Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Статья научная
Изучены двойные и тройные оксидные системы, содержащие в качестве независимых компонентов оксиды церия (III и IV). Установлен вид двойных и тройных диаграмм состояния, сопряженных с областью существования жидкой металлической фазы на основе железа. При расчете координат линий ликвидус для двойных диаграмм состояний систем Ce 2O 3-MgO, CeO 2-MgO, Ce 2O 3-СaO, CeO 2-СaO, Ce 2O 3-SiO 2, CeO 2-SiO 2, Ce 2O 3-Al 2O 3, CeO 2-Al 2O 3 подобраны энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов. Установлены термодинамические зависимости констант равновесия реакций образования алюминатов (Ce 2O 3•Al 2O 3, Ce 2O 3•11Al 2O 3) и силикатов (Ce 2O 3•SiO 2, 7Ce 2O 3•9SiO 2, Ce 2O 3•2SiO 2) церия из компонентов ионных расплавов. На основании термодинамических данных об образовании сложных оксидных соединений, теплот плавления оксидов, составляющих изучаемые системы, значений энергетических параметров теории субрегулярных растворов впервые построены диаграммы состояний тройных оксидных систем FeO-CeO 2-SiO 2, FeO-Ce 2O 3-SiO 2, CeO 2-Ce 2O 3-SiO 2. При расчете координат линий ликвидус для тройных систем FeO-Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-CaO, FeO-CeO 2-CaO, CeO 2-Ce2O 3-CaO, FeO-Ce 2O 3-MgO, FeO-CeO 2-MgO, CeO 2-Ce 2O 3-MgO использовалась теория совершенных ионных растворов. Уточнены и пересчитаны диаграммы состояний систем FeO-Ce 2O 3, Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-CeO 2, FeO-Ce 2O 3-Al 2O 3.
Бесплатно
Термодинамическое описание процесса сорбции ванадия на углеродсодержащем сорбенте
Статья научная
Показана возможность сорбционного извлечения соединений ванадия из кислых сред на высокоразвитой поверхности активированного древесного угля, модифицированного катионными ПАВ. Установлено, что сорбируются преимущественно полиоксосоединения ванадия. Доказано, что сорбционному извлечению ванадия из водного раствора не мешают ионы меди, никеля, железа, кальция, магния, натрия и калия. Наилучшие показатели сорбции ванадия на модифицированном углеродсодержащем сорбенте достигаются в диапазоне рН от 2 до 4, то есть в кислой области. При данных значениях рН гидроксиды других металлов еще не начинают осаждаться, что позволяет получить чистый продукт. Уменьшение сорбции ванадия при увеличении рН среды связано с тем, что полианионы ванадия, которым соответствуют поликислоты состава: Н2V4O11, Н6V10O28, H4V6O17, распадаются на анионы, которым соответствуют кислоты состава: Н4V2O7, HVO3, H3VO4. Таким образом, на один сорбционный центр улавливается анион, содержащий меньшее количество атомов ванадия. Заполнение поверхности сорбента соединениями ванадия идет по типу сорбции Ленгмюра, что позволяет провести термодинамическое описание процесса и определить основные энергетические составляющие. Термодинамические исследования показали, что извлечение ванадия сводится к физической адсорбции полиоанионов на положительно заряженной поверхности древесного угля (степень извлечения составляет 84 %). Вывод о физической адсорбции сделан исходя из того, что ΔG реакции с увеличением температуры уменьшается, а тепловой эффект реакции не превышает 13 кДж/моль. Дополнительно продукты обжига насыщенного сорбента исследованы при помощи рентгенофазового анализа. На рентгенограмме обнаружены фазы оксида ванадия V2O5 и сложного оксида на основе оксида ванадия и оксида марганца состава MnO∙V2O5. Таким образом, конечный продукт обжига насыщенного сорбента - пентоксид ванадия с примесями марганца. Если проводить обжиг насыщенного сорбента совместно с восстановителем, то можно получить металлический ванадий. При этом степень чистоты конечных продуктов составляет порядка 99 %.
Бесплатно
Термодинамическое описание системы Cu2O-SiO2
Статья научная
Посредством термодинамических расчётов построены несколько вариантов фазовых диаграмм системы Cu2O-SiO2, которые могут быть использованы для анализа имеющихся литературных данных. Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Проведено термодинамическое моделирование и экспериментальное изучение фазовых равновесий в системе Cu-Al-Zr-O. Термодинамический анализ фазовых равновесий был выполнен с использованием методики построения поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ). Анализ проводился для температур 1200 и 1300 °С. По результатам расчета были построены области фазовых равновесий жидкого металлического расплава и сопряженных оксидных фаз в зависимости от концентрации элементов, растворенных в металлическом расплаве. В присутствии циркония и алюминия в расплаве образование оксида меди и соединения CuAlO2 термодинамически маловероятно. Области этих фазовых равновесий смещены по концентрации алюминия 10-13 мас. % и менее, а по концентрации циркония 10-20 мас. % и менее. Также были просчитаны изокислородные сечения. Показано, что цирконий в медном расплаве является более сильным раскислителем, чем алюминий. Таким образом, для системы Cu-Al-Zr-O характерен механизм альтернативного раскисления. В первую очередь взаимодействовать с кислородом будет растворенный в металлическом расплаве цирконий. При снижении его концентрации в расплаве, связанном с образованием оксида циркония, при достаточном содержании растворенного в расплаве кислорода возможно образование и оксида алюминия. Экспериментальные исследования подтверждают результаты термодинамического моделирования. Анализ образовавшихся в металле оксидных включений был выполнен с использованием растрового электронного микроскопа и микрорентгеноспектрального анализа. Результаты исследования могут быть интересны для технологии производства меди и сплавов на ее основе.
Бесплатно
Термодинамическое описание фазовых равновесий в системе Cu2O-CeO2-Ce2O3-La2O3
Статья научная
С использованием теорий совершенных ионных растворов и субрегулярных ионных растворов проведено термодинамическое моделирование линий ликвидуса для двойных оксидных фазовых диаграмм и поверхностей ликвидуса для тройных оксидных фазовых диаграмм, составляющих систему Cu2O-CeO2-Ce2O3-La2O3. Линия солидуса, ограничивающая существование твердого раствора в системе CeO2-La2O3, рассчитывалась с использованием теории регулярных ионных растворов. В ходе работы определены параметры применяемых моделей и температурные зависимости констант равновесия реакций перехода веществ из твердого состояния в жидкое, используемые для расчета фазовых диаграмм исследуемых систем. Большинство систем (Cu2O-CeO2, Cu2O-Ce2O3, Cu2O-La2O3, CeO2-Ce2O3, Ce2O3-La2O3, Cu2O-CeO2-Ce2O3, Cu2O-Ce2O3-La2O3) представляют собой диаграммы эвтектического типа с одной точкой эвтектики. Для вышеперечисленных систем, включающих Cu2O как компонент, характерны достаточно низкие температуры эвтектического равновесия. Система CeO2-La2O3 характеризуется наличием твердого раствора и точкой на линии ликвидуса, имеющей нулевой интервал кристаллизации. Фазовые диаграммы Cu2O-CeO2-La2O3 и CeO2-La2O3-Ce2O3 характеризуются наличием обширной области равновесия оксидного расплава с твердым раствором |CeO2, La2O3|тв.р.
Бесплатно
Термомеханическaя обработка высокопрочных литейных алюминиевых сплавов
Статья научная
Работа посвящена повышению комплекса свойств литейного алюминиевого сплава путем деформационного упрочнения. В работе приведены результаты экспериментов по возможности использования пластической деформации высокопрочного литейного алюминиевого сплава с целью повышения комплекса механических характеристик. С этой целью изготовлены специальные образцы и оценена склонность сплава к пластической деформации на пластометре. Показано, что данный сплав возможно подвергать пластической деформации при комнатной и повышенной температурах до 30 % без появления трещин. Дополнительно оценивалась пластичность сплавов при температуре деформирования 20-545 °С по появлению первых трещин на образующих образцов. Установлено, что прочностные характеристики зависят от температуры и величины пластической деформации. Пластическая деформация образцов осуществлялась прокаткой при температурах 20, 170 и 545 °С со степенями 15 и 30 % со скоростью 1 с-1 с последующим старением при температуре 170 °С. Наибольший эффект упрочнения достигается при НТМО с деформацией 30 % в районе температур оптимального старения. ВТМО обеспечивает некоторое повышение прочностных характеристик сплава по сравнению с закаленным состоянием при одновременном увеличении пластичности. Установлено, что пластическая деформация оказывает интенцифицирующее влияние на процессы старения литейного алюминиевого сплава. Особенно интенсивно ускоряет распад твердого раствора при старении предварительная деформация, проводимая при дисперсионном твердении сплава.
Бесплатно
Термостатирование непрерывнолитого слитка в МНЛЗ для обеспечения прямой прокатки
Статья научная
Описывается математическое моделирование температурного поля непрерывнолитого слитка с зоной теплоизолирования в двумерном пространственном представлении для обеспечения прямой прокатки. В настоящее время режимы охлаждения и затвердевания непрерывнолитого слитка не обеспечивают равномерного распределения температур по его сечению, перепад между поверхностью и центром на выходе из машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) при различных скоростях вытягивания может составлять до 500 °С. Для сохранения теплоты расплава и обеспечения равномерного распределения температур по сечению слитка, в зоне воздушного охлаждения МНЛЗ предлагается использовать теплоизолирование вместо охлаждения на воздухе, что позволит уменьшить (или исключить) промежуточный нагрев слитка в нагревательных печах перед прокаткой. Описывается математическая модель охлаждения непрерывнолитого слитка с учетом выделения теплоты кристаллизации в двухфазной зоне и выравнивания температуры по его сечению. Численная реализация модели осуществлялась методом расщепления по координатам на языке программирования C++. Адекватность модели проверялась по сходимости расчетных и экспериментальных данных. Для оценки выравнивания температуры по его сечению в зоне теплоизолирования проводился численный эксперимент, в результате которого было получено температурное поле непрерывнолитого слитка по длине МНЛЗ при скоростях разливки 0,6-1,4 м/мин. Определена эффективность выравнивания температур по сечению слитка при применении зоны теплоизолирования в сравнении с охлаждением на воздухе. По результатам моделирования установлено, что теплосодержание слитка за счет использования теплоты жидкой фазы увеличивается на ~ 30 %, что позволяет применить прямую прокатку.
Бесплатно
Технико-экономические показатели и энерготехнологический критерий работы ферросплавной электропечи
Статья научная
С повышением мощности ферросплавных печей наблюдается такое негативное явление, как увеличивающийся разрыв между активной мощностью в ванне электропечи и установленной мощностью трансформатора, что не позволяет достичь высоких технико-экономических показателей, ограничивает производительность печей и их эффективность. Для оценки работы ферросплавных агрегатов (как мощных потребителей электроэнергии) использовали комплексный параметр - энерготехнологический критерий ферросплавной электропечи. Целью данной работы было выявление взаимосвязей между энерготехнологическим критерием работы ферросплавной электропечи и технико-экономическими показателями, такими как удельный расход электроэнергии, цеховая себестоимость сплава и производительность электропечи для выплавки ферросилиция и углеродистого феррохрома. Показано, что для печей средней мощности хороший уровень работы при выплавке 75 % ферросилиция соответствует диапазону энерготехнологического критерия от 0,300 до 0,314, при котором удельный расход электроэнергии составляет от 9,0 до 8,6 МВт∙ч/т сплава. Соответственно, для углеродистого феррохрома диапазон энерготехнологического критерия составляет от 0,304 до 0,326, при котором удельный расход электроэнергии находится в области от 3,6 до 3,4 МВт∙ч/т сплава. На основании полученных зависимостей выявлено, что увеличение значений энерготехнологического критерия соответствует снижению удельного расхода электроэнергии и цеховой себестоимости 1 т получаемого ферросплава, а также повышению удельной производительности печи (т/сут) на 1 МВ∙А мощности трансформатора как для бесшлаковых, так и для шлаковых процессов выплавки в электропечах.
Бесплатно
Технологии ускоренного изготовления оболочковых и монолитных керамических форм
Статья научная
Разработаны новые технологии изготовления оболочковых керамических форм на этилсиликатном связующем с применением плакированных обсыпок, а также монолитных форм из наливных самотвердеющих смесей на основе алюмоборфосфатного концентрата. Они позволяют ускорить цикл формообразования, исключить сушку форм, улучшить комплекс их физико-механических свойств. В результате улучшается качество поверхности отливок в литье по выплавляемым моделям.
Бесплатно
Технологическая деформируемость титановых сплавов
Статья научная
Все большее применение в машиностроении находят легкие титановые сплавы, обладающие специальными служебными свойствами. Процесс обработки титановых сплавов давлением характеризуется сложной историей нагружения во времени. Конечные свойства готовой продукции определяются приобретенной в процессе деформации структурой, которая влияет на пластичность и сопротивление деформации в процессе нагружения. Для определения сопротивления деформации и пластичности титановых сплавов используется автоматизированный многокулачковый пластометр ЧПИ - ЮУрГУ, разработанный под руководством профессора, доктора технических наук В.Н. Выдрина. Пластометр позволяет проводить исследования черных, цветных металлов и их сплавов в достаточно широких пределах изменения термомеханических параметров процессов обработки металлов давлением: степени деформации от 5 до 85 %, скорости деформации от 0,1 до 100 с -1, температуры деформации образцов от 20 до 1350 °C; количество рабочих кулачков - 3; число обжатий одним кулачком от 1 до 10, паузы при дробном нагружении от 1 с и более. Исследована технологическая деформируемость титановых сплавов в интервале температур 800...1000 °C, средней скорости деформации 1...30 с -1, конечной степени деформации 0,15...0,4. Установлены показатели пластичности сплавов, на основании планирования эксперимента и статистической обработки результатов исследования получены эмпирические зависимости для расчета сопротивления деформации сплавов ВТ3-1, ВТ5-1, ВТ-22, 3М. В результате проведенных исследований установлено неоднозначное влияние температуры испытаний на пластичность титановых сплавов. Наибольшим сопротивлением деформации обладает сплав ВТ5-1, а наименьшим сплав 3М, при температуре 1000 °C сопротивление деформации всех исследованных сплавов сближается при одинаковых деформационных и скоростных параметрах.
Бесплатно
Технологические аспекты производства бессвинцовистых экологически чистых легкообрабатываемых сталей
Статья научная
Произведена оценка возможности получения коррозионностойкой стали АВЦ14Х17Н2, легированной висмутом и кальцием, для обработки резанием на автоматических станках в условиях массового производства. Оценку качества стали производили по химическому составу (рентгеноспектральный анализ), макроструктуре, качеству поверхности слитков и заготовок, механическим свойствам, склонности стали к межкристаллитной коррозии после сенсибилизирующего отжига при 700 °C, производили оценку обрабатываемости стали резанием, определяли характер и фору металлических включений. При изучении качества стали установлено следующее: распределение висмута по высоте и ширине слитка и длине прутков равномерное; висмут в стали находится в виде металлических включений; присутствие висмута в стали не оказывает существенного влияния на структуру мартенситно-ферритной стали; механические свойства коррозионностойкой стали, легированной висмутом и кальцием, находятся на уровне металла, не легированного легкоплавкими элементами; висмут не влияет на склонность стали к межкристаллитной коррозии. Уровень обрабатываемости стали, легированной висмутом и кальцием, оказался выше, чем стали без легкоплавких элементов: количество обрабатываемых деталей в пересчете на 0,1 мм износа инструмента по задней поверхности выросло на 13 %, шероховатость обработанной поверхности снизилась с 2,5 до 1,6 Ra. Стружка стали с висмутом и кальцием имеет форму короткой легко ломающейся спирали и занимает в несколько раз меньший объем.
Бесплатно
Технологические основы повышения качества платинита
Статья научная
Платинитом называется биметаллическая проволока, состоящая из железоникелевого сердечника, покрытого слоем меди. Эта продукция применяется в качестве электровводов стеклянных корпусов вакуумных приборов. Поэтому для платинита необходима регламентация коэффициента линейного теплового расширения в радиальном направлении. Для изготовления платинита применяются трубчатый и гальванический способы нанесения медного слоя на сердечник. Данные технологии в полной мере не отвечают современным требованиям по трудоемкости, производительности, экологической безопасности и др. Проведен анализ основных показателей платинита отечественного и европейских производителей и режимов деформации составной биметаллической заготовки при прокатке в калибре простой формы с целью получения биметаллического соединения ее компонентов. На основании проведенного анализа определены режимы деформации составной биметаллической заготовки при прокатке в калибре простой формы с целью получения биметаллического соединения ее компонентов. Разработанные режимы обеспечивают минимальную разнотолщинность оболочки. Ключевой операцией технологии является совместная пластическая деформация составной слоистой заготовки в прокатном блоке. Технология реализована в виде опытно-промышленной установки, оснащенной вспомогательными узлами, позволяющими вести процесс в непрерывном, промышленном режиме. Представленная в работе технология производства оксидированного платинита обеспечивает получение потребительских свойств готовой продукции на уровне зарубежных аналогов. Опытные партии платинита, изготовленные в рекомендуемых режимах, с целью оценки качества были предоставлены ряду потребителей для промышленных испытаний, по результатам которых получены положительные заключения.
Бесплатно
Технологические особенности агрегатов непрерывного горячего цинкования стальной полосы
Статья научная
Рассмотрены технологические особенности агрегатов непрерывного горячего цинкования стальной полосы, используемые на отечественных предприятиях. Описаны основные технологические операции процесса цинкования: подготовка поверхности полосы, ее термохимическая обработка, цинкование в расплаве, формирование покрытия воздушными ножами, охлаждение полосы после цинкования, правка и отделка горячеоцинкованной полосы. Указано, что на вновь вводимых агрегатах устанавливаются печи как вертикального, так и горизонтального типа. Рассмотрены преимущества и недостатки печей вертикального типа по сравнению с горизонтальными. Показано, что отличительной особенностью и преимуществом современных агрегатов горячего непрерывного цинкования является модульная компоновка, позволяющая на одном агрегате выпускать полосу с разными видами покрытий. Применение разных типов цинковых покрытий позволяет повысить технологические и эксплуатационные свойства оцинкованного листа. Рассмотрены химические составы и области применения четырех наиболее распространенных покрытий на основе цинка, а именно цинкового, железо-цинковоого, цинк-алюминиевого и алюмоцинкового. Указано, что на современных линиях горячего цинкования покрытие на полосу наносят с двух сторон. Однако в настоящее время разрабатываются технологии одностороннего нанесения цинкового покрытия на стальную полосу, применение которых позволит снизить расход дорогостоящего цинка и, следовательно, себестоимость готовой продукции. Приведены и описаны некоторые перспективные способы и устройства для одностороннего цинкования.
Бесплатно
Технологические особенности изготовления труб из титановых сплавов
Статья научная
Работа посвящена обзору некоторых технологических особенностей, присущих титану и его сплавам, связанных со специфическими физико-механическими свойствами в процессе пластической деформации. Все эти особенности необходимо учитывать при проектировании технологий изготовления продукции из сплавов на основе титана. В настоящей статье рассмотрены технологические особенности титановых сплавов применительно к трубной промышленности.
Бесплатно
Технологические остаточные напряжения после обработки металлов давлением
Статья научная
Предложена методика расчета технологических остаточных напряжений, формируемых в процессе пластического деформирования при изготовлении осесимметричных металлоизделий (проволока, прутки, трубы), учитывающая степень пластической деформации и деформационное упрочнение материала, что позволяет определять уровень и распределение остаточных напряжений в заготовке в зависимости от вида обработки металлов давлением, основных параметров технологического процесса, а также механических свойств обрабатываемого материала. Решения получены в аналитическом виде. В выражения для определения остаточных напряжений входят основные параметры процесса обработки, механические свойства материала и геометрические характеристики изделия. Знание величины остаточных напряжений позволяет прогнозировать поведение металлоизделий в условиях эксплуатационных нагрузок и предотвращать их разрушение.
Бесплатно
Статья научная
Приведена техническая характеристика, описаны устройство и принцип работы ковочного блока радиально-ковочной машины (РКМ) SKK-14 фирмы GFM, установленной на производственных площадях научно-производственного предприятия «Метчив» (г. Челябинск). Показаны варианты оснащения РКМ высокопроизводительными средствами качественного нагрева заготовок с применением индукционных нагревателей и методической электрической печи, а также средствами механизированного транспортирования заготовок и готовых поковок.
Бесплатно
Технология литья в оболочковые керамические формы с применением алюмоборфосфатного концентрата
Статья научная
Разработана новая технология изготовления оболочковых керамических форм на алюмоборфосфатном концентрате. Она позволяет ускорить цикл формообразования, исключить сушку форм, улучшить комплекс их физико-механических свойств. В результате улучшается качество поверхности отливок в литье по выплавляемым моделям.
Бесплатно
Статья научная
В 2023 г. компания ООО «Удоканская медь» завершила строительство первой очереди горно-металлургического комбината (ГМК) и намерена возвести вторую очередь с планируемой ежегодной производительностью до 40 млн т переработанной руды и 400 тыс. т катодной меди. В условиях сложной экономической и геополитической ситуации перед предприятием стоит задача возведения второй очереди ГМК с высокой долей использования отечественных технологий и оборудования. В данной статье описана возможность получения меди из руды Удоканского месторождения с использованием роллер-прессов взамен мельниц полусамоизмельчения, используемых на первой очереди ГМК, а также атмосферного выщелачивания меди с последующими экстракцией/реэкстракцией и электролизом. Описана возможность получения серебра из кека выщелачивания путем цианирования с последующей сорбцией/адсорбцией. В конечном итоге предприятие получит возможность выпускать сульфидный концентрат, катодную медь, удовлетворяющую по химическому составу требованиям Лондонской биржи (LME), и серебро. Данное производство возможно осуществить с использованием до 85 % отечественного оборудования в рудоподготовительном и флотационном цехах и до 80 % - в гидрометаллургическом цехе. Предложены флотореагенты отечественного производства, способные полноценно заменить зарубежные аналоги. Представленные технологии позволят повысить извлечение меди из руды на 1,2-1,5 %. Также были предложены варианты переработки хвостов обогащения и возможность рециркуляции основных ресурсов (вода, кислоты). Рассмотрен вариант создания временного хвостохранилища и возможность частичного использования отходов путём доставки железнодорожным транспортом на предприятия, которые специализируются на производстве строительных материалов.
Бесплатно
