Аннотация: Окружающая среда металлургических центров загрязнена таким высокотоксичным канцерогенным веществом, как бензо(а)пирен, концентрация которого в воздухе может достигать 20-150 ПДК. Он образуется при сжигании всех видов углеродного топлива, но в максимальном количестве — при горении твердых энергоносителей. Бензо(а)пирен накапливается и долго сохраняется в различных компонентах окружающей среды, делая ее токсичной. Контроль его содержания в различных средах осуществляют хроматографическим анализом отобранных проб, а непрерывный контроль его выбросов невозможен. Максимальными выбросами бензо(а)пирена отличаются коксовые батареи, в которых уголь коксуется при низких температурах и при недостатке воздуха. Большими выбросами бензо(а)пирена сопровождаются агломерационный процесс, переливы чугуна в доменном и сталеплавильном производствах, а также сжигание технологических газов на свечах. Сократить выбросы бензо(а)пирена от металлургических агрегатов можно в основном за счет правильной организации технологического процесса. При агломерации шихты его выброс можно уменьшить путем сбалансированной подачи воздуха в спекаемый слой и организации циркуляции газа между зоной спекания и охлаждения. В коксохимическом производстве для этой цели необходимо предотвратить утечки коксового газа из батарей и по всему газовому тракту. В доменном и сталеплавильном производствах все переливы чугуна следует осуществлять под укрытиями с отсосом из-под них газов и подачей их на очистку от пыли. Необходимо отказаться от сжигания технологических газов на свечах и обеспечить их полный сбор и использование в качестве топлива, при горении которого бензо(а)пирен будет разлагаться. Самым эффективным способом улавливания бензо(а)пирена является выведение его из потока вместе с пылью, на частицах которой он сорбируется. Термический способ его разложения в газоходах путем пропускания через пламя горелки применим только для дымовых газов нагревательных печей и вагранок. Использование каталитических, плазмохимических, биохимических и других способов разложения углеводородов в отходящих газах металлургических агрегатов является высокозатратным в силу их больших объемов и может быть рекомендовано только для очистки вентиляционных газов.

Аннотация: В настоящее время эксплуатация переливных устройств и ковшей в металлургической промышленности сопряжена с рядом проблем, связанных с наличием примесей в стали при значительном перепаде температур в ходе заливки и разливки металла. Данные факторы могут значительно ухудшить качество стали, снизить срок службы оборудования и увеличить затраты на его ремонт и замену. Резкие изменения температуры вызывают локальные термические напряжения в огнеупорных материалах, что приводит к образованию трещин в футеровке и металлических частях оборудования, а также к деформации из-за неравномерного нагрева и охлаждения, что нарушает геометрию оборудования и снижает его функциональность. Отходы кремневого производства в виде мелких частиц SiO2 (микрокремнезема) благодаря своим уникальным свойствам являются перспективным материалом для модификации структуры огнеупорных материалов. Рассмотрены перспективы применения SiO2 в огнеупорных материалах, используемых для сталеразливочных ковшей. Исследовано влияние микрокремнезема на физико-механические и термические характеристики огнеупоров, а также преимущества его использования в условиях высокотемпературных процессов сталеплавильного производства. Выявлено, что при добавлении в состав огнеупорных изделий до 4–6 % SiO2 происходит увеличение прочности, снижение пористости, а также уменьшение доли обезуглероженного слоя и окисляемости. Испытания образцов показали, что применение SiO2 в условиях сталеплавильного процесса способствует образованию более стабильных и плотных структур в огнеупорных материалах, что повышает их устойчивость к термическим и химическим воздействиям. Предположено, что эффект упрочнения достигается за счет полиморфного перехода SiO2, при котором происходят увеличение площади развитой поверхности и обеспечивается контактное сцепление частиц между собой, а при взаимодействии с углеродом при температурах более 1500 оС образуются карбиды кремния, которые более устойчивы к окислению. Использование микрокремнезема в огнеупорных материалах для сталеразливочных ковшей позволит сократить частоту ремонтов, периоды замены футеровки и затраты за счет увеличения их срока эксплуатации, а также повысить производительность сталеплавильного производства.

Аннотация: Рассмотрены особенности освоения технологии винтовой прошивки заготовок из высоколегированных, коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов на стане Shanxi Haina (Китай) в компании CYBERSTEEL. Данный стан позволяет прошивать заготовки диаметром от 60 до 120 мм в гильзы диаметром от 63 до 127 мм со стенкой толщиной от 6 до 14 мм из таких сталей и сплавов. Для нагрева заготовки в цехе установлена методическая печь с шагающими балками. При разработке технологии винтовой прошивки рассчитаны калибровки инструмента (валка, оправки, линейки, стержня), режимы обжатия, параметры настройки стана, а также подобраны режимы нагрева заготовки. При выполнении научно-исследовательских работ (НИР) по разработке технологии винтовой прошивки кроме теоретических расчетов применяли компьютерное моделирование, а также опытные работы на стане. В результате выполнения НИР разработан программный пакет, обеспечивающий автоматизацию технологических и конструкторских расчетов процесса прошивки заготовок различного размера и материала. После прошивки гильзы сразу направляются в поточную линию обработки труб в цехе, при этом исключены операции раскатки и горячей отделки труб, которые применяют на трубопрокатных агрегатах. Это позволяет снизить себестоимость производимых труб. Достигнута высокая стабильность процесса, при этом прошитые гильзы соответствуют требованиям нормативно-технической документации.

Аннотация: При проектировании и настройке ламинарных установок охлаждения полос возникает необходимость определения их теплофизических характеристик для расчета теплового состояния полосы после охлаждения. Представлен метод определения основных характеристик воздействия системы ламинарного охлаждения на горячекатаную полосу (давление струи на полосу, вертикальные скорости в зоне столкновения, размер зоны активного струйного охлаждения, плотность теплового потока в зоне столкновения). Приведены результаты расчета гидродинамических и теплофизических характеристик системы охлаждения на примере коллекторов заданной конструкции. Определено, что конечная скорость падения на оси струи слабо зависит от давления в системе из-за его малого значения и большой высоты коллектора над полосой. Отмечено, что при давлении в системе 0,6 бар на границе зоны столкновения плотность теплового потока существенно падает, что приводит к ухудшению отвода тепла от поверхности полосы. Максимальная плотность теплового потока в центрах зон столкновения на всем протяжении системы ламинарного охлаждения полосы составила 10–12 МВт/м2.

Аннотация: Установлено, что при затвердевании доперетектической стали мартенситного класса марки 15Х13Н2, микролегированной до 0,04 % (мас.) Nb, образуются карбидные фазы, богатые ниобием (от 54,2 до 79,4 % (мас.) Nb), имеющие средний размер от 0,2 до 4,2 мкм. При этом показано, что на этапе кристаллизации прямо ликвируют хром, никель, ванадий, титан, кремний и марганец, обогащая междендритное пространство и формируя твердый раствор с повышенным содержанием карбидообразующих элементов. Для литого металла в состоянии после закалки с высоким отпуском определено, что среднее значение микротвердости в междендритном пространстве составляет 226 HV, а в зоне дендритного кристалла — 146 HV. Выявленные особенности кристаллизации и индивидуального характера распределения элементов между микроликвационными зонами «дендритный кристалл — междендритное пространство» в первом приближении позволили для трехмерного измерения представить первичную структуру стали мартенситного класса марки 15Х13Н2 как материал, в котором более пластичные дендритные кристаллы отделены друг от друга твердой и хрупкой матрицей. Вследствие этого зафиксированная металлографическим анализом полосчатость структуры деформации (металлургическая наследственность), состоящая из зон, практически не способных гомогенизироваться, в макромасштабе может отражаться в нестабильности значений механических свойств при оценке качества сортового проката. При этом обнаруженные в затвердевших в последнюю очередь зонах эвтектики, на основе NbС, повышают вероятность нестабильности значений механических свойств проката. Подбор оптимального режима термической обработки, выполненный в лабораторных условиях на заготовке диаметром 25 мм, опробован в цеховых условиях на прокате диаметром 190 мм при закалке с температуры 990 °С и отпуске при 710 °С садки массой 10 т. Полученная микроструктура обеспечила требуемый уровень прочности и сопротивления хрупкому разрушению при отрицательных температурах в сортовом прокате за счет формирования мелкодисперсной ферритокарбидной смеси с определенной направленностью относительно «бывших» игл мартенсита в каждой из микроликвационных зон «дендритный кристалл — междендритное пространство».

Аннотация: Методом конечно-элементного моделирования выполнено исследование процесса непрерывно-последовательной безматричной высадки концов труб из стали марки 17Х18Н11Т, применяемой в судостроении. Определены факторы, влияющие на конечные размеры и форму высаженного конца. Проведен расчет температурно-скоростных режимов высадки, которые позволили обеспечить требуемые размеры высаженного конца трубы. Выполнен расчет усилия высадки для двух операций. Практическая значимость работы заключается в возможности применения полученных результатов для оптимизации технологического процесса высадки концов труб в промышленном производстве, что позволит повысить эффективность производства, улучшить качество продукции и снизит вероятность образования дефектов труб.

Аннотация: Выполнено численное моделирование процесса барботирования расплава метаном в реакторе жидкофазного восстановления технически чистого железа (АРМКО-железа) с использованием подходов CFD-моделирования, реализованных в программных комплексах ANSYS Fluent (модель VOF) и ANSYS CFX (Эйлеровская модель дисперсной фазы). Исследования проведены с целью изучения температурного поля на футеровке реактора и проверки адекватности численных подходов для описания высокотемпературных барботажных процессов в металлургии. Выполнен анализ теплового состояния футеровки реактора, изучены характеристики газожидкостного взаимодействия и структуры течения. Результаты показали, что моделируемый режим барботажа соответствует развитому пузырьковому течению с газовым заполнением около 23 %, что подтверждается экспериментальными данными для аналогичных условий. Максимальная температура внутренней поверхности футеровки реактора не превышает 1600 °C, что значительно ниже допустимого уровня для используемого огнеупорного материала. Полученные результаты подтверждают работоспособность конструкции реактора и эффективность численных методов моделирования для прогнозирования режимов его работы.

Аннотация: При добыче и переработке полезных ископаемых образуется значительное количество мелкозернистых материалов, которые трудно или невозможно использовать в дальнейшем. Для решения этой проблемы применяют процесс окускования, заключающийся в переработке мелкозернистых частиц в более крупные агрегаты для дальнейшей обработки. Для окускования многих видов материалов можно использовать процесс брикетирования, который обычно используют для таких полезных ископаемых, как угли и торфы. Также этот метод окускования применяют для различных металл- и углеродсодержащих отходов и других материалов. Существенным достоинством метода является его универсальность. Для брикетирования достаточно широко применяют валковые пресса, однако эти устройства имеют некоторые недостатки. В качестве альтернативы предложены экструдерные пресса, которые в некоторых случаях могут быть более эффективными. Описаны разработанные и созданные лабораторные экструдерные пресса различных конструкций. Представлены данные о влиянии параметров фильер и брикетируемой шихты на основные физико-механические свойства полученных брикетов. Приведены данные экспериментов с использованием мелассы в качестве связующего. На основе полученных результатов спроектирован опытно-промышленный экструдер.

Аннотация: В современном машиностроении задача комплексного улучшения эксплуатационных свойств изношенных пластин является особо значимой. В результате изучения рельефа поверхности изношенных пластин можно максимально повысить срок их эксплуатации, применяя определенный метод обработки. Изучен рельеф поверхности пластин пресс-форм с целью выявления мест, наиболее подверженных изнашиванию, и максимального линейного износа для определения экономически целесообразной толщины упрочненного слоя, а также для определения необходимой конструктивной доработки прессовых инструментов. Характер износа определен на пластинах верхнего пояса пресс-форм СМ-816. Выполнены внешний осмотр отработавших пластин и замер линейного износа. Визуальный осмотр показал, что кроме абразивного изнашивания в процессе работы происходит усталостное выкрашивание поверхностного слоя. Линейный износ определен с помощью индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм с размером сетки 40 х 40 мм от края. Измерение проведено относительно неизношенного участка пластины. Целью данной работы является изучение восстановления пластин верхнего пояса пресс-форм из конструкционной углеродистой стали 20 методом индукционной наплавки токами высокой частоты.

Аннотация: Комплексно-легированные белые чугуны являются чрезвычайно важным классом конструкционных материалов с сочетанием уникальных свойств. Механические свойства, такие как твердость, прочность и износостойкость, а также структура отливок из этих чугунов определяются их составом и условиями кристаллизации, определяющими особенности строения и взаиморасположения фаз, и в не меньшей степени — условиями термической обработки. Металлическая основа исследованных комплексно-легированных высокохромистых чугунов состоит из аустенита и продуктов его распада (мартенсита, троостита, перлита). Количество продуктов распада аустенита определяется в первую очередь химическим составом и условиями кристаллизации. Элементы, стабилизирующие аустенит в эвтектоидном интервале температур (никель, марганец, медь, молибден), способствуют увеличению доли мартенсита и троостита в литом состоянии, а при закалке позволяют получать только мартенситную матрицу. Особенно это проявляется при комплексном легировании белых чугунов элементами, повышающими его закаливаемость и прокаливаемость: Ni, Мо, Сu, Мn, В, Тi. Результаты сравнительного исследования хорошо иллюстрируют небольшое различие в свойствах чугунов при различных видах термической обработки. Разница между минимальными и максимальными значениями твердости и износостойкости не превышает в среднем 15 %. Таким образом, в некоторых случаях можно не применять дорогостоящую операцию термической обработки — нормализацию, а подвергать отливки только отпуску при температуре 300–400 °С. Использовать отливки без термической обработки также не рекомендуется вследствие высоких остаточных напряжений, которые могут способствовать их разрушению в рабочих условиях.

Аннотация: Современная доменная печь обладает широкими возможностями по использованию различных природных и техногенных ресурсов, кокса и его заменителей, а также способна использовать большую долю рудоуглеродных брикетов, одного из наиболее перспективных материалов в плане оптимальных показателей эффективности доменного производства. Для современной малой доменной печи доступны различные способы модернизации и совершенствования. Фактически она может быть уменьшенным вариантом современной большой доменной печи. В частности, может быть изменен профиль малой доменной печи, что обеспечивается современным оборудованием, воздуходувными средствами и загрузочными устройствами. Такая модификация возможна вплоть до создания широкой низкошахтной печи, наиболее приспособленной для переработки вторичных материальных ресурсов с высокой цинковой нагрузкой. Малая доменная печь с использованием доступных достижений может являться не только источником высококачественного чугуна, но и быть экономически эффективным агрегатом для рециклинга вторичных материалов и утилизации отходов различного происхождения.