически на основании известных выражений механики жидкости и газа, и гидравлики. Разработанная методика расчета перегородок и порогов промежуточных ковшей МНЛЗ позволят рассчитать минимально возможные размеры устройства с позиции выполнения им заданной функции - рафинирования стали.
Бесплатно
Развитие научных основ стандартизации в период становления нового технологического уклада
Статья научная
Стандартизация - важнейший элемент управления качеством продукции. Особую актуальность приобретают проблемы повышения качества продукции на современном этапе интеграции российской экономики в мировое экономическое пространство. Рассмотрены вопросы современного состояния стандартизации как науки, раскрыты принципы и основные направления ее развития в условиях становления шестого технологического уклада мировой экономики. Совершенствование теоретических основ стандартизации позволяет быстро и с меньшими ошибками формировать требования к продукции на разных этапах ее производства. Показана необходимость формирования нового научного направления, развиваемого учеными ФГБОУ ВПО «МГТУ», в области теории и практики применимости стандартизации - протипологии, предметом которой является разработка методов согласования требований потребителя и возможностей изготовителя продукции, как в области нанотехнологий, так и в традиционных металлургических производствах. Без этого невозможно рассчитывать на переход отечественной промышленности на современный уклад в короткие сроки.
Бесплатно
Развитие теории обработки металлов давлением (научный обзор). Часть 1
Статья научная
Отмечена роль ученых металлургов г. Челябинска и г. Магнитогорска в развитии теории и практики процессов обработки металлов давлением. Значительный вклад в создание новых процессов ОМД внес организатор кафедры прокатки Челябинского политехнического института В.Н. Выдрин. Им была создана одна из немногих проблемных лабораторий в высших учебных заведениях страны. В проблемной лаборатории «Новые технологии процессы прокатки» при участии сотрудников кафедры прокатки под руководством профессора В.Н. Выдрина решались не только вопросы теории, но и разрабатывались новые технологические процессы прокатки и оборудование для их осуществления на базе энергетической теории. Примером этого является создание процессов прокатка-волочение, прокатка-ковка, прокатка в многовалковых калибрах, прокатка периодических профилей, прокатка фасонных профилей высокой производственной готовности, волочение в роликовых волоках. Необходимо отметить работы кафедры в области непрерывной прокатки. Следует отметить плодотворное сотрудничество научных школ В.Н. Выдрина и М.И. Бояршинова по развитию теории прокатки в многовалковых калибрах. Коллектив кафедры машиностроительных и металлургических технологий МГТУ им. Г.И. Носова эффективно работает в области производства биметаллической проволоки, порошковой металлургии, слоистых композиционных материалов. Значительны работы в области метизного производства, конструирования и формирования покрытий в процессах ОМД, квалиметрии промышленной продукции и производственных процессов в металлургии; формирования структуры и свойств ультрамелкозернистых углеродистых сталей методами деформационного измельчения. На кафедре предложена методика прогнозирования механических свойств и напряженно-деформированного состояния в процессах обработки давлением стальных заготовок с различными структурными неоднородностями.
Бесплатно
Развитие теории обработки металлов давлением (научный обзор). Часть 2
Статья научная
Отмечена роль известного металлурга В.Н. Выдрина в развитии теории и практики обработки металлов давлением, дан обзор научных достижений магнитогорских ученых в области теории качества и обработки материалов. В статье использованы оригинальные исследования, проведенные в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на протяжении 30 лет, посвященные оценке и управлению качеством продукции и технологии металлургического производства. В результате проведенных исследований внедрены инновационные технологии производства крепежных изделий, стальных фасонных профилей высокой точности, канатов, проволоки, высокопрочной арматуры на метизных предприятиях России. Разработаны и внедрены методики оценки и управления качеством для конкретных видов изделий. Разработанная и развитая в трудах магнитогорских ученых теория прикладной квалиметрии, позволила прогнозировать и управлять качеством металлопродукции и технологическими процессами.
Бесплатно
Развитие теории трещиноустойчивости отливок
Статья научная
Представлено развитие теории трещиноустойчивости отливок. Введено новое понятие локализации деформации, аналитически выведены новые закономерности трещиноустойчивости отливок и сплавов, а также напряжения в отливке с учетом влияния температуры и фактора Максвелла.
Бесплатно
Развитие технологии многодуговой сварки трубных сталей
Краткое сообщение
Рассмотрен хронологический процесс развития трубных сталей как в России, так и за рубежом, а вместе с ним становление и совершенствование сварочных технологий. Проведен анализ литературных источников по данному направлению.
Бесплатно
Разработка дозатора для подачи мелкодисперсных частиц
Статья научная
В качестве упрочняющих частиц расплав могут выступать оксиды, карбиды, нитриды. Важнейшим достоинством такого рода частиц является их большое количество, приходящееся на единицу объема, что в значительной степени определяет эффективность измельчения кристаллической структуры материалов. Интенсивное развитие методов получения мелкодисперсных частиц сопровождается значительным снижением себестоимости их производства. Это обстоятельство лежит в основе повышения экономической эффективности процесса упрочнения материалов с использованием мелкодисперсных частиц. Для ряда задач, связанных с обеспечением высоких показателей конструктивной прочности изделий ответственного назначения, обсуждаемая технология введения является экономически оправданной уже в сегодняшних условиях. Таким образом, проблема упрочнения материалов при реализации процессов литья является актуальной, имеющей как научное, так и прикладное значение. Несмотря на важность ввода частиц в расплав, существующие дозирующие устройства на рынке представлены преимущественно иностранными фирмами, такими как ALL-FILL Incorporated и LAMBDA. Их продукция имеет высокую цену и сложна в эксплуатации. Так как порошковая металлургия в настоящее время активно развивается, потребность в порошковых дозаторах возрастает, в связи с этим возникает потребность в дозаторе, обладающем низкой ценой и легкостью эксплуатации при сохранении точности дозировки. В данной статье представлена разработка и реализация системы подачи мелкодисперсных частиц в расплав.
Бесплатно
Статья научная
Цель - разработка и внедрение на золотоизвлекательной фабрике гравитационно-цианистой технологии переработки высокосорбционно-активной руды одного из месторождений Российской Федерации с последующим переходом на гравитационно-флотационно-цианистую технологию. Массовая доля сульфидной серы и органического углерода в руде - по 0,4 %, основным полезным компонентом является золото в количестве 0,9-1,2 г/т. По рациональному анализу доля золота в цианируемой форме - 81-87 %. Однако из-за крайне высокой сорбционной активности руды в производственных условиях извлечение Au снижается до 54-61 %. С 2011 г. «Иргиредмет» провел лабораторные исследования более чем 50 частных лабораторных проб руды. Пробы руды эффективно обогащаются гравитационными методами, при этом образуются неупорные концентраты с малой или нулевой сорбционной активностью. Для 6 крупнотоннажных проб (массой 5-90 т) выполнен полный цикл НИР, включая полупромышленные и опытно-промышленные испытания по нескольким вариантам схем: прямое цианирование, гравитационно-цианистая схема с раздельным цианированием концентрата и хвостов гравитации, гравитационно-флотационно-цианистая с цианированием концентратов и высокотемпературной обработкой хвостов цианирования. Гравитационно-цианистая схема при выходе концентрата 1,2 % обеспечила прирост сквозного извлечения Au из руды в среднем на 9 % по сравнению с технологией прямого цианирования - до уровня 63-69 %. Гравитационно-флотационно-цианистая схема обеспечила прирост извлечения золота из руды до 77,2-77,4 %. В 2023-2024 гг. институтом «Иргиредмет» разработан технологический регламент для гравитационно-цианистой схемы и проект модернизации золотоизвлекательной фабрики. Внедряемая гравитационно-цианистая схема является «плацдармом» для более глубокой модернизации золотоизвлекательной фабрики с переводом ее на гравитационно-флотационно-цианистую схему.
Бесплатно
Разработка и освоение участка нагрева заготовок из специальных сталей и сплавов
Статья научная
Представлены результаты работ по созданию технологического участка нагрева и транспортировки заготовок из специальных сталей и сплавов, предназначенных для пластической деформации современной радиально-ковочной машины SKK-14 фирмы GFM, выполненных Металлургическим институтом передовых технологий (ООО МИПТ), входящим в структуру Группы компаний «МЕТЧИВ». Показаны недостатки известных технологических линий нагрева заготовок из специальных сталей и сплавов, способов и устройств для их транспортировки вдоль рабочего пространства методических толкательных печей. Предложена установка двух методических толкательных печей в шахматном порядке, одна из которых с торцевой задачей и выдачей, а другая - с торцевой задачей и боковой выдачей, обеспечивающая осуществление двух технологических вариантов нагрева. Описан разработанный способ транспортировки заготовок в методической толкательной печи, обеспечивающий равномерный нагрев круглых заготовок за счет их самостоятельного поворота вокруг своей оси при перемещении по поду печи. Охарактеризована разработанная новая конструкция направляющих для защиты пода методической толкательной печи от механического воздействия перемещаемых заготовок. Предложено в качестве направляющих использовать металлические гибкие элементы в виде лент или прутков, концы которых соединены со свободно подвешенными грузами. Представлены предложения по повышению надежности работы методической нагревательной печи с боковой выдачей заготовок и снижению эксплуатационных затрат, которые заключаются в использовании направляющего желоба, выполненного из нескольких полых элементов, заполненных сыпучим огнестойким материалом, а для их герметизации с обеих сторон закрытых пробками. На наружных поверхностях пробок выполнены конические охватываемые поверхности. На боковых стенах каркаса печи напротив охватываемых конических поверхностей выполнены приливы с охватывающими коническими поверхностями. Все выполненные разработки запатентованы.
Бесплатно
Статья научная
Разработан не имеющий аналогов по составу оборудования, его компоновке и конструктивному исполнению технологический участок поперечной резки поковок, получаемых на радиально-ковочной машине SKK-14 австрийской фирмы GFM. Предложена новая конструкция клапанного сбрасывателя поковок, отличительной особенностью которого является компактная встроенность его в существующий рольганг радиально-ковочной машины, а также противонаправленный поворот рычагов клапанов. Для снижения усилия реза и затрат на нагрев предложено осуществлять нагрев или подогрев только части длины поковки в месте ее реза с помощью специально разработанного индукционного нагревателя. С учетом особенностей работы гидравлической системы пресса П6332, требований к условиям реза на ножницах с параллельными ножами разработана оригинальная конструкция штампа для резки поковок, отличительными особенностями которого являются восприятие колоннами штампа во время реза осевых усилий реза, а также синхронизация механизмов прижима и реза. Учитывая выполнение гидравлическим прессом П6332 с разработанным штампом верхнего реза поковок, разработан специальный компактный качающийся приводной рольганг с прижимным роликом, ось качания которого совмещена с осью ведущего ролика рольганга и смещена относительно центра тяжести рольганга, обеспечивая возврат рольганга в прежнее положение после его наклона. Для возможности перемещения мерных поковок и их складирования разработаны конструкции транспортного рольганга, рычажного сбрасывателя и карманов-накопителей.
Бесплатно
Разработка классификатора дефектов для сварных труб
Статья научная
Представлены материалы по обоснованию и необходимости разработки межотраслевого классификатора дефектов сварных труб. Установлены единые термины и определения дефектов в основном металле и сварном соединении труб. Осуществлена классификация дефектов в зависимости от способа изготовления, технологии сварных труб, характера расположения дефектов. Определены нормативные требования на дефекты сварных труб и их ремонт.
Бесплатно
Разработка конструкции для контроля вдуваемой массы смазочно-дезоксидирующего материала
Статья научная
Важнейшей задачей повышения эффективности производства труб является задача улучшения качества производимой продукции. Дальнейшее развитие и совершенствование технологии производства труб связаны с изучением условий контактного взаимодействия в паре «инструмент - деформируемый металл», в частности с созданием разделительного слоя. Применение современных смазочно-дезоксидирующих материалов (далее СДМ) и современного оборудования для их нанесения позволяет добиться гарантированного разделения контактных поверхностей. Также создание разделительного слоя позволяет получить значительное преимущество с точки зрения повышения качества готовых труб, эксплуатационной надёжности готовой продукции, снижения стоимости производства и интенсификации процессов деформирования. Однако неравномерное распределение СДМ по внутренней поверхности гильзы приводит к снижению качества внутренней поверхности готовых труб, а также к неравномерному износу оправок непрерывных станов. Одной из причин отсутствия гарантированного разделения контактных поверхностей является несоответствие выдуваемой порции СДМ заданному значению. В статье приведено описание принципа работы стандартных циклонов и произведен расчет стандартной конструкции циклона. Приведены результаты компьютерного моделирования работы циклона стандартной конструкции и модернизированного. Также представлены результаты физических экспериментов по улавливанию частиц.
Бесплатно
Разработка метода исследования коррозии аморфных сплавов в воздушной среде
Краткое сообщение
Разработан метод исследования коррозии аморфных сплавов в воздушной среде. Произведены коррозионные испытания на ленточных образцах аморфных сплавов 5БСДР и 2НСР. Произведен анализ оксидной пленки на поверхности аморфной ленты, с целью подтверждения эффективности метода.
Бесплатно
Разработка научных основ и оптимизация технологических режимов нового способа протяжки литых слитков
Статья научная
Рассмотрена идея реализации знакопеременной деформации при ковке литых слитков и определена рациональная форма ковочного инструмента. Представлены результаты анализа деформированного состояния металла при осадке в бойках с рельефной поверхностью, а также в гладких бойках (на втором этапе деформирования). Использование нового инструмента обеспечивает в первых проходах проработку структуры металла путем дополнительной знакопеременной деформации без существенного изменения формы поперечного сечения заготовки. Знакопеременная деформация способствует увеличению накопленной деформации без изменения формы поперечного сечения заготовки, стимулирует образование полигонизованной субзеренной структуры и повышение дисперсности зеренной структуры. Представлены результаты анализа деформированного состояния металла при ковке рельефными и плоскими бойками. Для оценки неравномерности деформации по высоте слитка выполнен расчет накопленной степени деформации частицами в очаге деформации для шести точек по высоте в сечении углубления на бойке. Накопленная степень деформации для конкретной частицы определяется из решения задачи с помощью программы Deform для плоско-деформированного состояния в изотермических условиях. В приконтактных слоях деформация минимальна, так как имеются зоны затрудненной деформации (зоны прилипания), протяженность которых по мере продвижения вглубь металла уменьшаются; в начале пластической деформации возникает свободная поверхность - поверхность, не находящаяся под рабочим инструментом. Найдены способы управления технологическим процессом ковки с целью повышения однородности деформированного состояния по сечению слитка, стимулирование образования полигонизованной субструктуры во время обжатия и ультрадисперсной структуры после метадинамической рекристаллизации во время паузы.
Бесплатно
Статья научная
Разработана и успешно испытана в производственных условиях технология экономного расходования раскислителей и легирующих добавок при использовании композитных материалов, скомпонованных таким образом, что растворение добавок происходит в локальной зоне с пониженным содержанием кислорода. Вводимая в жидкий металл добавка блокируется алюминием. Использование при раскислении и легировании металла композиционных материалов показало достаточно высокую стабильность и степень усвоения вводимых реагентов. Средняя степень усвоения титана составила 81,3 %, ванадия - 94,5 %, марганца - 78,0 %. Стабильно высокая степень усвоения легирующих элементов позволяет организовать ввод лигатуры в расчете на нижний марочный предел содержания элементов в стали. Такая технология сравнительно просто реализуема и эффективна в электросталеплавильных или литейных цехах, где имеются дуговые сталеплавильные печи малой емкости. Экономические показатели использования композиционных материалов повышаются при использовании алюминийсодержащих отходов и экономии дорогостоящего алюминия для раскисления. Технология успешно испытана на заводах: «Красный Октябрь» (Волгоград), «Серп и Молот» (Москва), «Стальное литье» (Пловдив, Болгария).
Бесплатно
Разработка новых способов производства двухшовных труб большого диаметра
Статья научная
Современное металлургическое предприятие состоит из множества как вспомогательных, так и основных цехов, которые требуют постоянных материальных вложений. В условиях экономической нестабильности в промышленной отрасли вопросы экономии материальных средств, сырья и т. д., а также сокращения расходного коэффициента металла, оптимизации и гибкости производства являются важной составляющей для металлургических компаний. В данной статье описаны новые разработанные способы производства электросварных экспандируемых труб из двух листов (двухшовная). С использованием современных методов инженерного анализа, основанных на методе конечных элементов (МКЭ), проведена оценка возможности реализации разработанных способов производства двухшовных труб большого диаметра, а также подобраны технологические режимы формообразования, позволяющие получить продукцию, удовлетворяющую требованиям заказчика. В статье описаны результаты выполненных опытных работ, проведена оценка сходимости результатов, полученных при использовании CAE-систем, и опытной работы в цехе. Разработанные математические модели производства трубных заготовок на основных формообразующих операциях имеют высокую сходимость и могут использоваться при расчете новых типоразмеров. Используя разработанные математические модели в специализированном программном комплексе MSC Software, можно без рисков и финансовых потерь проводить оценку новых технологических режимов, различных способов производства. Предложенные новые способы производства двухшовных труб большого диаметра (формовка листа из двух половин и формовка полуцилиндра) увеличили производительность и гибкость производства, а также показали положительную экономическую эффективность за счет более низких затрат на листовую заготовку. Новые методы производства подтвердили свою работоспособность и на практике (производство опытной партии) доказали возможность существования.
Бесплатно
