Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 915
Утилизация технологических газов перспективными сорбционными материалами
Статья научная
Металлургическое производство является одной из наиболее важных отраслей промышленности по объёму негативных выбросов в атмосферу. Нередко на металлургических предприятиях приходится использовать руду с очень низким содержанием полезных компонентов для извлечения стратегически ценных металлов. В связи с этим огромный объем рудных материалов поступает на обогащение и плавку, а это, в свою очередь, способствует образованию большого количества отходящих газов. Таким образом, загрязнение атмосферы является главной причиной экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических предприятий. Выбросы технологических газов производств приводят к колоссальным загрязнениям природы и образованию серьезной опасности для жизни живых организмов. Кроме того, экологические проблемы отечественной металлургии не решаются из-за ряда причин. Одной из главных является недостаточная оснащенность технологических агрегатов системами очистки и обезвреживания и неэффективная работа действующих пыле- и газоочистных установок, а также использование других устаревших технологий очистки газовых выбросов (Е.П. Большина «Экология металлургического производства»).
Бесплатно
Уточнение выражения для расчета предельной растворимости азота в дуплексных сталях
Статья научная
Приведено описание класса дуплексных нержавеющих сталей (ДНС), рассмотрено влияние азота как легирующего элемента в рассматриваемых сталях, а также особенности формирования структуры и различного вида соединений в кристаллизующемся расплаве рассматриваемых композиций химического состава. Описано влияние предельной концентрации азота в металле как лимитирующего фактора для получения бездефектных слитков. Установлена зависимость для прогнозирования предельной концентрации азота в стали марки UNS S32750, которая находится в пределах марочного содержания данного элемента. Однако отмечено, что показатель температуры, который необходимо использовать в данной зависимости, вызывает вопросы. В различных источниках исследователи предлагают различные варианты - температура отдачи азотированных ферросплавов (1580-1600 °С), температура выпуска металла из печи или разливки (1520-1580 °С) либо температура начала кристаллизации (1430-1450 °С). Однако такие различия используемого для расчета показателя температуры дают совершенно разные результаты предельной растворимости азота. Для установления показателя температуры, который необходимо использовать в выражении, проведены математические расчеты предельной концентрации азота в интервале температур 1450-1600 °С с шагом 30 °С. Для сравнительного анализа выбраны составы различных исследователей, в работах которых сообщалось как об успешных экспериментах по выплавке составов дуплексных сталей, легированных азотом, так и получении дефектных слитков (газовые пузыри). Установлено, что при использовании существующего выражения актуально использование температуры 1480 °С, в отличие от предлагаемых различными исследователями температур. Только при выполнении условия, что рассчитанный показатель растворимости азота при данной температуре выше фактической концентрации в стали, обеспечивается получение бездефектного слитка дуплексной стали.
Бесплатно
Уточнение термокинетических диаграмм распада аустенита стали марок 70–80
Статья научная
В 2019 году была проведена модернизация линии воздушного охлаждения стана 170 ПАО «ММК». Она была направлена на получение сорбитизированной катанки непосредственно на стане. Применение такой продукции позволяет отказаться от одной промежуточной операции термической обработки в процессе производства проволоки, а также повысить стабильность механических свойств готовой проволоки, производимой из такой катанки. В рамках научных исследований по освоению технологии производства катанки на линии воздушного охлаждения были проведены исследования по определению и уточнению кривых охлаждения стали марок 70–80. Использование полученных кривых позволило предложить математическую модель режимов прокатки и охлаждения, адекватность которой была доказана на практике, а сами режимы внесены в технологическую инструкцию стана.
Бесплатно
Учебно-исследовательский тренажер-имитатор процессов сортовой прокатки
Статья научная
На базе комплексной многоуровневой математической модели процессов сортовой прокатки и системы автоматизированного проектирования технологий сортовой прокатки создан учебно-исследовательский тренажер-имитатор «Сортовая прокатка», включающий в себя тренажер технолога, тренажер оператора, тренажер вальцовщика, а также теоретические и технологические модули и сервис. Тренажер предназначен для изучения основ технологии производства сортового проката; ознакомления с конструкциями и характеристиками основного технологического оборудования прокатных станов; приобретения навыков проектирования технологии прокатки сортовых профилей; ознакомления с процессом управления прокатным станом и непосредственного управления моделью стана; моделирования и отработки нештатных ситуаций; контроля знаний в области технологии и оборудования прокатного производства. Тренажер может быть использован для обучения основам прокатного производства, методам и приемам подготовки, контроля и управления технологическими процессами прокатки на промышленных предприятиях, а также в учебных заведениях высшего и специального образования.
Бесплатно
Учет ближнего порядка в расположении атомов в термодинамике бинарных растворов замещения
Статья научная
Показано, что в области относительно высоких температур квазихимическая модель переходит в модель регулярных растворов, но у энергии взаимообмена возникает температурная зависимость. Получены приближенные формулы, отражающие эту зависимость. Обсуждена обратная задача.
Бесплатно
Учет деформационного разогрева при выборе температурно-скоростных режимов деформации сплава АМГ6
Статья научная
В статье представлены результаты числовых и лабораторных экспериментов по свободной осадке заготовок диаметром 20 мм с температуры нагрева 20, 130, 260 и 390 °С. В ходе компьютерного моделирования установлено, что при холодной осадке деформационный разогрев может достигать 90 °С, а при осадке с температуры 130 °С - 70 °С, что необходимо учитывать при выборе температурно-скоростных условий деформации. При горячей осадке (нагрев до 260 °С) деформационный разогрев достигает 20-40 °С, что может быть критичным с точки зрения пережога, потери пластических свойств и коррозионной стойкости готовой продукции. Лабораторные экспериментальные исследования по осадке заготовок, нагретых до 20, 130 и 260 °С, выявили лучшую пластичность и деформируемость сплава АМг6 при нагреве до 130 °С. Металлографический анализ деформированных образцов показал, что при нагреве до 260 °С микроструктура слава АМг6 претерпевает рекристаллизацию. Одновременно с рекристаллизованными зернами в структуре наблюдаются следы пережога. По границам зерен поры образуют практически сплошную сетку из интерметаллидных фаз. Осадка образцов из сплава АМг6, нагретых до 130 °С, обеспечивала сохранение текстуры деформации и упрочнение с 86 до 133 HV1, при этом полностью исключала образование как внешних, так и внутренних трещин, пор и каких-либо признаков разрушения. Деформационное поведение сплава АМг6 при температуре нагрева заготовки до 130 °С, выявленное в настоящей работе, говорит о перспективности проведения дополнительных исследований по изучению изменения микроструктуры и механических свойств этого сплава при теплой деформации.
Бесплатно
Фазовая диаграмма системы FeO-SrO-BaO
Статья научная
В настоящее время все активнее внедряется в производство сталей и сплавов технология рафинирования с использованием лигатур, содержащих щелочноземельные металлы, в частности, барий и стронций. Построение диаграммы состояния системы FeO-SrO-BaO представляет интерес с точки зрения анализа фазовых равновесий, реализующихся в оксидной системе, сопряженной с расплавленным металлом. В ходе настоящей работы было проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий с последующим расчетом координат линий ликвидус и солидус для диаграмм состояния двойных оксидных систем FeO-SrO, FeO-BaO и SrO-BaO. С использованием полученных данных по двойным оксидным системам было выполнено термодинамическое моделирование фазовых равновесий с последующим построением проекции поверхности ликвидус для диаграммы состояния тройной оксидной системы FeO-SrO-BaO. Для каждой из исследуемых систем были определены энергетические параметры теории субрегулярных ионных растворов, описывающей активности компонентов оксидного расплава. Также был определен энергетический параметр теории регулярных ионных растворов, описывающей активности компонентов твердого раствора оксидов |SrO, BaO|тв.р. Диаграммы состояния систем FeO-SrO и FeO-BaO представляют собой диаграммы эвтектического типа с одной точкой эвтектики с координатами 18,00 мол. % SrO и 1060 °С; 31,58 мол. % BaO и 1066 °С, соответственно. Система SrO-BaO характеризуется неограниченной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии. Для фазовой диаграммы системы FeO-SrO-BaO отмечается обширная область равновесия оксидного расплава с твердым раствором оксидов |SrO, BaO|тв.р.
Бесплатно
Фазовая диаграмма системы Na-Na2O
Статья научная
Фазовые равновесия в системе Na-O представляют интерес в связи с тем, что металлический натрий широко используется в ядерных реакторах в качестве теплоносителя. Целью работы стало термодинамическое моделирование системы Na-O в области Na-Na2O и построение фазовой диаграммы этой системы. В ходе работы проанализированы имеющиеся экспериментальные данные о растворимости кислорода в жидком натрии. Используя литературные данные, в ходе нашей работы осуществлено моделирование фазовых равновесий и расчёт координат фазовой диаграммы области Na-Na2O. В процессе проведённой работы для расчётов использованы возможности программного комплекса FactSage. Использованы данные базы SGPS (SGTE pure substances database) о стандартных энтальпиях образования, стандартных энтропиях и параметрах фазовых переходов, а также температурных зависимостях молярных теплоёмкостей для твёрдых и жидких веществ, образующих систему твёрдого и жидкого Na, кристаллических модификаций Na2O и его расплава. Моделирование расплава Na-Na2O выполнено посредством двухподрешёточной модели ионной жидкости. Параметр взаимодействия для этой модели, температурная и концентрационная зависимость которого выражена посредством полинома Редлиха - Кистера, определён в ходе работы. Согласно результатам моделирования система Na-O в области Na-Na2O характеризуется наличием области расслаивания на две жидких фазы. Координаты критической точки: температура 2457 К, содержание кислорода ~26 ат. %. Крайняя левая точка кривой расслаивания на две жидкие фазы характеризуется следующими координатами: температура 1405 К, содержание кислорода ~4,8 ат. %.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются результаты экспериментального исследования фазовых превращений в шлаке сульфидной медной плавки при его восстановлении продуктами газификации углеродистых восстановителей при температуре 1320 К. Предложен механизм процесса восстановления.
Бесплатно
Фазовые превращения при окислительном обжиге шлака сульфидной медной плавки
Статья научная
Обсуждаются результаты фазовых превращений в шлаке сульфидной плавки при его окислительном обжиге в атмосфере воздуха в широком интервале температур.
Бесплатно
Фазовые равновесия в жидких железоуглеродистых сплавах, легированных иттрием и хромом
Статья научная
В рамках термодинамического моделирования рассматривается взаимодействие между компонентами металлического расплава и кислородом применительно к анализу процессов раскисления и легирования низкоуглеродистых низколегированных сталей, содержащих хром и иттрий. В данной работе использован метод построения поверхностей растворимости компонентов в жидком металле термодинамической системы Fe-Y-Cr-O-С. В рамках реализации этого метода детально исследована система Y2O3-Cr2O3, определены энтальпия и энтропия образования соединения Y2O3•Cr2O3, уточнены координаты точек эвтектического преобразования в системе Y2O3-Cr2O3. На основании уточненных координат линий ликвидус для оксидных двойных систем FeO-Cr2O3, FeO-Y2O3, и Y2O3-Cr2O3 определены энергетические параметры Qijkl в уравнениях зависимости активностей компонентов оксидного расплава FeO-Cr2O3-Y2O3 от состава в модели субрегулярных ионных растворов и рассчитаны координаты поверхности ликвидус оксидной системы FeO-Cr2O3-Y2O3. Так как углерод не растворим в оксидной системе, сопряженной с областью существования жидкого металла, установлено, что в качестве конденсированных неметаллических фаз после легирования металла хромом и модифицирования иттрием образуются оксиды Y2O3 и Cr2O3, соединение Y2O3•Cr2O3, оксидный расплав (FeO, Cr2O3, Y2O3) и газовая фаза {CO, CO2}. Дополнительные термодинамические расчеты показали возможность наличия в оксидном расплаве до 2 % двухвалентного хрома (Cr2+). Разработанная схема фазовых равновесий позволила установить константы равновесия образования оксидов, соединения оксидов, оксидных компонентов расплава и газовых фаз. Рассчитаны также по методу Вагнера активности компонентов металлических расплавов. Совокупность установленных термодинамических параметров позволила построить диаграмму поверхности растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) и таким образом связать составы жидкой металлической фазы с составом сопряженных оксидных фаз.
Бесплатно
Фазовые равновесия в жидкой стали при введении церия
Статья научная
Рассмотрены термодинамические аспекты процессов раскисления стали сплавами, содержащими церий. На основании данных о теплотах и температурах плавления в приближении теории совершенных растворов был установлен вид диаграмм состояния систем FeO-Ce 2O 3, FeO-CeO 2, CeO 2-Ce 2O 3. Построена поверхность растворимости церия, кислорода и углерода в жидком железе. Установлено, что включения CeO 2 могут появляться в стали при супернизких концентрациях церия и высоком содержании кислорода. При обычных концентрациях, достигаемых при вводе церия в металл (200-300 г/т), в качестве неметаллических включений возможно образование либо комплексных оксидных расплавов, либо Ce 2O 3.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Fe-Fe3O4-Fe2SiO4
Статья научная
Определены условия моновариантных равновесий в системе железо - магнетит -фаялит при температурах 1100-1300 К.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Fe-Sr-Ba-O-С
Статья научная
В данной работе выполнено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в системе Fe-Sr-Ba-O-С, построены поверхности растворимости компонентов в жидком металле. Изучено влияние температуры (1550 и 1600 °С) и содержания углерода ([C] = 0; 0,1 мас. %) на строение ПРКМ. При проведении расчетов использовали теорию субрегулярных ионных растворов для расчета активностей компонентов оксидного расплава, теорию регулярных ионных растворов для расчета активности компонентов твердого раствора оксидов, параметры взаимодействия первого порядка для расчета активностей компонентов металлического расплава. Термодинамический анализ показал, что наиболее вероятными продуктами реакции раскисления расплава барием и стронцием являются твердые растворы |SrO, BaO|. Из расчетов видно, что барий практически не участвует в процессе раскисления (содержание BaO в твердом растворе колеблетcя от 10-2 до 10-3, а в оксидном расплаве - сотые доли). Низкая растворимость стронция и особенно бария в жидком железе предопределяет невысокую раскисляющую и высокую модифицирующую способность комплекса Ba-Sr. В дальнейшем необходимо проводить исследование поведения этих элементов в сочетании с кальцием, алюминием и кремнием.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Hg-Se при вакуумной дистилляции
Статья научная
Одним из возможных способов рекуперации компонентов из Hg-Se сплава, образующегося при переработке медеэлектролитного шлама, является вакуумная перегонка. Объект исследования: Hg-Se сплавы состава, моль %: 0,01-99,99 Hg; 99,99-0,01 Se, образование которых возможно в процессе переработки медеэлектролитного шлама при получении товарного концентрата селена. Цель работы: расчет равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т - х) и давления (Р - х) для Hg-Se сплава при вакуумной перегонке. Используемые методы и подходы. Расчет коэффициентов активности компонентов Hg-Se сплава выполнен с помощью упрощенной версии объемной модели молекулярного взаимодействия simple molecular interaction volume model (SMIVM). Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы температуры (Т - х) и давления (Р - х). Новизна: расчет коэффициентов активности с использованием упрощенной версии модели SMIVM. Основные результаты. В интервале температур 823-1073 К рассчитаны давления насыщенного пара для Hg (pHg* = 1,418•106-1,046•107 Па) и Se (pSe* = 1,42•104-3,66•105 Па). Высокие значения соотношения pHg*/pSe* = 100,2-28,6 и коэффициента разделения lgβHg = 2,73-1,01 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда ртуть обогащается в газовой фазе (βHg > 1), а селен - в жидкой. Мольная доля селена в газовой фазе уSe = 0,553-1,43•10-12 уменьшается со снижением температуры 1073-823 К и мольной доли элемента в сплаве хSe = 0,99-0,01. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Hg-Se сплава определены значения изменения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии -ΔGmE = 0,8-3,0 кДж/моль; -ΔHmE = 1,86-5,39 кДж/моль; -ΔSmE = 0,99-2,94 Дж/моль•К. Практическая значимость: сокращение количества трудоемких и дорогостоящих установочных опытов при переработке Hg-Se композиций для оптимизации значений температуры и давления процесса вакуумной дистилляции с целью получении Sе-содержащих продуктов заданного состава.
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Pb-Ag при пирометаллургической возгонке
Статья научная
При переработке свинца образуется серебристая пена (СП), требующая комплексной переработки с получением товарных моноэлементных продуктов. Одним из возможных способов рекуперации СП является вакуумная перегонка, считающаяся одним из самых эффективных и экологически чистых методов для разделения и очистки, переработки и рафинирования различных металлов. Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы. Цель работы состоит в расчете равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т-х) и давления (р-х) для Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM (мolecular interaction volume model). В интервале температур 1073-1773 К рассчитаны давления насыщенного пара для Pb (1,5.10-1-4,86•102) и Ag (5,1•10-5-6,6). Высокие значения соотношения р*Pb / р*Ag = = 2,9•103-74 и коэффициента разделения βPb = 1,8-3,9 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда свинец обогащается в газовой фазе (βPb > 1), а серебро - в жидкой. Мольная доля свинца в газовой фазе уPb = 0,878-0,999 увеличивается с ростом температуры 1073-1773 К и мольной доли металла в сплаве хPb = 0,1-0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности свинца γPb = 0,474-0,999 и серебра γAg = 0,331-0,999 для Pb-Ag сплава различного состава в исследованном температурном диапазоне. Для фазовых диаграмм VLE может быть использовано правило рычага (правило отрезков) для прогнозирования количества вещества, остатков и возгонов при заданной температуре. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Pb-Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: GmE = 0,01-1,34 кДж/моль; -HmE = 0,32-1,53 кДж/моль; SmE = 0,52-1,65 кДж/моль•К. Фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования необходимого состава Pb-Ag сплава в зависимости от температуры и давления в процессе вакуумной перегонки.
Бесплатно
Фазовые равновесия при взаимодействии бария с компонентами жидкой стали
Статья научная
Выполнен термодинамический анализ процессов финишного раскисления стали барием, магнием и алюминием. Установлено, что образующиеся включения даже при малых концентрациях бария, алюминия и магния являются, скорее всего, тугоплавкими и мелкими, что может привести к модифицированию жидкой стали, блокированию роста первичного литого зерна, снижению анизотропии и повышению технологической пластичности. Эффект модифицирования может быть усилен за счет снижения добавками бария межфазного натяжения при протекании в стали гетерогенных реакций.
Бесплатно
