Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Экологически чистое производство как элемент устойчивого развития металлургических предприятий
Статья научная
Металлургический промышленный комплекс создаёт большую нагрузку на экологический баланс биосферы. Вопросы, связанные с охраной окружающей среды и экономным использованием ресурсов, рассматриваются совместно со второй половины двадцатого века. Мировая концепция охраны природы и ресурсосбережения представляет собой общемировой процесс, базис которого определяется достижениями в кибернетике (анализ сложных систем), экологии (системный подход к биосферным процессам) и технике (научно-техническая революция). Общепринятую схему этого процесса обычно представляют в виде цепочки: контроль - предотвращение - управление. С позиций защиты окружающей среды металлургическая отрасль является одной из самых проблемных. Фискальный подход за нарушения законодательства в сфере охраны окружающей среды является недостаточным. Организация глобального рециклинга и управления движением природных, вторичных и техногенных ресурсов, в том числе и металлов, должна стать основным фактором развития мировой индустрии. В статье представлен пример расчета платежей за вредные выбросы и сбросы в окружающую среду металлургическим предприятием. Также приведен расчет экономической выгоды от применения безотходного оборудования и переработки некоторых загрязняющих веществ этими очистными сооружениями. В статье показано, что установка очистных сооружений приносит не только пользу для окружающей среды, но и создаёт экономическую выгоду для металлургических предприятий. Внедрение на промышленных предприятиях малоотходных и безотходных технологий будет решать две задачи - сохранение и восстановление окружающей среды, а также способствовать устойчивому развитию предприятия.
Бесплатно
Статья научная
В рамках исследования возможности образования и стабилизации в многокомпонентной системе высокоэнтропийных кристаллических твёрдых растворов со структурой гексаферритов М-типа проведены эксперименты, объектом которых стала многокомпонентная оксидная система BaO-Fe2O3-Mn2O3-NiO-TiO2-Al2O3. Выбор качественного состава системы обусловлен тем, что, по литературным данным, часть элементов, входящих в ее состав, повышает анизотропию кристаллов гексаферритов и повышает частоту ферромагнитного резонанса, а другие - понижают. Следовательно, получив материал, включающий эти элементы, получим возможность, корректируя количественный состав материала, плавно менять частоту ферромагнитного резонанса и пропускную способность, добиваясь значений, которые требуются для данного конкретного приложения. Состав шихты для приготовления экспериментальных образцов подбирался таким образом, чтобы обеспечить максимум конфигурационной энтропии смешения. Для этого атомные доли Fe, Mn, Ni, Ti и Al в ожидаемой высокоэнтропийной фазе с формулой Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)12O19 должны быть равны. С целью получения кристаллов Ba(Fe, Mn, Ni, Ti, Al)12O19 изучены возможности трёх разных методик синтеза экспериментальных образцов - твердофазного спекания, выплавки в платиновом тигле и выплавки в тигле из нержавеющей стали. В результате электронно-микроскопического и РСМА исследования образцов, полученных посредством первой и третьей методик проведения экспериментов, были обнаружены два основных типа кристаллов: гексагональные кристаллы, по-видимому, имеющие структуру гексаферрита M-типа, и октаэдрические кристаллы, вероятно, имеющие структуру шпинели AB2O4. Исходя из полученных результатов, следует считать возможным получение в данной системе гексагональных полизамещённых кристаллов (по-видимому, со структурой гексаферрита М-типа), включая кристаллы, стабилизации структуры которых способствуют высокие значения конфигурационной энтропии смешения компонентов кристаллической матрицы.
Бесплатно
Краткое сообщение
Работа посвящена исследованию качества обрезки кромки плакирующих лент при плакировании лент, полученных методом холодной прокатки. При получении слоистых металлических композиций по схеме «твердый - мягкий - твердый», когда ширина плакирующей ленты больше ширины ленты основы, зачастую наблюдается плохая обрезка кромок плакирующей ленты. Качество обрезки напрямую зависит от отношения толщин слоев биметалла, а также от их механических свойств. В работе исследовались композиции, полученные из отожжённых лент алюминиевых сплавов А5 и АМг2 толщиной 1,0 мм и шириной 25 мм (основа) и латуни Л90, нейзильбера МНЦ 15-20, стали 08кп толщиной 7-35 % от толщины алюминиевых лент и шириной 50 мм (плакирующий слой). Отношение пределов прочности плакирующей ленты и основы изменялось в широких пределах от 0,98 до 6,85. Эксперименты показали, что с ростом этого отношения обрезка кромок ухудшается. На основе экспериментальных данных получена математическая зависимость предельного соотношения толщин компонентов от соотношения пределов прочности плакирующих материалов и основы, при которых обеспечивается качественная обрезка кромок.
Бесплатно
Экспериментальное исследование процесса инерционного прессования труб
Статья научная
Обоснована задача проведения экспериментального исследования процесса инерционного прессования труб. Приведены результаты исследования влияния энергосиловых параметров аккумулирующего устройства при различном конструктивном исполнении пресс-игл на величину пресс-остатка. Определены зависимости, обеспечивающие выбор оптимальных силовых параметров аккумулирующего устройства.
Бесплатно
Экспериментальное исследование процесса прессования труб переменного сечения
Статья научная
Обоснована задача проведения экспериментального исследования процесса прессования труб переменного сечения. Проведена экспериментальная проверка корректности и достоверности методики расчета профилировки инструмента для прессования труб с уменьшением толщины стенки на ее заднем участке. Уточнены особенности протекания данного процесса, что позволило производить соответствующие расчеты с минимальным значением относительной погрешности.
Бесплатно
Статья научная
Изучены результаты процесса взаимодействия РЗМ с висмутом в системах Ni-Pr-Bi, Ni-Nd-Bi, Ni-Dy-Bi и Ni-Er-Bi. Температуры плавления большинства образующихся интерметаллических соединений существенно превышают возможные температуры эксплуатации жаропрочных никелевых сплавов и, следовательно, не должны критически ухудшать свойства сплава.
Бесплатно
Экспериментальное исследование способа пластического структурообразования металлов
Статья научная
В ходе параллельных экспериментальных и компьютерных экспериментов было произведено исследование способа пластического структурообразования металлов, определены величины деформаций и потребное усилие деформирования, сделан вывод о возможности дальнейшего использования программы Deform при изучении предложенного способа.
Бесплатно
Статья научная
Наиболее жестко геометрические характеристики поперечного сечения регламентируются для труб, предназначенных для подводных участков, где допустимое отклонение от теоретической окружности составляет по телу трубы 1…1,5 % от диаметра и 0,75…1 % от диаметра по торцам. Форма поперечного сечения труб большого диаметра образуется в процессе комплекса деформационных операций по формированию из штрипса трубной заготовки, корректировки этой геометрии под действием сварочных напряжений и калибровки в процессе финишной операции экспандирования. Результаты операции экспандирования во многом зависят от геометрических характеристик заготовки перед этой операцией и от кинематики контактного взаимодействия инструмента и заготовки непосредственно при экспандировании. Важную роль при этом играют силы трения между контактирующими поверхностями экспандерной головки и трубы, поскольку под влиянием этих сил может происходить перераспределение тангенциальных деформаций и, соответственно, искажение геометрии. В статье представлены экспериментальные материалы по определению коэффициента трения, полученные в условиях, максимально приближенных к условиям экспандирования труб большого диаметра. Приведены методика проведения эксперимента, описание лабораторной установки с необходимыми средствами измерения. Выполнена оценка влияния основных технологических факторов на величину коэффициента трения.
Бесплатно
Экспериментальное исследование шаговой прокатки прямым и обратным ходом
Статья научная
Представлены результаты экспериментального исследования на опытном стане СШР-82,5 шаговой прокатки прямым и обратным ходом с подачей заготовки валками.
Бесплатно
Статья научная
При вальцевой формовке заготовки для труб большого диаметра вся работа деформации реализуется силами трения, которые передают штрипсу энергию привода через поверхность контактного взаимодействия с валками. Для характерной в процессе формовки специфики контактной границы чисто обработанного и закаленного валка с поверхностью заготовки, покрытой слоем вторичной окалины, в литературе практически отсутствуют данные по коэффициентам трения в таких условиях. Поскольку активные силы трения определяют ресурс деформационных возможностей процесса без пробуксовки валков относительно штрипса, достоверные данные о силах трения необходимы для расчета технологических режимов и оценки нагрузок на элементы трансмиссии. В статье представлены экспериментальные материалы по определению коэффициента трения, полученные в условиях, максимально приближенных к условиям формовки трубной заготовки на трехвалковой гибочной машине. Приведены методика проведения эксперимента, описание лабораторной установки с необходимыми средствами измерения. Выполнена оценка влияния основных технологических факторов на величину коэффициента трения.
Бесплатно
Электроды для ручной дуговой сварки в нефтегазовом комплексе
Статья научная
Разработаны электроды для сварки трубопроводов, в том числе с образованием обратного валика при сварке корня шва, обеспечивающие высокие механические свойства сварного соединения. Для ручной дуговой сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, а также конструкций, работающих в условиях пониженных температур, получили широкое распространение электроды с основным видам покрытия типа УОНИ. Механические свойства сварных соединений, выполненные этими электродами, обеспечивают высокие показатели по прочности, пластичности и ударной вязкости, в том числе при пониженных температурах. Однако эти электроды классического состава уступают по сварочно-технологическим свойствам электродам зарубежного производства, что ограничивает их применение при сварке трубных конструкций. Применяемые импортные электроды аналогичного назначения примерно в 2,5 раза дороже электродов марки УОНИ-13/55. Достойная замена импортных электродов позволит в определенной мере газовой и нефтехимической промышленности уйти от импортной зависимости, при этом сохранятся отечественные производства сварочных электродов. Задача состоит в том, чтобы при сохранении механических свойств сварных соединений получить улучшенные сварочно-технологические свойства, позволяющие проводить сварку трубных конструкций, в том числе неповоротных стыков с возможностью образования обратного валика при сварке корневых проходов. Для этого разработаны электроды марки ЛБ-52МК и рекомендации к их использованию при сварке трубопроводов. Получены положительные отзывы от многих потребителей. Проведён целый комплекс испытаний по химическому составу и механическим свойствам наплавленного металла; в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете определено количество диффузионного водорода в наплавленном металле вакуумным методом в соответствии с ГОСТ 23338-91 на электродах диаметром 3,2 мм. В результате установлено, что разработанные электроды марки ЛБ-52МК по механическим свойствам наплавленного металла соответствуют типу Э50А по ГОСТ 9467-75. По классификации в соответствии с AWS А5.1 они относятся к типу 7015-1. При сварке корневых проходов с обратной стороны шва образуется валик правильной формы без подрезов на основном металле. Для удобства потребителей, которые в настоящее время применяют электроды импортных производителей, планируется производить электроды диаметром 4,0; 3,2, а в перспективе - 2,6 мм.
Бесплатно
Электронно-микроскопические исследования огнеупорных глин, применяемых в литейном производстве
Статья
Бесплатно
Электронный механизм восстановительных процессов в доменных и ферросплавных печах
Статья научная
Существующие варианты теории твёрдофазного восстановления железа базируются на атомно-молекулярных представлениях и рассматривают восстановление как обмен между молекулами оксидов и восстановителем атомами кислорода. Но в твёрдых оксидах и металлах нет ни атомов, ни молекул, есть только ионы и связывающие их электроны. Окислительно-восстановительные реакции - это процесс обмена не атомами, а электронами. Поэтому с позиций атомно-молекулярных представлений невозможно создать непротиворечивую теорию процессов, протекающих на другом - электронном уровне. Развиваемая авторами электронная теория восстановления описывает электро- и массоперенос в газовой и конденсированных фазах, обмен электронами между восстановителем и оксидом, перераспределение электронов между катионами и анионами в решётке оксида и превращение кристаллической решётки оксида в решётку металла, а также влияние на эти процессы давления и температуры. Согласно теории непосредственным результатом извлечения одного аниона кислорода из кристаллической решётки на поверхности оксида является образование анионной вакансии и двух связанных с ней свободных электронов. В комплексных и бедных рудах вакансии и электроны рассеиваются в объёме оксида, накапливаются и сливаются у катионов, уровень Ферми которых ниже химического потенциала электронов в вакансиях. Известные из экспериментов и практики получения чугуна и ферросплавов результаты объяснены участием в окислительно-восстановительных реакциях в слое твёрдых реагентов заряженных частиц низкотемпературной плазмы. Плазма образуется вследствие термоэлектронной эмиссии с поверхности восстановителя и термической ионизации газов. Показано, что карботермическое восстановление активных металлов, а также железа из прочных комплексных оксидов происходит только твёрдым углеродом. При этом через плазму осуществляется встречный перенос углерода на поверхность оксида и оксида на поверхность углерода, в результате которого на поверхности каждого из них образуются оболочки карбидов. Образование карбидов отравляет поверхность, тормозит и останавливает восстановление. Оплавление и стекание материала оболочек переводит восстановление в кинетический режим и обеспечивает его эффективное протекание.
Бесплатно
Электроосаждение никеля из растворов, содержащих жидкие кристаллы
Статья научная
Изучена возможность получения структурированных никелевых покрытий методами химического и электрохимического осаждения. Для осаждения использованы электролиты, содержащие жидкие кристаллы. Электролиты были приготовлены из насыщенного (водного или аммиачного) раствора хлорида никеля и неионогенного поверхностно-активного вещества ОП-10 при массовом соотношении растворов 1:1. Проведено химическое осаждение никеля на алюминиевую подложку, а также электрохимическое осаждение на никелевую, медную и титановую подложки. Осаждение на алюминий и никель проводили из электролита, составленного из насыщенного водного раствора хлорида никеля и ОП-10. При осаждении на медь и титан водный раствор хлорида никеля был заменен на аммиачный. Целью замены было повышение рН раствора и, как следствие, уменьшение выделения водорода и увеличение выхода никеля по току. Исследования покрытий с помощью растрового электронного микроскопа показали, что в случае осаждения никеля из водного раствора покрытие содержит преимущественно гидроксохлорид никеля. При замене водного раствора на аммиачный осажденное покрытие содержит преимущественно металлический никель в виде дендритов размером от 50 до 1000 нм.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследовали процесс электроосаждения цинк-никелевых покрытий на латунную и стальную подложки из кислых и слабокислых сульфатно-хлоридных электролитов. В качестве буферной добавки применяли борную и лимонную кислоты. Молярное соотношение ионов никеля и цинка в электролите Ni(II)/Zn(II) выбрано с большим превышением по ионам никеля (> 10 раз). Химический состав электролита определяли методом комплексонометрического титрования с трилоном Б. Валовый состав и морфологические свойства покрытия определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6460LV с компьютерным контролем. Рабочую плотность тока подбирали с использованием электрохимической ячейки с угловым катодом - ячейки Хулла. Осаждение сплава проводили электрохимическим методом в гальванической ванне постоянного тока. В качестве анодов были использованы никелевые пластины. Установлено, что для электролитов с добавками борной кислоты предельное значение плотности тока составляет 0,8 А/дм2, а при использовании в электролите в качестве буферной добавки лимонной кислоты предельное значение увеличивается до 2,5 А/дм2 без ухудшения качества покрытия. Сплавы, осажденные из электролита с лимонной кислотой, имеют, согласно исследованиям на электронном микроскопе, более мелкозернистую структуру, визуально выглядят более гладкими и блестящими. Расчеты показали, что осаждение из электролита с лимонной кислотой позволяет получить более высокий выход по току по сравнению с осаждением из электролита с борной кислотой. Скорость осаждения покрытий из электролитов с лимонной кислотой значительно выше во всем диапазоне плотностей тока независимо от природы подложки. Таким образом, добавки лимонной кислоты в электролит для осаждения цинк-никелевых покрытий дают значительные преимущества по сравнению с добавками борной кислоты, традиционно используемой для этих целей.
Бесплатно
Электропроводность высокоглиноземистых и высокохромистых шлаков
Краткое сообщение
Экспериментально исследована электрическая проводимость шлаков производства низкоуглеродистого феррохрома с переменным содержанием оксидов алюминия и хрома. Влияние оксида хрома на электропроводность шлака проявляется сильнее, чем влияние глинозема. Определена зависимость электропроводности от содержания Al 2O 3 и Cr 2O 3.
Бесплатно
Электропроводность хромоугольных брикетов и их компонентов для производства феррохрома
Статья обзорная
Бесплатно
Электрофизические методы активации водных суспензий глинистых минералов
Статья научная
Рассмотрено влияние электрофизических методов активации на реологические свойства водных суспензий, приготовленных из бентонитовой глины Зыряновского месторождения. Показано, что механоактивация бентонитовой глины, а также обработка глинистых суспензий ультразвуком вызывает диспергацию глинистых агрегатов и позволяет получать глинистые растворы с улучшенными реологическими характеристиками. Обработка электромагнитными импульсами бентонитовой глины приводит к уменьшению вязкости и увеличению дисперсности частиц.
Бесплатно
Статья научная
На основании развития энергетического метода решения технологических задач обработки металлов давлением, основоположником которого является В.Н. Выдрин, получены расчетные формулы для определения мощности, расходуемой на процесс волочения проволоки в монолитной волоке. Мощность электрической энергии, преобразуемая электродвигателем в механическую энергию и подводимая к барабану волочильного стана посредством редуктора, расходуется на преодоление сил трения в монолитной волоке и на формоизменение металла при волочении. В статье приведена методика расчета коэффициента полезного действия (КПД) процесса волочения проволоки. Установлено, что повышения механических свойств проволоки можно достичь за счет снижения неравномерности деформации по ее сечению. Определено, что с точки зрения формирования механических свойств и сохранения запаса пластичности проволоки маршрут волочения необходимо строить с максимально допустимыми по условию безобрывного волочения единичными степенями деформации, минимальным углом волоки и при обеспечении низкого коэффициента трения. Предложено при построении ресурсосберегающих маршрутов волочения руководствоваться не только критерием качества проволоки, характеризующимся уровнем механических свойств, но и энергоэффективностью процесса, который предложено оценивать по КПД процесса. Расчет мощности, расходуемой на формоизменение и преодоление сил трения в очаге деформации, показал, что КПД процесса волочения повышается с увеличением единичной степени деформации, уменьшением величины рабочего угла волоки и значения коэффициента трения. Анализ типового маршрута волочения с точки зрения этих принципов выявил, что эффект ресурсосбережения достигается при применении монолитных волок с рабочим углом 8°, при условии согласования его с остальными параметрами очага деформации (единичной степенью деформации и коэффициентом трения, обеспечиваемого качеством подготовки поверхности заготовки и применяемой технологической смазкой).
Бесплатно
