Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 899
Селективное восстановление и пирометаллургическое разделение металлов титаномагнетитовых руд
Статья обзорная
Бесплатно
Статья научная
Раскрыты принципиальные достоинства способа плазменно-кавитационного формирования покрытий, характеризующие его как перспективную высокоэффективную технологию. Показано, что эти достоинства обеспечиваются комплексным характером воздействия, представляющим собой сочетание основных видов воздействий на обрабатываемую поверхность: электрического, механического, термического и химического. Такое сочетание принципиально отличает способ плазменно-кавитационной обработки от многих других, широко распространенных в современных технологиях сочетаний, включающих в основном два вида воздействий. Предложено, что процесс плазменно-кавитационного формирования покрытий осуществляется по механизму сварки металлов давлением, что подтверждается результатами проведенных испытаний на определение показателей качества покрытий. Показано термодинамическое и кинетическое единство этих процессов, что дает возможность отнести плазменно-кавитационное формирование покрытий к классу процессов сварки металлов давлением и рассматривать процессы получения покрытий плазменно-кавитационным способом и сварки давлением с единых методологических позиций.
Бесплатно
Синтез наноматериалов с использованием пав
Статья научная
Рассмотрены методы синтеза наноматериалов с применением поверхностно-активных веществ. Приведен краткий анализ и классификация ПАВ. Одним из методов является синтез нанопористых трехмерно упорядоченных оксидных, халькогенидных или металлических наноматериалов в структуре лиотропных жидких кристаллов, формирующихся в высококонцентрированных водных растворах ПАВ. Отмечена пионерская работа 1992 г. по созданию первого мезопористого силикатного материала, послужившая инициатором широкой волны исследований в этой области. Другим методом является использование обратных мицелл ПАВ в углеводородных средах, что позволяет проводить реакции в объеме микрокапель растворов реагирующих компонентов и тем самым уменьшать размер образующихся наночастиц. Для целенаправленного использования ПАВ необходимо знание двойных и тройных диаграмм состояния вода - ПАВ и вода - масло - ПАВ, которые строятся согласно классическим представлениям физической химии о равновесии в двух- и многокомпонентных системах. В обзоре приведены наиболее подробно охарактеризованные двойные и тройные диаграммы состояния, имеющие значение для матричного синтеза. Обсуждены методы исследования диаграмм состояния. Затронуты также близко родственные системы на основе блок-сополимеров, ряд которых также может быть рассмотрен как высокомолекулярные ПАВ. Отдельно рассмотрены оксидные и оксигидроксидные наноматериалы, включающие соединения Si, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mn, W, Sn, Ce и смешанных материалов, с матрицей из SiO2, на которую нанесено некоторое количество оксида другого металла: Al, V, Cr, Fe, Zr, Mo, Ni, либо металлические частицы катализаторов: Ag, Pt или Pd, полученные с применением ПАВ в процессе осаждения неорганической фазы. Приведены примеры наиболее упорядоченных мезопористых наноматериалов, образующих трехмерно периодические структуры с открытой пористостью. Предложены пути дальнейшего развития метода матричного синтеза наноматериалов с использованием ПАВ.
Бесплатно
Система управления температурой муфельной электропечи с адаптивным регулятором температуры
Статья научная
Представлена модель адаптивной системы управления температурой муфельной электропечи сопротивления (ЭПС) типа МП-2УМ, реализованная в программной среде MATLAB. Основу модели системы составляет блок электропечи, разработанный с использованием данных, полученных в результате эксперимента, проведенного на действующей полупромышленной ЭПС типа МП2-УМ, а также с использованием линейных моделей объектов и дискретной активной идентификации. В модели реализованы ввод исходных данных процесса термообработки и обрабатываемого металла с использованием блока задания температурного режима печи, расчет температуры нагреваемого металла с использованием показаний эффективной температуры печи, определяемой термопарой и температурой пирометра, имитация графиков изменения температуры внутри камеры печи и график изменения коэффициента передачи настройки ПИД-регулятора, тем самым решаются задача оптимального управления тепловыми режимами электропечи по выбранным критериям и задача информационного обеспечения, позволяющая технологу более точно проводить процесс термообработки, предоставляя ему дополнительную информацию, недоступную для прямого измерения. Рассмотрена работа созданной модели системы на примере отжига прутка из сплава технического титана марки ВТ1-0, широко используемого при изготовлении различных изделий, соответствующего жестким требованиям эксплуатационных характеристик. Данная модель также может быть использована для обучения персонала предприятий промышленного металлургического комплекса с целью повышения их квалификации и уровня профессиональной подготовки, а также в учебном процессе для высших учебных заведений.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитаны параметры равновесий, реализующихся при восстановлении оксидов железа в атмосфере водяного газа (СО-СО 2-Н 2-H 2О) в присутствии углерода. Для графической интерпретации полученных результатов впервые построена пространственная диаграмма, представляющая собой совокупность поверхностей трехфазных равновесий и линий четырехфазных равновесий, точка пересечения которых определяет параметры нонвариантного пятифазного равновесия. Установлены составы водяного газа, равновесного со смесями Fе 3O 4-С, Fе 3O 4-FеO-С, FeO-С, FeO-Fe-С, Fe-С и Fe 3O 4-FeO-Fe-C Предложен метод графического определения возможных составов водяного газа, равновесного с этими смесями.
Бесплатно
Системный подход проектирования и управления валковым хозяйством сортовых прокатных станов
Статья научная
Представлена постановка задачи на разработку системного подхода проектирования и управления валковым хозяйством сортовых прокатных станов. Показана схема автоматизированной системы формирования и управления валковым хозяйством прокатного стана. Представлена статистическая зависимость для определения износа валков сортового стана. Разработан способ подготовки к эксплуатации калиброванных валков. Представлены валковые потоки на типовом прокатном стане. Дана структура электронного паспорта валка. Разработана методика расчёта числа валков сортового стана.
Бесплатно
Склонность низкоуглеродистой трубной стали к проявлению эффекта Баушингера
Статья научная
Эффект Баушингера в трубном производстве может возникнуть при пошаговой формовке труб и экспандировании, а также при правке вырезанных из труб сегментов, предназначенных для изготовления полноразмерных плоских образцов для механических испытаний. В настоящей работе рассмотрено проявление эффекта Баушингера в низкоуглеродистой трубной стали с феррито-перлитной и феррито-бейнитной структурой, а также как знакопеременное нагружение с последующим низкотемпературным нагревом влияет на склонность стали к деформационному старению и как после старения изменяется эффект Баушингера. Для исследования эффекта Баушингера образцы подвергали нагружению, включающему растяжение и сжатие, которые выполнялись в разной последовательности. После проведения знакопеременного нагружения деформация образцов отсутствовала. Установлено, что вне зависимости от схемы нагружения склонность исследуемой стали к проявлению эффекта Баушингера при феррито-бейнитной структуре выше, чем при феррито-перлитной структуре. Знакопеременное нагружение с последующим низкотемпературным нагревом приводит к деформационному старению стали, что сопровождается повышением предела текучести. Величина упрочнения зависит от схемы нагружения перед низкотемпературным нагревом. Склонность к деформационному старению при нагружении по схеме «растяжение + сжатие» не зависит от исходной структуры. Тогда как при схеме нагружения «сжатие + растяжение» при наличии феррито-бейнитной структуры при деформационном старении достигается наибольший уровень предела текучести. Знакопеременное нагружение, осуществляемое в состаренном состоянии, приводит к резкому снижению предела текучести и появлению эффекта Баушингера. От схемы нагружения перед провоцирующим нагревом эффект Баушингера состаренной стали не зависит и в большей мере проявляется при феррито-бейнитной структуре.
Бесплатно
Смазочно-дезоксидирующие материалы и оборудование для их подачи в линиях ТПА с непрерывными станами
Статья научная
Важнейшей задачей повышения эффективности производства труб является улучшение качества производимой продукции при соблюдении режима экономии и максимального использования имеющихся средств. В связи с этим дальнейшее развитие и совершенствование технологии процессов обработки металлов давлением в горячем состоянии непосредственно связаны с изучением условий контактного взаимодействия в паре «инструмент - деформируемый металл». Подробное изучение контактного взаимодействия необходимо в первую очередь для разработки более совершенных режимов деформации, расчёта прокатного оборудования на прочность, а также оценки эффективности того или иного процесса формоизменения с точки зрения затрат энергии и экологической безопасности. Использование современных смазочно-дезоксидирующих материалов позволяет добиться гарантированного разделения контактных поверхностей, улучшения качества и эксплуатационной надёжности готовой продукции. В сфере горячей деформации металла производство труб ответственного назначения является важнейшим участком вследствие требований высокого качества на специфическом рынке. Это нефтяная, автомобильная промышленность, станкостроение и машиностроение. Высокая интенсивность износа прокатного инструмента не позволяет достигнуть требуемого качества выпускаемой продукции. Особенно ярко это проявляется в последнее время в связи с ужесточением температурно-деформационных условий при производстве тонкостенных труб из специальных сплавов и нержавеющих марок стали. Большое значение в решении поставленных выше задач имеют вопросы, относящиеся к выбору производства и применению смазочно-дезоксидирующих материалов в процессах горячей обработки металлов давлением. Используя современные высокотехнологичные смазочно-дезоксидирующие материалы и современное оборудование для их нанесения, можно получить значительное преимущество с точки зрения повышения качества готовых труб, снижения стоимости производства и интенсификации процессов деформирования.
Бесплатно
Снижение расходного коэффициента при изготовлении труб
Статья научная
Представлена постановка задачи на снижение расходного коэффициента при производстве труб по маршруту прессование - редуцирование. Проанализированы возможные способы устранения утолщения стенки на заднем участке. Получены аналитические зависимости для определения параметров пресс-иглы, позволяющие проектировать профилировку рабочего инструмента при изготовлении труб с устранением утолщения стенки на заднем участке.
Бесплатно
Краткое сообщение
Работа посвящена повышению точности определения уровня динамических напряжений и остаточного ресурса трубопроводных обвязок оборудования магистральных газопроводов. Показано, что для трубопроводов опасность возникновения разрушений от действия вибраций следует оценивать не по величине виброскорости трубопровода, а по среднеквадратичному значению местных динамических напряжений.
Бесплатно
Совершенствование методики расчета размеров угловых швов
Статья научная
Наряду с повышением надежности и долговечности сварных конструкций к ним предъявляют требования по снижению металлоемкости, в частности, по снижению количества наплавленного металла. Это, в первую очередь, относится к сварным соединениям с угловыми швами, так как из всех сварочных материалов, потребляемых в промышленности, более 70 % расходуется на выполнение угловых швов. Согласно нормативному методу расчета на прочность сварных соединений с угловыми швами СНиП II-23-81*, расчет ведут на условный срез по минимальному сечению шва. Размер минимального сечения определяют в зависимости от размера катета шва и нормативного коэффициента , который, в свою очередь, зависит от способа сварки. Следует отметить, что в СНиП недостаточно полно учтены возможности увеличения размера расчетного сечения при выполнении угловых швов механизированными способами сварки. В частности, регулируя положение зоны проплавления углового шва относительно плоскости разъема свариваемых листов путем выполнения неравнокатетных угловых швов, можно значительно увеличить длину расчетного сечения и, что не менее важно, увеличить глубину проплавления стенки таврового соединения для заданного режима сварки. В расчетной методике (Акулов А.И., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением, 1977) рассматривается только вопрос определения высоты углового шва в зависимости от режима сварки, а вопрос определения размеров минимального сечения и глубины проплавления стенки остается открытым. В настоящей работе предпринята попытка усовершенствовать методику расчета размеров угловых швов. Методика базируется на подтвержденных экспериментально допущениях: зона проплавления углового шва описывается уравнением эллипса, а площадь поперечного сечения шва, независимо от его положения относительно плоскости разъема свариваемых листов, при заданном режиме сварки остается постоянной. Предлагаемая методика позволяет оптимизировать геометрию угловых швов, что, в свою очередь, позволяет без ущерба для прочности конструкции уменьшить размеры и расход сварочных материалов, используемых для выполнения угловых швов.
Бесплатно
Совершенствование методики экспериментального исследования растворимости висмута в никеле
Статья научная
С целью изучения возможности образования твёрдых растворов висмута в никеле и его сплавах разработана и опробована методика насыщения твёрдого металла висмутом через газовую фазу. В ходе исследования не удалось обнаружить заметного растворения висмута в никеле. Показано, что при общем содержании висмута в никеле менее 1 мае. % висмут выделяется по границам зёрен сплава в форме NiBi.
Бесплатно
Совершенствование методов контроля качества абразивных смесей
Краткое сообщение
Качество абразивного инструмента формируется на всех стадиях технологического процесса. Особое место в производстве абразивного инструмента занимает операция приготовления абразивных смесей из многих компонентов. Затраты на ее производство в значительной мере определяют себестоимость и качество готовой продукции. Вместе с тем процесс приготовления смесей является узким местом в производстве инструмента, одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций. Отсутствие научно-обоснованных методов прогнозирования качества смесей, а также надежных оперативных методов контроля качества смесей сдерживает разработку эффективных технических решений, позволяющих реализовать возможности процесса валкового смешения. Абразивную смесь, представляющую механическую композицию с разным долевым отношением вулканитовой связки и абразивного материала, получают методом валкового смешения с использованием прокатного оборудования. Используемый в настоящее время способ контроля готовности (однородности) смеси носит субъективный характер и имеет значительные погрешности. А резонансный и ультразвуковой импульсный контроль качества готовых изделий применительно к сырым абразивным смесям не пригоден. Широкое распространение в настоящее время в разных сферах производства получают методы контроля свойств изделий, использующие возможности цифровой съемки и компьютерной обработки цветового содержания снимка с помощью программ компьютерной графики. Цифровая фотосъемка поверхности абразивной смеси и анализ изображения с помощью программ компьютерной графики позволяют оценить содержание твердой и вязкой фаз в пробах на разных участках перерабатываемого объема смеси и судить об однородности смеси. Это, в свою очередь, позволит обеспечить оперативный и надежный контроль качества смеси и более эффективно реализовать возможности процесса изготовления шлифовальных изделий из абразивных смесей.
Бесплатно
Совершенствование механизмов установки валков двухклетевого стана 250 ООО НПП «Метчив»
Статья научная
Изложены результаты реконструкции двухклетевого прокатного стана 250 Научнопроизводственного предприятия (ООО НПП) «Метчив», предназначенного для производства широкого сортамента простых и фасонных профилей из специальных сталей и сплавов. Стан разработан в 1966 г. Южно-Уральским машиностроительным заводом (ЮУМЗ, г. Орск), сейчас ООО «ЮУМЗ». Выполнена реконструкция механизмов радиальной установки прокатных валков с заменой механизма гидравлического уравновешивания на пружинное уравновешивание. Это позволило устранить эксплуатационные сложности системы гидравлического уравновешивания, не позволявшие его использовать в течение многих лет. Отсутствие механизма уравновешивания верхних прокатных валков приводило к общеизвестным недостаткам в работе прокатных клетей: несоответствию расстояния между рабочими поверхностями прокатных валков при настройке и при прокатке за счет выборки указанных зазоров в системе «гайки – винты – подушки – прокатные валки», действию динамических нагрузок в указанной системе механизмов. Проработано несколько возможных вариантов размещения винтовых цилиндрических пружин сжатия и тарельчатых пружин: в штоковых полостях гидроцилиндров уравновешивания; между подушками нижних и верхних прокатных валков; на наружных боковых поверхностях станин прокатной клети; на траверсах, соединяющих станины прокатных клетей. Лучшим вариантов по компактности размещения, возможности выполнения требуемых функций выбран вариант с размещением винтовых цилиндрических пружин в штоковых полостях гидроцилиндров уравновешивания. Выполнен расчет пружин по известной методике и их выбор по ГОСТ 13773–86. Реконструкция проведена без сложных конструктивных изменений в деталях прокатных клетей с минимальными изменениями в «начинке» гидроцилиндров с сохранением требуемого усилия уравновешивания в проектном диапазоне изменения зазора между прокатными валками. Реконструированные механизмы изготовлены, смонтированы и находятся в постоянной эксплуатации, показывая высокую эффективность.
Бесплатно
Статья научная
Используя приближение теории субрегулярных ионных растворов, рассчитаны диаграммы состояния двойных силикатных систем Cu2O-SiO2 и NiO-SiO2. Посредством термодинамических расчётов описаны равновесия, реализующиеся в системе Cu-Si-O в условиях существования медного расплава. Уточнены и сведены воедино значения необходимых для расчета термодинамических параметров. Проведено сравнение результатов расчёта диаграмм состояния с литературными данными.
Бесплатно
Совершенствование работы шахтных подогревателей второго поколения
Статья научная
После ввода в эксплуатацию шахтных печей второго поколения (с удерживающими пальцами) выявились технологические и конструктивные недостатки, которые снижают эффективность предварительного подогрева металлолома в шахтном подогревателе и модулей системы газоочистки. Результатом этих недостатков явились неравномерный и неполный подогрев металлолома, односторонний выброс вредных веществ в помещение цеха («каминный эффект»). Также термическое и механическое исполнения шахтного подогревателя вызывали дополнительные потери тепла в шахтных подогревателях. Существующие конструкции колпака шахты и передвижной муфты создавали экстремальные условия для работы модулей газоочистки. В данной статье рассмотрены причины и предложены меры, которые устраняют вышеуказанные недостатки шахтных подогревателей и в значительной мере стабилизируют работу системы дожигания и очистки отходящих газов.
Бесплатно
Статья научная
Описан метод разбавления отходов при выплавке никелевых сплавов в дуговой сталеплавильной печи ДСП-6. Также описано положительное влияние присадки металлических кальция и церия в перегретый расплав на свойства жаропрочных сплавов Х20Н80, ХН78Т и ХН75МБТЮ.
Бесплатно
Совершенствование технологии выплавки сплавов на никелевой основе с присадкой хрома в жидкую ванну
Статья научная
Изучены причины периодически проявлявшейся низкой технологической пластичности сплавов Х20Н80 и ХН78Т, выплавленных в открытой дуговой печи с присадкой металлического хрома в расплав. Описаны меры по совершенствованию технологии выплавки, основанные на результатах проведённых исследований и позволившие практически полностью исключить брак по пластичности при выплавке указанных сплавов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены особенности технологического процесса производства алюминиевых сплавов различных марок в электрических миксерах сопротивления в литейном отделении промышленного предприятия. Процесс получения алюминиевых сплавов с заданным химическим составом является сложным физико-химическим процессом, который включает последовательное смешивание алюминия-сырца, полученного методом электролиза, и его взаимодействие с различными лигатурами и флюсами. На этой стадии происходит формирование необходимого химического состава и качества алюминиевых сплавов посредством рафинирования и дегазации расплава. Этот этап производства связан с наличием избыточного количества корректирующих воздействий из-за многозадачности и многофакторности металлургического процесса, что приводит к увеличению времени приготовления расплава, снижению производительности электрического миксера сопротивления и повышению затрат на единицу готовой продукции. Совершенствование технологического процесса формирования алюминиевых сплавов связано с затратностью проведения экспериментальных исследований. В связи с этим важное значение приобретает математическое моделирование с применением программно-инструментальных систем, обеспечивающее высокое качество алюминиевых сплавов в результате прогнозирования конечных параметров химического состава. Поэтому в рамках интенсивной цифровой трансформации металлургической отрасли актуальна разработка и промышленное применение программных средств, позволяющих оптимизировать технологический процесс получения алюминиевых сплавов, снизив энергетические и материальные затраты, а также повысить производительность миксеров литейных отделений.
Бесплатно
Статья научная
Трубы большого диаметра являются одним из наиболее востребованных видов металлопродукции, потребляемым топливно-энергетическим комплексом России. Для удовлетворения потребностей ПАО «Газпром» и других энергетических компаний необходим высококачественный толстолистовой прокат (ТЛП) из микролегированных трубных сталей (МЛТС). Известно, что уровень свойств такой продукции предварительно формируется и последовательно изменяется на стадиях выплавки и непрерывной разливки МЛТС и далее - в процессах нагрева, прокатки и охлаждения ТЛП. Показано, что «МЛТС - ТЛП» - это сложная технологическая система, в которой реализуется многофакторный процесс последовательного формирования требуемых показателей качества полупродукта и готовой продукции. Для совершенствования этой системы сформулирована концепция эффективного компенсационного воздействия и разработан особый инструментарий для научного анализа и решения технологических задач - методология эффективной технологической компенсации. Построен комплекс математических и физических моделей для определения эффективных компенсационных технологических воздействий в системе «МЛТС - ТЛП». Рассчитаны технологические параметры производства ТЛП для компенсации целенаправленного снижения содержания легирующих элементов в МЛТС классов прочности К56-К65. Разработана методика поиска ресурсосберегающих компенсирующих режимов толстолистовой прокатки непрерывнолитых слябов из МЛТС с поверхностными трещинами. Теоретически обоснован выбор компенсирующих режимов асимметричного деформирования непрерывнолитых слябов с температурным градиентом по толщине. Расширены представления об интенсифицировании деформационного воздействия на центральные слои металла при производстве ТЛП из непрерывнолитых слябов с повышенным уровнем осевой химической неоднородности.
Бесплатно
