Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Физические свойства рафинировочных шлаков
Статья научная
Приведены результаты исследования зависимости плотности, молярного объема и поверхностного натяжения сталеплавильных рафинировочных шлаков, формируемых на основе систем CaO - Al 2O 3 - CaF 2 (до 25 % CaF 2) и CaO - (SiO 2 + Al 2O 3) - Na 2O (до 20 % Na 2O), от химического состава, температуры и соотношения различных компонентов шлака. В шлаках CaO - Al 2O 3 - CaF 2 при замене оксида кальция его фторидом плотность расплавов снижается, а замена оксида или фторида кальция оксидом алюминия увеличивает плотность, причем в последнем случае содержание в расплаве оксида кальция практически не влияет на плотность при одинаковых отношениях Al 2O 3 / CaF 2; для всех составов наблюдаются положительные отклонения молярного объема от аддитивного, составляющие ~ 10-12 %. Замена оксида кальция фторидом приводит к снижению значения поверхностного натяжения расплава, тем большему, чем ниже содержание Al 2O 3. Замена фторида кальция оксидом алюминия, напротив, увеличивает поверхностное натяжение шлака. При этом содержание оксида кальция практически не влияет на величину поверхностного натяжения при одинаковых отношениях Al 2O 3 / CaF 2. В системе CaO - (SiO 2 + Al 2O 3) - Na 2O при неизмененном содержании оксида натрия увеличение отношения CaO / (SiO 2 + Al 2O 3) приводит к снижению плотности расплава, тем более заметному, чем меньше в нем содержание Na 2O; увеличение содержания оксида натрия снижает плотность расплавов. Относительный избыточный молярный объем расплавов может быть как отрицательным, так и положительным в зависимости от структурных изменений в шлаке.
Бесплатно
Физическое и компьютерное моделирование формоизменения задних концевых участков труб
Статья научная
Для расширения сортамента производимых труб и повышения производительности на современных трубопрокатных агрегатах применяют редукционно-растяжные станы. Однако характерной особенностью при редуцировании труб с натяжением является образование утолщенных концов. Это явление связано с тем, что передний и задний концы подвергаются формоизменению в условиях, отличных от деформации средней части трубы. Характер изменения толщины стенки на концах труб определяет длину и массу концевой обрези, что в значительной мере определяет экономические показатели всего трубопрокатного агрегата в целом. В данной работе с помощью физического и компьютерного моделирования процесса редуцирования труб в одной клети исследовано влияние параметров прокатки на длину утолщенных концов. Для всестороннего исследования процесса редуцирования необходимо учесть большинство факторов, таких как овальность калибра, уровень натяжения, степень деформации, степень тонкостенности и др. Часть из этих факторов, например влияние межклетьевого заднего натяжения по раскату, лучше реализовывать при физическом моделировании, а часть факторов (например температура заготовки) лучше исследовать при компьютерном моделировании. Данные исследования помогут в разработке технических решений с целью уменьшения длины утолщенных концевых участков труб. Для создания заднего натяжения в экспериментальном исследовании, моделирующим процесс работы редукционно-растяжного стана (создание натяжения), был создан рабочий инструмент (волочильное кольцо). Для улучшения механических характеристик волочильное кольцо подвергалось термической обработке, заключающейся в нагреве под закалку в аустенитную область выше точки Ас3 при температуре 880 °С в течение 20 мин.
Бесплатно
Физическое и математическое моделирование горячей деформации стали 20Х13
Статья научная
Экспериментально изучено деформационное поведение стали 20Х13 в условиях горячей осадки в диапазоне температур деформации 900-200 °С и скоростей деформации в диапазоне 0,01-10 с -1. Построена математическая модель, базирующаяся на физически обоснованном описании процессов динамического возврата и динамической рекристаллизации, позволяющая предсказывать деформационное поведение исследуемой стали при заданных скоростях и температурах горячей деформации.
Бесплатно
Статья научная
Процесс непрерывной горячей прокатки характеризуется наличием продольных усилий, оказывающих существенное влияние на толщину стенки трубы. При этом очень важно правильно определять величину редуцирования в процессе деформации трубы для получения толщины стенки в диапазоне, оговоренном нормативными документами. Целью работы было получение экспериментальных данных о влиянии продольного усилия на толщину стенки трубы и сравнение их с результатами расчета по одной из известных зависимостей. Проведено физическое моделирование процесса прокатки труб без оправки. Для проведения эксперимента разработана схема и подготовлена технологическая оснастка, позволившие создать условия непрерывной прокатки трубы с задним натяжением. Оригинальность эксперимента заключалась в том, что он предусматривал использование ступенчатых образцов исходной трубной заготовки, имеющих цилиндрический и конический участки. Цилиндрический участок обеспечивал свободное прохождение заготовки через деформирующую втулку и устойчивый захват прокатными валками, а конический - создание заднего продольного усилия при прокатке. Величина заднего натяжения определялась расчетным путем как усилие волочения трубы. Показан характер изменения толщины стенки трубы при возрастании величины межклетевого натяжения. По результатам физического моделирования был сделан вывод о правомочности применения известной теоретической зависимости для определения толщины стенки трубы при горячем редуцировании труб с приложением заднего натяжения. Полученные результаты планируется использовать для оценки усилия, требуемого для стягивания трубы с оправки. Данный процесс реализуется на ТПА 159-426 с непрерывным раскатным станом АО «Волжский трубный завод».
Бесплатно
Физическое моделирование гидродинамических эффектов в процессах обработки стали в ковше-печи
Статья обзорная
Бесплатно
Физическое моделирование при изучении студентами теории и технологии прокатки
Статья научная
В статье приведено описание учебно-исследовательского прокатного стана ДУО-130, спроектированного и изготовленного для образовательных и исследовательских организаций. Разработанный ООО НПП «Учтех-Профи» прокатный стан имеет конструктивные особенности, характерные для типовых прокатных станов, применяемых в современном прокатном производстве, что делает его востребованным при подготовке инженерных кадров для металлургических предприятий. В настоящее время эти станы применяются в качестве учебного оборудования в следующих образовательных учреждениях: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Волжский политехнический институт, Челябинский государственный промышленно-гуманитарный техникум им. А.В. Яковлева, Липецкий металлургический колледж и др. Автоматизированная система управления станом, система сбора, обработки и хранения цифровой информации позволяет применять его для исследования процесса прокатки как в образовательных, так и исследовательских целях. На примере физического моделирования основных законов и закономерностей процесса прокатки представлены методические аспекты применения современного учебного оборудования в образовательном процессе в вузах и колледжах при изучении теории и технологии прокатки. В статье приведены результаты экспериментальных исследований закона постоянства объема, условий захвата металла валками, закономерностей опережения и отставания, уширения и влияния коэффициента трения на эти показатели. В последующих публикациях планируется рассмотреть вопросы изучения особенностей поведения металла в калибрах при сортовой прокатке, правила проектирования калибров и определения причин образования дефектов сортовых профилей. Также планируется посвятить отдельную публикацию физическому моделированию и определению энергосиловых параметров прокатки экспериментальным путем с применением системы автоматизации стана ДУО-130, которая позволяет не только определять усилие прокатки, но и выводить на экран и сохранять в файлы зафиксированные значения в виде осциллограмм, графиков, диаграмм и массивов данных.
Бесплатно
Физическое моделирование при исследовании свариваемости конструкционных сталей
Статья научная
Рассмотрена возможность исследования свариваемости сталей методом физического моделирования. Свариваемость является важной технологической характеристикой материала, определяющей его пригодность для производства тех или иных типов конструкций. Чаще всего данный параметр оценивают аналитическим методом, что дает лишь ориентировочные данные. На сегодняшний день наиболее прогрессивным и перспективным методом исследования свариваемости является метод физического моделирования, который заключается в полном и частичном воспроизведении исследуемого процесса. Важными факторами при оценке свариваемости являются: исходный химический состав стали, структура и термодеформационные циклы сварки. Оценка свариваемости производится на основе исследования металла участков зоны термического влияния сварных соединений. Из исследуемого металла изготавливаются образцы для испытаний в установке физического моделирования Gleeble 3500. Данная установка позволяет имитировать термодеформационные циклы различных участков зоны термического влияния. Затем полученные образцы подвергают различным видам испытаний: сопротивление разрыву, ударный изгиб, металлографические исследования, измерения твердости, микротвердости и др. Качественный и количественный состав структуры металла зоны термического влияния фактически определяет надежность и работоспособность сварного соединения. Полученные данные сравнивают с требованиями нормативной документации, на основании чего делается вывод о пригодности металла для изготовления конструкции, разрабатывается рациональная технология его сварки, обеспечивающая формирование эффективной структуры металла сварного соединения. Метод физического моделирования является мощным инструментом при разработке новых сталей с хорошими физическими и технологическими свойствами, а также при разработке оптимальной технологии их сварки.
Бесплатно
Физическое уравнение уплотняемой упруговязкой среды
Статья научная
Опытная информация о реологических свойствах материалов, используемых при изготовлении абразивной смеси для последующей технологии изготовления заготовок кругов методами прокатки, прессования и вырубки, позволила классифицировать смесь как гетерогенную уплотняемую упруговязкую, характеризующуюся деформационным и скоростным упрочнением, значительной долей упругой деформации, явлениями упругого последействия и релаксации. Это в свою очередь позволило подойти к выводу определяющего физического уравнения. Вывод определяющего физического уравнения во всей полноте входящих в него параметров представляет непростую задачу. Вместе с тем создание точной теории физических уравнений является одной из главных проблем. Существуют различные подходы к конструированию определяющих физических уравнений. Некоторые из них претендуют на глубокое изучение сути явлений, приводят к достаточно сложным определяющим физическим уравнениям и трудны для использования в прикладных задачах. В статье предложен вариант конструирования определяющего физического уравнения, в основе которого лежат пластометрические кривые, аппроксимация их полиномами, пошаговая процедура обработки опытных данных, выбор механического аналога и вывод физического уравнения в дифференциальном виде для малого времени интервала, определение констант физического уравнения методом наименьших квадратов и в итоге - получение зависимости модуля упругости и коэффициента вязкости от условий деформации. Наличие определяющего физического уравнения позволяет перейти к решению прикладных задач.
Бесплатно
Формирование структуры стали 08Х18Н10Т в условиях пилигримовой прокатки и последующего отжига
Статья научная
В работе изучена кинетика постдеформационного разупрочнения стали 08Х18Н10Т в интервале температур 1000-1200 °С методом двойной деформации. Образцы были изготовлены из стали с относительно высокой массовой долей углерода (%C = 0,07) и титана (%Ti = 0,50). Горячая деформация осуществлялась одноосным сжатием цилиндрических образцов на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Показано, что при температурах, близких к 1000 °С, в стали 08Х18Н10Т с рассмотренным химическим составом оказывается подавленной как динамическая рекристаллизация, так и постдеформационная рекристаллизация. При большей температуре, а именно при 1100 °С, а тем более при 1200 °С, постдеформационная рекристаллизации протекает быстрее и для ее полного протекания требуется несколько десятков секунд. По результатам производственных наблюдений, в силу контакта тела заготовки с массивным дорном, происходит захолаживание внутренних слоев металла заготовки, в результате чего их деформация происходит при температуре, близкой к 1000 °С. Это обстоятельство является причиной сохранения в структуре бесшовных труб вблизи их внутренней поверхности крупных деформированных зерен. Увеличение деформации до величины 1,3 по Мизесу в модельных экспериментах повышает движущую силу постдеформационной рекристаллизации и обеспечивает в стали полностью рекристаллизованную структуру после отжига при 1000 °С. На основании полученных результатов выработаны предложения по изменению технологии прокатки труб из стали 08Х18Н10Т для нужд атомной энергетики, предполагающие увеличение величины деформации до значения 1,1 по Мизесу (только до значения 1,1 в силу технических ограничений стана), что позволило исключить отбраковку по величине зерна. Прокатка труб по экспериментальному маршруту показала его эффективность.
Бесплатно
Химико-термическая обработка отвальных никелевых шлаков с целью извлечения никеля и железа
Статья научная
Оценивается возможность и эффективность применения метода химико-термической обработки (ХТО) отвальных никелевых шлаков хлорсодержащими реагентами с осаждением никеля на железной подложке в шихте. Магнитная сепарация обработанных шлаков извлекает металлические образования после ХТО в концентрат, переплавка которого позволяет получить ферроникель. Немагнитный концентрат и шлак от переплава магнитного концентрата может быть использован в цементной промышленности и в строительстве в качестве щебня или наполнителя бетонов.
Бесплатно
Целесообразность флотационного обогащения руды месторождения Ширальджин
Статья научная
Статья посвящена исследованиям целесообразности флотационного обогащения руды месторождения Ширальджин Кыргызской Республики. Дан небольшой обзор по переработке упорного золотосодержащего сырья, обозначена цель проведенных исследований. Представлены результаты анализов: химического, минерального составов, установлено, что руда относится к окисленному типу гематитовых золотосодержащих руд, является высококремниевой, высокожелезистой и умеренно кальциевой с присутствием марганца и меди. Основными концентраторами металлов являются: для железа - гематит и гётит, для марганца - примеси марганца в оксидах и гидроксидах железа. По данным распределения меди по минералам определено его содержание в минералах: гётите, лимоните, малахите, ковеллине, халькопирите. Золото в руде самородное, преимущественно тонкодисперсное, также присутствует крупное золото. Фазовым анализом установлено, что в руде основную часть составляет свободное золото в форме октаэдров, их сростков, также в дендритовидной форме золото в сростках с чистой поверхностью. И определено количество золота, которое может быть извлечено обогатительными процессами. Исследованиями флотационного обогащения изучаемой руды определены модификаторы, собиратели и их сочетания, дающие наилучшие технологические показатели, которые оценивались по извлечению золота, качеству получаемого концентрата и кинетике флотации. Изучением влияния плотности пульпы на флотируемость золота определена оптимальная плотность. Результатом открытых флотационных опытов установлена оптимальная тонина помола в I и II стадиях измельчения. По данным исследований морфологии золотин и их распределения по крупности в полученных флотоконцентратах после I и II стадий измельчения определено, что после I стадии измельчения извлекается все крупное золото, отсутствующее во флотоконцентрате после II стадии измельчения.
Бесплатно
Черная металлургия России в динамике (1970-2018 гг.)
Статья научная
Черная металлургия является одной из наиболее значимых отраслей России. Она включает в себя добычу железной руды, углей, шлакообразователей, производство чугуна, стали, лигатур, проката и др. Объемы производства товарной железной руды, чугуна, стали можно принять как интегрирующие показатели отрасли, в совокупности характеризующие ее состояние. За рассмотренный период времени отрасль претерпела ряд крупномасштабных изменений как внутри страны - изменились формы собственности, география и технологии, - так и в мире. В статье проводится анализ развития металлургической отрасли в контексте общемировых тенденций и с учетом как экономических, так и политических факторов. В качестве источников информации выступают отчеты Международной металлургической ассоциации (World Steel Association), доклады Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Росстата и др.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос расчета полушага подачи заготовки при прошивке труб. Авторы предлагают три новых понятия: мгновенный шаг подачи, реальный шаг подачи вперед по оси прошивки и реальный шаг подачи назад против оси прошивки. Предлагаются методики расчета данных характеристик. Для мгновенного шага подачи предложена новая формула. Для расчета реального полушага подачи (назад и вперед) предложено два алгоритма, основанных на использовании цикла с условием. Данные методики могут быть полезны в инженерной и научной практике при расчетах количества циклов деформаций элемента объема в процессе прошивки, анализе напряженно-деформированного состояния и скорости деформаций. Эти данные могут быть полезны при проведении работ по получению требуемой структуры металла и механических свойств металла гильз. В статье приводятся результаты расчета полушага подачи разных видов, анализируется необходимость и целесообразность использования того или иного параметра.
Бесплатно
Численное исследование напряженно-деформированного состояния сплава АМГ6 при свободной осадке
Статья научная
В статье приведены результаты исследования напряженно-деформированного и температурно-скоростного состояний сплава АМг6 при свободной осадке. Численные эксперименты осадки образцов диаметром 15,0; 20,0; 25,0 и 30,0 мм на плоских бойках проведены в пакете QForm. В ходе экспериментальных исследований варьировались скорость осадки - 0,1; 0,5; 1 и 5 мм/с и температура заготовки - 20, 130, 260 и 390 °С. Результаты исследований показали, что боковая поверхность образца является зоной максимальных средних напряжений, а периферия контактной поверхности образца с бойком - зоной минимальных средних напряжений при свободной осадке. Максимальные значения интенсивности касательных напряжений располагаются на периферии контактной поверхности образца с бойком. Показатель напряженного состояния σ/T, характеризующий минимальную пластичность обрабатываемого материала, при осадке максимальные значения принимает на боковой грани образца и с изменением температуры нагрева не изменяет своего положения. Повышение температуры образца при осадке приводит к снижению средних напряжений и интенсивности касательных напряжений, но закономерности распределения их максимальных и минимальных значений сохраняются при изменении температуры образца. Увеличение скорости осадки с 0,1 до 5 мм/с приводит к незначительному, на 15-20 МПа, повышению интенсивности напряжений. Деформационный разогрев существенно зависит от скорости осадки и от начальной температуры образца. Максимальный деформационный разогрев локализуется в центральной части образца. Скорость деформации при осадке со скоростью 5 мм/с не превышает 1,1 с-1. Распределение скоростей деформации по сечению неравномерное. В процессе осадки сначала максимальные напряжения возникают в центре заготовки, затем возрастают и распространяются по ковочному кресту. При степени деформации более 50 % максимальные значения переходят на периферию контакта образца с бойками и остаются там до завершения деформации. Усилия осадки в большей степени определяются размером образца, температурой его нагрева, упрочнением в процессе холодной деформации и незначительно зависят от скорости осадки.
Бесплатно
Численное моделирование непрерывной прокатки труб на стане FQM в программе Deform-3D
Статья научная
Современные непрерывные станы типа PQF (Premium quality finishing) и FQM (Fine Quality Mill) являются высокопроизводительными агрегатами, обеспечивающими высокое качество бесшовных труб различного сортамента. На данном оборудовании используется длинная удерживаемая оправка, которая имеет определенную скорость перемещения в очаге деформации. Для извлечения оправки в конце технологического цикла проката применяется трехклетьевой стан-извлекатель. Ввиду скоростных и деформационных условий такого процесса возможно образование поверхностных дефектов на черновой трубе. В работе были поставлены и решены задачи численного моделирования процесса непрерывной прокатки труб на стане FQM. Решение задач позволило оценить характер влияния отклонения осей прокатки непрерывного стана и стана-извлекателя вследствие плохого удержания оправки габиетами между клетями на качество черновой трубы. По результатам численного моделирования процесса непрерывной прокатки было установлено, что точность размеров труб снижается с ростом отклонения от оси прокатки. При величине отклонения в 3 мм отклонения по диаметру и толщине стенки от номинальных значений составляют (ΔD/Dном)•100 = 7,19 %, а (ΔS/Sном)•100 = 19,45 %, что выводит геометрические размеры труб за нормативные значения любого стандарта. Наблюдаются увеличение времени снятия оправки с трубы и пиковые нагрузки на оправку, что может говорить о нестабильном протекании процесса снятия оправки и ее сильном воздействии на внутреннюю поверхность трубы, приводящем к появлению видимого дефекта. Результаты решения задач позволили сформулировать технические рекомендации, направленные на снижение вероятности образования поверхностных дефектов при производстве труб на стане FQM.
Бесплатно
Численный анализ сортовой прокатки алюминиевого сплава 5754 на стане радиально-сдвиговой прокатки
Статья научная
Представлен анализ влияния температуры и скорости вращения валков на изменение температуры, а также напряженно-деформированного состояния в алюминиевых стержнях из сплава серии 5ХХХ. Проведено численное моделирование процесса прокатки на стане радиально-сдвиговой прокатки при 300 и 350 °С при 50 и 100 об/мин. Было проанализировано влияние этих параметров на распределение температуры, интенсивность деформации, скорость деформации и гидростатическое давление. При проведении численного моделирования использовались реальные реологические свойства исследуемого алюминиевого сплава 5754. Из-за растягивающего напряжения, возникающего на оси прокатываемой заготовки, наиболее неблагоприятными параметрами прокатки можно считать температуру загрузки 300 °С и скорость вращения роликов 50 об/мин. При остальных параметрах наибольшие растягивающие напряжения возникают в слоях на поверхности контакта заготовки с валками. Исследования, проведенные в работе, стали началом разработки оптимальных условий для пластической деформации труднодеформируемых алюминиевых сплавов 5ХХХ.
Бесплатно
Шлакообразование в процессе внепечной алюминотермической выплавки ферровольфрама
Статья научная
Приведены результаты физико-химического анализа шлакообразования при выплавке ферровольфрама внепечным способом. Представлены результаты исследований металла и шлака в образцах, взятых из реакционного слоя в процессе промышленной плавки. Исследована линейная скорость горения металлотермической шихты при увеличении ее начальной температуры в промышленном горне.
Бесплатно
Эволюция структуры спеченной алюминиевой бронзы при одноосном сжатии
Статья научная
Исследовано влияние температуры на поведение при сжатии спеченной бронзы однофазного (Cu - 15 ат. % Al) и двухфазного (Cu - 24 ат. % Al) составов. Установлено, что осадка образцов из спеченных сплавов без разрушения может достигать 30 %. Повышение температуры прессования приводит к значительному снижению рабочего давления, однако заметное уплотнение материала наблюдается только при температуре выше 500 °С, когда деформация начинает распределяться по объему образцов относительно однородно.
Бесплатно
Экзотермический разогрев прибылей в литье по газифицируемым моделям
Статья научная
Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) относится к современным способам литья, обеспечивающим высокую производительность, размерную и весовую точность отливок из сплавов чёрных и цветных металлов, снижение расхода формовочных материалов, исключение применения стержней, а, следовательно, стержневых ящиков и оборудования для изготовления стержней. Наряду с закономерностями формообразования большое значение имеют и процессы формирования самой отливки. Особенно важны процессы объёмной усадки отливки при кристаллизации залитого в форму металла, что во многом определяет качество литых заготовок, расход металла на прибыли и литниковые системы, т. е. технологический выход годного и себестоимость отливок. Поэтому экзотермический разогрев металла прибылей отливок, позволяющий сократить расход металла на прибыли, и, тем самым, увеличить технологический выход годного является актуальной задачей литейного производства. При ЛГМ возникают особые условия: вакуумирование форм при заливке металла и его кристаллизации, формирование в них восстановительной атмосферы из углеводородов - продуктов термодеструкции пенополистирольной модели, эндотермический эффект от газификации модели и последующего пиролиза её продуктов. Всё это влияет на протекание экзотермической реакции. В ходе проведенных исследований определены четыре основных фактора, обеспечивающих эффективную работу экзотермических смесей, а также два типа экзовставок. Исследования проводились с использованием синхронного термического анализатора, дифрактометра и оптико-эмиссионного спектрометра. Особенность процесса заключается также в том, что экзовставки устанавливаются в модель прибыли, и разогрев металла происходит изнутри, а не снаружи прибыли. В основу положена экзосмесь, содержащая в качестве восстановителя порошки алюминия и силикокальция, а окислителя - оксид железа Fe2O3. Лабораторные и производственные испытания разработанной экзосмеси показали эффективность её применения в ЛГМ, позволяющую снизить расход металла на прибыли до 25 % при литье углеродистых сталей и высокопрочного чугуна.
Бесплатно
