Аннотация: Особенностью большинства станов винтовой прокатки является осуществление деформации с подпором, т. е. под воздействием внутриочагового осевого сжатия. Это является важным фактором, влияющим на характер формоизменения заготовки. В калибре прокатного стана присутствует значительная поперечная деформация, вследствие чего формоизменение металла происходит в условиях знакопеременной радиальной деформации, на которую расходуется существенная часть затрачиваемой при прокатке мощности. Идея поперечно-винтовой прокатки под воздействием внутриочагового осевого растяжения основана на создании таких условий прокатки, при которых заготовка деформируется с осевым натяжением. Реализовать процесс винтовой прокатки в таких условиях можно с применением калибровки рабочих валков с гребнем, расположенным перед захватным участком. Приведены результаты оценки влияния внутриочагового осевого растяжения на формоизменение сплошной заготовки круглого сечения при поперечно-винтовой прокатке в косовалковом стане. Формоизменение оценивали по заторможенным в процессе прокатки образцам диаметрами 26, 32 и 36 мм. Характер поперечной деформации определяли коэффициентом овальности, который равен отношению наибольшего радиуса в межвалковом пространстве к радиусу калибра. Для сравнительной оценки изменения поперечной деформации образцов одного диаметра в эксперименте использовали отношение площадей под графиком коэффициентов овальности, которые рассчитали для образцов, прокатанных на опытной и штатной калибровках. Результаты эксперимента подтвердили эффективность применения опытной калибровки с целью снижения поперечной деформации и улучшения геометрических параметров заготовок при прокатке.

Аннотация: Черная металлургия относится к углеродоемким отраслям промышленности с широкими масштабами производства, что обосновывает ее лидирующие позиции в России по выбросам парниковых газов в атмосферу в секторе промышленных процессов и использования продукции. Это создает определенные риски для производителей черных металлов, например репутационные, связанные с изменениями предпочтений конечных потребителей и общества в целом, и актуализирует такое направление развития отрасли, как декарбонизация производства. При этом производство черных металлов является сложным процессом и включает в себя ряд стадий, которые формируют цепи поставок вокруг производителей металлов с определенными технологическими схемами производства. С одной стороны, для снижения негативного воздействия на окружающую среду такая структура цепей требует применения комплексных решений, а с другой — при их внедрении возникнут синергические эффекты снижения негативного воздействия, что позволит внедрившим предприятиям сформировать на рынке конкурентные преимущества и получить экономическую ренту. Для этого необходимо иметь представление о вкладе в общие выбросы парниковых газов отдельных стадий цепей поставок в черной металлургии с учетом применяемых в них технологических схем производства, что позволит выявить перспективные технологии снижения таких выбросов. В дальнейшем это позволит для конкретных предприятий при разработке проектов модернизации или формировании новых производств определить производственные технологии, обеспечивающие достижение минимально возможного негативного воздействия на окружающую среду, с учетом экономической целесообразности их внедрения.

Аннотация: Метод конечных элементов позволяет рассчитать теплопроводность композитного материала и предсказать его поведение при больших тепловых нагрузках. В данном исследовании композит с вольфрамовой капиллярной структурой и стальной матрицей (WSS) смоделирован в программе ANSYS. Композит WSS изготовлен путем литья расплава аустенитной стали AISI 316LN в вольфрамовую капиллярную структуру. Анализ микроструктуры показал, что содержание вольфрама в композите варьируется в диапазоне 20–30 % (об.). Варианты конструкции композита с содержанием до 78 % (об.) W моделировали в стационарном режиме теплового потока для расчета теплопроводности и в переходном режиме для моделирования тепловой нагрузки 15 МВт/м2 в течение 100 с плазменного импульса. Распределение температур в модели со свойствами, близкой к реальному композиту, показывает, что теплопроводность в диапазоне 48–69 Вт/мК при температуре 100 °C позволяет выдерживать тепловой поток до 10 МВт/м2. Более высокие тепловые потоки неизбежно приводят к перегреву вольфрамовой пластины мишени и закипанию воды в каналах охлаждения

Аннотация: Проведено компьютерное моделирование процессов трехвалковой винтовой прокатки заготовок из коррозионностойкой стали при углах подачи валков 6, 12, 18 и 24 град. В результате установлено, что увеличение угла подачи валков способствует более однородному напряженно-деформированному, тепловому и кинематическому состоянию заготовки: среднеквадратичное отклонение накопленной деформации в объеме заготовки уменьшается в 4 раза; размах значений среднего напряжения по радиусу заготовки снижается в 2,3 раза; размах значений температуры в объеме заготовки с ростом угла подачи уменьшается от 134 до 110 °C; размах полной скорости точек на радиусе заготовки на установившейся стадии в месте выхода из очага деформации снижается в 1,3 раза. Рассматривая накопленную деформацию как меру сдвиговых деформаций, установлено, как угол подачи влияет на изменение величины и равномерности распределения сдвиговых деформаций в объеме заготовки: рост угла подачи валков приводит к снижению сдвиговых деформаций и к их более равномерному распределению в объеме заготовки. На основе оценки изменения среднего напряжения в точках на радиусе заготовки на установившейся стадии выявили, что возможной причиной вытянутости зерен в центральных слоях заготовки является преобладание в этих областях растягивающих напряжений. Показано, как изменение накопленной деформации, температуры и полной скорости может влиять на изменение мелкозернистой поверхностной, переходной и крупнозернистой центральной области заготовки. Результаты моделирования показали, что полная скорость внутренних областей заготовки при прокатке со всеми выбранными углами подачи валков повышается, а наружных — уменьшается.

Аннотация: Поверхность контакта твердой минеральной фазы и газа определяет поведение окатышей в металлургических процессах, которые определяются топохимическими реакциями окисления (при упрочняющем обжиге) и восстановления (в шахтных печах). Проведена оценка величины удельной поверхности порового пространства обожженных железорудных окатышей. В качестве исходных данных использованы результаты сканирования проб окатышей методами электронной микроскопии и компьютерной томографии, в качестве методологии — математическое моделирование. Для исследования использовали окатыши для металлизации (DR) и доменной печи (BF). Их отличия состоят в основности и содержании железа общего (DR: CaO:SiO2 = 0,357, 67,2 Fe; BF: CaO:SiO2 = 0,060, 64,0 Fe). Величина общей площади пор составила 8,47 и 8,81 см2/г для окатышей BF и DR соответственно. Эта величина примерно в 200 раз ниже удельной поверхности концентрата, из которого получены окатыши. Наиболее вероятная величина поры в железорудном окатыше, которая обусловлена термодинамическими условиями спекания, соответствует эквивалентному диаметру 70–90 мкм. Предложенная в работе методика и результаты могут быть использованы при комплексном исследовании структуры окатышей, и по мере накопления статистических данных позволит оценить взаимосвязь пористости с металлургическими свойствами: восстановимостью, прочностью, прочностью при восстановлении. Теоретический анализ и сопоставление характеристик проб показали, что с позиции особенности макроструктуры и величины удельной поверхности пор окатышей, разница между пробами обожженных окатышей DR и BF отсутствует. В этом случае поведение окатышей при температурно-восстановительной обработке в доменной печи или модуле металлизации будет определяться исключительно изменениями параметров микроструктуры — восстановлением оксидов железа с перестройкой кристаллической решетки, возникновением и релаксацией внутренних напряжений и др.

Аннотация: В результате анализа работоспособности автоклава для приготовления жидкого стекла, необходимого для футеровки чугунных ковшей доменного цеха, установлено, что в процессе длительной эксплуатации происходят отказы отдельных устройств, которые приводят к непланируемым простоям оборудования для варки жидкого стекла, и, как следствие, нарушению графика выполнения футеровок ковшей и задержке поставок чугуна для нужд электросталеплавильного цеха. Установлено, что при эксплуатации привода бункерного затвора автоклава, в котором для его открытия и закрытия используется электрический однооборотный механизм, наблюдается его частый выход из строя, что приводит к повышению расходов на техническое обслуживание и ремонт, а также к снижению производительности технологического процесса. Предложена замена электромеханического исполнительного механизма устаревшей конструкции на пневматический привод, который будет иметь более высокие показатели работоспособности и обеспечит эффективную работу агрегата при выполнении производственных процессов. Согласно расчетам, реализация проектных решений приведет к снижению себестоимости продукции на 0,01 %, увеличению рентабельности производства на 0,09 % и повышению прибыли от реализации на 0,07 %. Дополнительные капитальные затраты не превышают 400 тыс. руб., срок окупаемости составляет 4 мес.

Аннотация: Представлены результаты конечно-элементного моделирования процесса профилирования бесшовных тонкостенных труб шестигранного сечения повышенной точности из коррозионностойких сталей путем деформации на оправке. Приведена краткая история развития шестигранной трубной продукции, актуальные требования к геометрии шестигранных труб, обозначены существующие способы и применяемое оборудование для производства таких труб, а также особенности их применения в современной атомной промышленности. Приведены условия постановки задачи моделирования, рассмотрены особенности напряженно-деформированного состояния металла при реализации процесса профилирования на оправке двумя способами: волочением и проталкиванием. На основе результатов исследования напряженно-деформированного состояния при профилировании спрогнозированы силовые параметры процесса и точность размеров готовых труб. Показана перспективность применения разработанных технических решений процесса профилирования бесшовных крупногабаритных шестигранных труб.

Аннотация: При производстве листового проката измельчение зерна является одним из немногих механизмов упрочнения, позволяющих одновременно повысить прочность и вязкость стали. Низкоуглеродистые стали, упрочненные измельчением ферритного зерна, имеют большой потенциал для замены многих микро- и низколегированных высокопрочных сталей. Современные промышленные технологии прокатки, такие как термомеханическая, контролируемая и нормализующая, а также различные виды термических обработок позволяют получать листовой прокат с мелкозернистой структурой исключительно в диапазоне от 10 до 5 мкм. Промышленное производство листового проката из сталей с размером зерна в диапазоне от 4 до 1 мкм (13–17 балл по ГОСТ 5639–82) остается нерешенной задачей. В связи с этим выполнено экспериментальное исследование технологической возможности формирования мелкозернистой структуры со средним диаметром ферритного зерна в диапазоне от 4 до 1 мкм при асимметричной горячей прокатке листов из низкоуглеродистых сталей. В работе экспериментально показано, что при асимметричной горячей прокатке с большим (единичным) относительным обжатием 50 % ≤ ε ≤ 60 % и коэффициентом рассогласования скоростей валков 1,5 kv 1,7 по всей толщине листа (≈2,2 мм) может быть сформирована однородная дисперсная ферритно-перлитно-бейнитная микроструктура с ферритным зерном средним диаметром 3 мкм (в центре) и 2 мкм (на поверхности), что соответствует 14–15 баллу по ГОСТ 5639–82. Экспериментально показана принципиальная возможность формирования в листовом прокате микроструктуры со средним диаметром ферритного зерна менее 2 мкм (16 балл).

Аннотация: Рассмотрено влияние смазки-пластификатора стеарата железа и различных технологических факторов на процесс спекания порошковой легированной стали СП40ХСМФ. Рассмотрены такие факторы технологического процесса производства порошковой стали, как давление формования, температура и продолжительность спекания. Давление формования варьировали от 200 до 800 МПа. Спекание проводили в два этапа: на первом при температуре 1000 оC и длительности выдержки 60 мин; на втором этапе температуру варьировали от 900 до 1200 оC при продолжительности выдержки от 30 до 180 мин. Стеарат железа вводили в порошковую шихту в количестве 0,5; 1; 2 и 3 % (мас.). Согласно результатам исследования влияния давления формования на плотность спеченных образцов, наибольшие значения плотности достигнуты при давлении формования 700–800 МПа. Изучение влияния длительности изотермической выдержки на процесс спекания показало, что максимальное значение плотности 7,19 г/см3 формируется при спекании на втором этапе в течение 180 мин. При исследовании зависимости плотности от температуры спекания наибольшие значения плотности на втором этапе спекания отмечены при температуре 1200 оC. Введение в шихту порошковой стали СП40ХСМФ стеарата железа положительно сказывается на увеличении плотности исследуемых образцов, наибольшие значения плотности были достигнуты при введении в шихту 3 % (мас.) стеарата железа.

Аннотация: Актуальность исследования процесса асимметричной прокатки обоснована необходимостью снижения издержек на производство холоднокатаного проката. Одним из путей решения такой задачи может быть совместное применение рабочих валков с бочками, имеющими разное число перешлифовок и, соответственно, различные диаметры. При этом необходимо определить требуемые мощности для привода верхнего и нижнего рабочих валков и усилий прокатки, действующих на эти валки, при ведении процесса. Существенной проблемой является возникновение пробуксовок валков по полосе в клетях непрерывных станов холодной прокатки, которая при асимметричной прокатке практически не изучена. В связи с этим в работе решали следующие задачи: – исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на структурные и энергосиловые характеристики очага деформации; – оценка воздействия фактора асимметрии на износ бочки опорного валка; – определение влияния асимметрии на колебание натяжений при прокатке; – разработка критерия пробуксовки рабочего валка по поверхности полосы; – создание алгоритма проектирования режима асимметричной прокатки, включающего оценку вновь созданного режима прокатки в отношении возможности возникновения нестабильного процесса с пробуксовкой валков по полосе. Исследование процесса выполнено с использованием программы DeForm, математической модели энергосиловых и структурных параметров очага деформации. Установлено, что при существующих условиях непрерывной прокатки фактор асимметрии незначительно воздействует на структурные и энергосиловые характеристики процесса.

Аннотация: При добыче и переработке полезных ископаемых образуется большой объем мелкозернистых материалов, которые трудно, а иногда и невозможно, использовать для дальнейшей переработки. Потому их часто окусковывают. Рассмотрены разработанные и изготовленные лабораторные экструдеры различных конструкций. Показано влияние различных параметров этих прессов на результаты их работы. Приведены данные по влиянию параметров работы прессов и составов брикетируемой шихты на основные физико-механические свойства полученных экструдатов. Исследовано влияние углов конусности фильер (15, 30, 45, 60 град.) на прочностные характеристики брикетов. Изучено влияние вида и содержания связующего вещества на прочностные характеристики брикетов и на их водопоглощение. Установлено, что с увеличением угла конусности фильер прочность брикетов снижается, однако при использовании фильеры с углом конусности 15 град. происходит закупорка аппарата. Уменьшение угла конусности фильеры увеличивает сопротивление движению шихты сквозь нее, приводит к большему сжатию материала. Прочность и водопоглощение брикетов растут с увеличением содержания связующего вещества. Полученные результаты являются основой для корректировки конструкции и последующего изготовления опытно-промышленного образца шнекового экструдера.

Аннотация: Показано, что наноразмерные порошки позволяют получать материалы с принципиально новыми свойствами, однако работа с ними сопровождается образованием пылегазовых потоков, которые, попадая в окружающую среду неочищенными, наносят большой вред организму человека. Проведен анализ известных из литературы способов очистки газов от наночастиц в диапазоне 1–100 нм. Отмечено, что для их улавливания пригодны те же способы, что и для выведения из потока макрочастиц, осуществляемые в инерционных, центробежных и тканевых фильтрах, а также в мокрых пылеуловителях. Однако ввиду малого размера частиц перед попаданием в газоочистной аппарат они должны пройти процедуру укрупнения — коагуляции, либо следует увеличить силу воздействия на них. Коагуляция наночастиц осуществляется путем воздействия на пылегазовый поток акустическими или магнитными полями, либо путем подачи в агрегат пара. Увеличение силы воздействия на частицы в центробежных пылеуловителях достигается повышением угловой скорости вращения газового потока в агрегате, а в мокрых пылеуловителях — барботерах путем интенсивного перемешивания газа и очищающей жидкости. Электрофильтры, используемые для очистки газов от микропыли, для наночастиц не применимы. Конструкция электроловушек для улавливания наночастиц значительно сложнее и рассчитана на очистку небольших объемов газа. Лучшим сухим способом очистки газа от наночастиц является их фильтрация через фильтры, выполненные из супертонких волокон в виде нанотрубок. Наиболее простым и достаточно эффективным способом улавливания наночастиц следует признать гидрофильтры — барботеры, оснащенные диспергатором очищаемого газа, которые могут устанавливаться в качестве второй ступени очистки после уловителей микропыли.

Аннотация: Приведены виды дефектов и характер их распространения в теле муфты обсадных труб, используемых при бурении нефтяных скважин. С помощью фрактограммы излома образцов установлено, что трещина на муфте продольная, имеет хрупкую природу, металлургического характера — дефект «закат» глубиной ~3 мм. От края продольной трещины обнаружено несколько «закатов», расположенных под острым углом к наружной поверхности муфты. Внутри металлургического дефекта «закат», отходящего от продольной трещины в области очага разрушения, видны слои высокотемпературных оксидов, а вдоль них обезуглероженный участок металла. Установлено, что развитие продольной трещины в стяжке муфты происходило по транскристаллитному механизму, и при этом образуются фасетки скола размером до 300 мкм. Представлены рекомендации для устранения таких дефектов при производстве муфт обсадных труб. Для получения низкого содержания оксидных включений и серы раскисление стали следует проводить в присутствии восстановительного шлака. Требуется качественная ковшовая внепечная обработка жидкой стали с ее интенсивным перемешиванием либо инертным газом, либо электромагнитным способом. Установлено, что формирование высококачественной стали во многом зависит от процесса непрерывной разливки заготовок. Большое значение для качества заготовки имеет правильный выбор режимов вторичного охлаждения. Для устранения дефекта «закат» на муфте обсадной трубы рекомендуется качественный селективный подбор исходной шихты, правильный выбор режимов металлургической обработки, в том числе в электродуговой печи, внепечной обработке и при непрерывном литье заготовок.

Аннотация: Приведен статистический анализ наработки между отказами дисковых фрез с металлокерамическими зубьями при разделке проката из стали 45. Показано, что фактическая наработка инструмента между отказами зависит от параметров элементов технологической системы, а разброс значений наработки является характеристикой вариативности значений этих параметров и процесса резания в целом. Для анализа фактической наработки инструмента предложен накопительный подход к сбору и обработке данных, который позволяет оперативно сделать адекватные выводы о характере и параметрах распределений значений этих данных, не дожидаясь окончательного формирования выборок заранее назначенных объемов. Предложенный подход основан на явлении статистической устойчивости, когда значения статистик становятся предсказуемыми по мере и в ходе испытаний, многократно воспроизводимых при неизменных условиях. Статистическая обработка практических данных о фактической наработке фрез между отказами выполнена на основе распределений Гаусса и Вейбулла. Показано, что значения различных характеристик распределений приобретают устойчивость с разной интенсивностью. На примере показано, что модели, построенные на основе распределения Вейбулла, позволяют адекватно описывать вариативность наработки между отказами металлорежущего инструмента при почти в 2 раза меньшем объеме данных, чем модели, построенные на основе распределения Гаусса, даже если априори известна нормальность характера распределения генеральной совокупности анализируемых данных. Указано, что при таком подходе максимально быстрое получение адекватной информации о фактической наработке инструмента позволяет оперативно принимать организационно-технологические меры по предотвращению и/или снижению возможных ошибок и потерь.