Аннотация: Настоящая статья посвящена комплексному исследованию, технико-экономическому обоснованию и практическим результатам внедрения инновационной системы раздельного выпуска шлака и металла на печи высокоуглеродистого феррохрома (ВУФХ). Работа направлена на решение ключевой проблемы ферросплавной промышленности – значительных потерь ценного металла со шлаком из-за их совместного выпуска через единую летку, что снижает общее извлечение хрома и увеличивает эксплуатационные расходы. В качестве методологической основы использован последовательный подход, объединяющий современные инструменты компьютерного моделирования с промышленной апробацией. На первом этапе анализ термического равновесия (TEA) позволил определить материально-энергетические балансы процесса. Затем метод вычислительной гидродинамики (CFD) был применен для оптимизации гидродинамики потоков и параметров системы двухуровневого выпуска «сначала шлак». Моделирование выявило оптимальную конфигурацию с расположением шлаковой летки на 500 мм выше металлической со смещением на 120°, прогнозирующую снижение потерь металла более чем в два раза. Технико-экономическое обоснование подтвердило высокую инвестиционную привлекательность проекта с прогнозным внутренним коэффициентом доходности (IRR) около 97 %. Промышленная реализация системы была осуществлена на печи Актюбинского завода ферросплавов в 2024–2025 гг. За восьмимесячный период эксплуатации, включавший этап адаптации и корректировку высоты лотка, была достигнута устойчивая работа. Сравнительный анализ с печью, работающей по традиционной технологии, показал значительное улучшение ключевых показателей: извлечение хрома из руды увеличилось на 2,89 % (с 70,92 до 73,81 %), а переход хрома в металло-шлаковый продукт снизился на 1,7 %. Полученные экспериментальные данные полностью подтвердили результаты предварительного моделирования. Исследование доказывает высокую техническую и экономическую эффективность систем ыраздельного выпуска для печей феррохрома. Предложенная методология, объединяющая CFD-моделирование, ТЭО и поэтапное внедрение, является универсальным инструментом для модернизации действующих металлургических агрегатов. Результаты работы создают основание для тиражирования данной технологии на другие предприятия отрасли с целью повышения ресурсоэффективности и конкурентоспособности производства.

Аннотация: Печь жидкофазного восстановления железа с позиции теплофизики обладает большими потенциальными возможностями как многофункциональный металлургический агрегат. Это связано с тем, что технологический процесс протекает в расплаве, обладающем высокой плотностью и позволяющем регулировать его химический состав. С другой стороны, высокая плотность обеспечивает при заданной температуре высокое объемное содержание теплоты, что предопределяет интенсивный теплообмен и небольшие габариты агрегата при определенной производительности. Основным недостатком печей жидкофазного восстановления считают высокие удельные затраты кислорода и топлива на тонну производимого первичного металла. В связи с этим выполнено исследование возможности сокращения удельного расхода топлива. В качестве изучаемого объекта рассмотрена опытно-промышленная установка «Ромелт». Установлено, что для выбранного агрегата ограничительным фактором, препятствующим увеличению удельной производительности печи и сокращению удельных расходов на получаемый первичный металл, является используемый способ генерации теплоты, связанный с дожиганием отходящих газов в надслоевом пространстве. В связи с этим предложен способ, исключающий данный процесс. Указанный способ реализован ранее в цветной металлургии и заключается в сжигании топлива в выносных камерах сгорания, установленных на боковых фурмах печи жидкофазного восстановления. При этом в барботажный слой вдувается не кислородно-воздушная смесь, а высокотемпературные продукты сгорания топлива. Реализация технологии на изучаемой печи позволит полностью отказаться от применения кислорода в процессе и сократить удельный расход условного топлива на тонну чугуна от 593 до 312 кг. При этом температура уходящих из печи газов сократится от 1680 до 1400 оС, что также поспособствует снижению удельного расхода топлива в процессе.

Аннотация: Современные тенденции, направленные на снижение спроса на сталь и, как следствие, приводящие к уменьшению выпуска, ведут к потере дохода предприятиями и увеличению долговых обязательств. Все это указывает на необходимость снижения себестоимости производства стали, например, путем уменьшения издержек и модернизации технологии. Так, основным направлением является создание новых технологий, одной из которых может быть жидкофазное восстановление железа из рудного сырья углерод-водородной смесью, полученной при пиролизе природного газа, в условиях донной продувки расплава. Представлены результаты расчета степени восстановления и металлизации железа из опытных образцов. Разработана схема лабораторной установки для непрерывного жидкофазного восстановления железа углерод-водородной смесью на базе данных, полученных на установке периодического действия. С применением экспериментальных методов в лаборатории НИУ «МЭИ» проведены эксперименты по нагреву и плавлению с последующей продувкой шихты углерод-водородной смесью. По результатам плавки получены образцы, изученные металлографическим методом. После подтверждения теории в ходе экспериментальных исследований следующим этапом является создание лабораторного стенда для непрерывного жидкофазного восстановления железа углерод-водородной смесью. Представлены схема подачи материалов разрабатываемой установки, а также описание приборов и схемы их подключения.

Аннотация: В работе рассмотрена система лабораторного контроля, предназначенная для выявления и анализа причин возникновения дефектов на образцах болтов типоразмеров М16 – М24 марки стали 40Х, поступающих в Центральную заводскую лабораторию (ЦЗЛ) машиностроительного предприятия. Представлен алгоритм последовательности действий проведения металлографических, механических и коррозионных испытаний, с рассмотрением возможности интеграции данных в экспертную систему на основе миварного подхода в программный комплекс (ПК) КЭСМИ РАЗУМАТОР WiMi. Предложенный инструмент характеризуется гибкостью структуры и возможностью расширения за счет добавления новых диагностических признаков, включая морфологию дефектов и их поведение при эксплуатации. ПК формирует основу для создания базы данных лаборатории для представления, обработки и анализа информации по испытаниям различных марок сталей, дефектов и других известных параметров с целью автоматизации принятия логических решений специалистами лаборатории в режиме реального времени. Проведенное исследование направлено на совершенствование системы оценки качества материалов изделий на основе лабораторного контроля. Анализ, проведенный согласно разработанному алгоритму, позволил выявить, что структурные составляющие не оказывают значимого влияния на образование дефекта. Совокупность механических и химических испытаний подтвердила соответствие данного материала нормативным требованиям. Контроль т вердости позволил доказать соответствие характеристик заданным требованиям и установить наличиеградиента по профилю зуба. Дополнительное коррозионное исследование на питтинговую стойкость металла в растворе трихлорида железа выявило образование питтинга в зонах повышенной микротвердости и дефекта.

Аннотация: В статье приведены результаты испытаний по оценке коррозионной стойкости выпуклой лазерной маркировки, получаемой при формировании рельефа за счет управления расплавом в зоне лазерного воздействия в поверхностном слое аустенитной стали 12Х18Н10Т, применяемой для изготовления оборудования СПГ-логистики (резервуары и баллоны, танкеры, авто- и железнодорожные цистерны, трубопроводы и трубопроводная арматура). Актуальность работы обусловлена эксплуатацией изделий в сложных атмосферных условиях, характерных для прибрежных зон и промышленных регионов, где возможны воздействия хлоридных аэрозолей, конденсатов и кислой среды болотистых и торфяных грунтов. Для проведения испытаний использовали образцы с рельефом в центральной части и контрольные образцы без лазерной обработки. Рельеф формировали на автоматизированном комплексе TurboMarker с волоконным лазером (λ = 1064 нм, τ = 100 нс, Pном = 100 Вт) по заданным режимам сканирования. Коррозионные испытания проводили в камере соляного тумана при разных условиях. Состояние поверхности оценивали визуально, гравиметрически и методом оптической металлографии. Дополнительно выполнены электрохимические исследования с сопоставлением характеристик основного металла и зоны лазерной обработки по потенциалу коррозии, потенциалу питтингообразования и базису питтингостойкости. После испытаний на образцах не выявлено продуктов коррозии и питтинга, а также значимой потери массы. Читаемость рельефа сохранилась, что важно для прослеживаемости изделий при обслуживании и ремонте на практике. Электрохимические данные показали отсутствие признаков интенсивного разрушения пассивного состояния в исследуемых условиях. Полученные результаты подтверждают возможность применения выпуклой лазерной маркировки в качестве долговечной идентификации элементов СПГ-оборудования, устойчивой к внешним агрессивным воздействиям.

Аннотация: Представлены результаты комплексного исследования влияния параметров лазерной маркировки на структуру и морфологию модулей ультраплотного нанобар-кода (НБК), сформированного на пластинах из конструкционных сталей, цветных металлов и сплавов. Методом лазерной маркировки на установке «МиниМаркер-2» нанесены коды на образцы из коррозионно-стойких сталей (08Х13, 12Х17, 03Х17Н14М3), титана, латуни и алюминия. С использованием оптического микроскопа проведен анализ микрорельефа поверхности. Установлены особенности формирования ультраплотных матричных кодов на изучаемых сталях и сплавах с использованием лазерного излучения. Определены оптимальные интервалы параметров (мощность, скорость) для каждого материала, обеспечивающие максимальную контрастность. На основе анализа физико-химических свойств материалов разработана классификация механизмов формирования модулей и даны рекомендации по выбору режимов маркировки.

Аннотация: Рассматривается методика 3D-моделирования стальных заплаток переменной формы снаружи в критических областях стальной трубы в CAD-системе SolidWorks, гарантирующих заданный срок эксплуатации трубопровода, подвергающегося интенсивному эрозионному износу при транспортировке высокоскоростного воздушного потока с примесью порошковых или абразивных частиц. Форма заплатки в каждом ее опорном сечении изменяется параметрически с помощью созданной компьютерной программы в зависимости от результатов численного расчета скорости эрозии в системе ANSYS Fluent, толщины стенки и заданного срока эксплуатации трубопровода. Численные симуляции и геометрическое моделирование выполнены на основе предварительно созданных базовых параметрических 3D-моделей трубопровода и заплаток. В основе рассматриваемой методики лежит современная технология CAD/CAE-проектирования. В рамках работы проведен ряд симуляций эрозионного износа двухколенного стального трубопровода при разных условиях транспортировки гетерогенного воздушного потока с примесью частиц песка и никеля с различными скоростями и температурами. Результирующая 3D-модель заплатки переменной толщины может использоваться как основа для настройки технологического процесса ее послойного формирования на трубе низкотемпературным газодинамическим методом.

Аннотация: Работа посвящена разработке метода оперативного контроля и оценки эффективности антикоррозионной защиты углеродистых сталей, работающих в условиях агрессивных сред. В основу метода положен оптический мониторинг и компьютерный анализ состояния рабочей поверхности опытных образцов в условиях имитации агрессивных сред. Представлены результаты исследования эффективности различных ингибиторов коррозии. Особое внимание уделено актуальной проблеме сероводородной коррозии углеродистых сталей, вызывающей серьезные повреждения трубопроводов и технологического оборудования в нефтегазовой промышленности. Рассмотрена классификация существующих ингибиторов и механизмы их действия. Предложена новая концепция оценки эффективности ингибиторов коррозии, разработан и применен оригинальный метод, сочетающий в себе традиционный количественный гравиметрический анализ и качественную оценку с использованием специального программного обеспечения. Такой комплексный подход позволяет не только с высокой точностью определять степень коррозионного поражения, но и детально отслеживать динамику процесса во времени, а также объективно сравнивать эффективность различных ингибиторов. Экспериментальная часть работы включает тестирование широкого спектра азотсодержащих химических соединений, в том числе известных ингибиторных составов товарных марок Поли-Инкор 365 и NORUST® 9805. Исследования проводились в специально созданной среде, имитирующей газовый конденсат. Оценка эффективности антикоррозионной защиты проводилась методом компьютерного анализа изображений, полученных фотофиксацией поверхности опытного образца. Установлено, что наилучшие свойства антикоррозионной защиты демонстрируют дифениламин, глютаминовая кислота и 1-нафтиламин, которые по отдельным параметрам превосходят коммерческие составы, особенно в таких аспектах, как время предотвращения коррозии и скорость ее распространения. Результаты апробации новой методики дают основание для ее использования в дальнейших поисках ингибиторов нового поколения, которые сочетали бы в себе экологическую безопасность, термостабильность и способность эффективно работать при минимальных концентрациях. Достижение и реализация этих критериев позволит существенно снизить как экономические затраты, так и экологическую нагрузку в нефтегазовой отрасли.

Аннотация: Статья посвящена исследованию процесса продольного гофрирования стальных тонкостенных цилиндрических заготовок методом локальной раздачи, который представляет собой перспективную альтернативу традиционным способам получения сложнопрофильных изделий, таких как накатывание роликами, аддитивные технологии, импульсная обработка. Актуальность исследования обусловлена широким применением гофрированных трубчатых изделий в современном машиностроении и необходимостью разработки высокопроизводительных методов их изготовления. Целью работы является исследование влияния геометрических параметров процесса (толщины стенки заготовки и амплитуды гофр) на повреждаемость материала и вероятность образования поверхностных дефектов при продольном гофрировании тонкостенных стальных цилиндрических заготовок методом локальной раздачи с использованием численного моделирования. Для достижения поставленной цели было выполнено компьютерное моделирование с использованием программного комплекса QForm, реализующего метод конечных элементов. Оценка качества формообразования проводилась по двум критериям: повреждаемость материала определялась по критерию Колмогорова, характеризующему накопленную деформацию и риск разрушения заготовки, а вероятность образования поверхностных дефектов оценивалась по критерию Gartfield. Варьируемыми параметрами являлись: толщина стенки заготовки и амплитуда гофр при постоянном количестве гофр, материал заготовки – сталь 10. Сделаны выводы о влиянии рассматриваемых факторов на распределение и численные значения повреждаемости и вероятности образования дефектов. Результаты исследования свидетельствуют о том, что во всех рассмотренных случаях процесс штамповки протекает без достижения критического уровня накопленной повреждаемости, что подтверждает технологическую реализуемость метода продольного гофрирования раздачей для тонкостенных стальных заготовок.

Аннотация: Изучена проблема формирования неблагоприятного напряженно-деформированного состояния в процессе горячей винтовой двухвалковой прокатки прутков малого диаметра, являющейся основным этапом производства длинномерных изделий. Предложено инновационное решение, заключающееся в применении неприводных дисков, подобных по форме дискам Дишера, но используемых с принципиально иной целью – для создания благоприятных условий деформации и снижения растягивающих напряжений в центральной зоне очага деформации прутка, которые возникают вследствие специфики течения металла. Представлены результаты численного моделирования процесса прокатки в программном комплексе QForm, демонстрирующие эффективность предложенного подхода. Обоснована целесообразность использования подпружиненной конструкции дисков для повышения точности процесса и минимизации риска возникновения поверхностных дефектов, что является актуальной задачей в условиях сложного формоизменения при винтовой прокатке прутков.

Аннотация: Обеспечение долговечности внутренних поверхностей трубных изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах, является приоритетной задачей для машиностроительной и нефтегазовой отраслей. Представлены результаты исследования структуры и свойств диффузионного хромового покрытия, сформированного на внутренней поверхности трубы из стали 20 методом химико-термической обработки из расплавов легкоплавких металлов. Процесс обработки проводили в изотермическом режиме с использованием эвтектического расплава Pb – Bi, содержащего диффундирующий компонент – хром. Методами растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа установлено, что полученное покрытие обладает сплошностью и равномерной толщиной. Концентрация хрома на поверхности достигает 88 % (мас.). Рентгенофазовый анализ и измерения микротвердости (более 1500 HV0.05) подтвердили формирование в поверхностном слое твердых карбидных фаз. Коррозионные испытания в модельных средах (NaCl, KOH, H2SO4) продемонстрировали высокую защитную способность покрытия: скорость коррозии снизилась до 20 раз по сравнению с исходным металлом. Полученные данные подтверждают эффективность выбранного режима насыщения для создания износостойких и коррозионно-стойких защитных слоев на внутренних поверхностях труб.

Аннотация: Исследовано влияние режимов селективного лазерного плавления на шероховатость и плотность изделий из высокохромистой стали 17-4 PH. Увеличение объемной плотности энергии от 50 до 220 Дж/мм3 при печати заготовок привело к снижению Ra от ~15 до ~6 мкм на верхней поверхности и повышению Ra от ~12 до ~22 мкм на боковой поверхности. Показано, что наибольший вклад в формирование неровностей верхней поверхности заготовок вносит мощность лазерного излучения, который примерно в 30 раз превосходит вклад от скорости сканирования. В случае боковой поверхности влияние мощности лазерного излучения на формирование шероховатости менее выражено и всего в ~2,5 раза превышает вклад скорости сканирования. Выделен интервал режимов, обеспечивающий минимальный уровень шероховатости верхней поверхности заготовки – мощность лазерного излучения от 170 до 300 Вт и скорость сканирования от 500 до 1000 мм/с. Для боковой поверхности минимальную шероховатость обеспечивает печать при мощности лазерного излучения от 150 до 300 Вт и скорость сканирования #700 мм/с. Пониженная шероховатость обеих поверхностей достигается в узком диапазоне мощности лазерного излучения от 150 до 300 Вт и скорости сканирования 1000 мм/с. Установлено, что плотность заготовок не зависит только от объемной плотности энергии как комплексной характеристики режима печати, а определяется сочетанием плотности энергии и мощности лазерного излучения/скорости сканирования. Рассмотрены механизмы формирования неровностей на верхней и боковой поверхностях заготовки и взаимосвязь шероховатости с пористостью.