В статье приводится краткое описание металлургического производства ПАО «Северсталь», демонстрируется практи­ческий опыт уменьшения расхода сухого скипового кокса за период 2014 – 2024 гг. с 415 до 350 кг/т чугуна, т. е. на 15,7 абс. %. Авторы сформулировали направления исследований и задач по корректировке технологии для обеспечения сокращения удельного расхода твердого углеродного топлива за счет замены кокса и его твердых углеродных заменителей на вдуваемый природный газ, улучшения металлурги­ческих свойств железорудной шихты, оптимального уровня использования вторичных ресурсов в шихте. В статье представлены результаты лабораторных исследований процессов формирования жидких фаз при проплавке рядовых (4,9 – 7,2 % SiO₂) и низкокремнистых (2,8 – 3,0 % SiO₂) окатышей. Уровень температуры в зоне размягчения, полная потеря газопроницаемости слоя железной руды и капельный поток первичных шлаковых расплавов в окатышах с низким содержанием кремнезема увеличиваются на 45 – 50 °С по сравнению с рядовыми окатышами. На основании исследований проб кокса, отобранных в действующих доменных печах на глубине 10 – 12 м от уровня засыпи шихты и в фурменных очагах, был сделан вывод о возможности применения твердого топлива с увеличенной реакционной способностью в условиях выплавки чугуна с низкой щелочной нагрузкой (уменьшенной с 3,2 до 2,8 кг/т чугуна). По результатам лабораторных исследований было установлено влияние различных составов восстановительных газов с переменным содержанием водорода на процесс восстановления агломерата и окатышей. Показатель восстановимости R_f возрастает на 2,5 – 3,0 % при увеличении содержания водорода на каждые 5,0 % в составе газовой смеси. Определен показатель расхода углерода при выплавке чугуна в доменных печах, представлены результаты снижения данного показателя на 12,4 кг/т чугуна (3,0 отн. %) за период 2014 – 2023 гг. Статья описывает направления развития первого передела ПАО «Северсталь», включающие поэтапный отказ от агломерационного передела с увеличением доли окатышей в доменной шихте до 90 %, сокращением расхода кокса в доменной плавке до уровня 270 кг/т чугуна и увеличением расхода природного газа до 300 м³/т чугуна.

Пыль электродугового сталеплавильного производства (ЭДП) представляет собой сложный многокомпонентный отход металлургической промышленности, содержащий такие ценные элементы, как железо и цинк. Однако, помимо железа и цинка, пыль ЭДП бывает загрязнена различными примесями, в частности хлором, что затрудняет её последующую переработку. В работе исследовалась возможность удаления хлора из пыли ЭДП методом статической промывки водой. Определены основные параметры: время выдержки, температурный режим, соотношение твердого к жидкому, а также оценена возможность повторного использования отработанной воды. В ходе исследований определены оптимальные параметры процесса промывки пыли водой: время выдержки 1 ч, соотношение твёрдого к жидкому 1:5 – 1:10 и температура в интервале 20 – 40 °C. Показано, что основными хлорсодержащими фазами в пыли являются NaCl и KCl, это подтверждается переходом ионов Na⁺, K⁺ и Cl^– в раствор. Максимальный переход хлора достигает 98 %, при этом его содержание в пыли снижается с 2 % до менее 0,2 %. Существенные потери цинка и других ценных элементов не зафиксированы. Установлено, что в исследуемой пыли основной хлорсодержащей фазой является NaCl ввиду того, что наличие натрия в сухих остатках не выявлено. Сложнорастворимые соединения PbOHCl и Pb₂CO₃Cl₂ отсутствуют. В меньшей степени хлор находится в виде KCl, что подтверждается наличием калия в сухом остатке. Также следует отметить активный переход кальция, что может свидетельствовать о наличии гидроксида кальция Ca(OH)₂ в пыли. Дополнительно установлена возможность использования отработанной воды для повторной промывки, что делает метод экологически и экономически целесообразным. Полученные результаты подтверждают эффективность и практическую применимость метода предварительной очистки пыли ЭДП от хлора посредством водной промывки перед последующей переработкой.

Низколегированные низкоуглеродистые стали широко востребованы при изготовлении объектов различного назначения благодаря превосходному сочетанию их служебных и технологических свойств. Стремление производителей к наиболее экономному использованию материальных ресурсов обуславливает актуальность поиска оптимальных химических составов и соответствующих технологических режимов. В статье представлены результаты исследования произведенного в лабораторных условиях горячекатаного проката низкоуглеродистых сталей, микролегированных Nb, Ti, V и Mo в различных сочетаниях и концентрациях. Для исследования структурного состояния использовали методы оптической и электронной микроскопии. Проведен анализ влияния режима завершающего этапа термодеформационной обработки в зависимости от системы микролегирования на структурное состояние, в том числе образование наноразмерных фазовых выделений разных типов, реализацию механизмов упрочнения и, соответственно, механические свойства проката. Различное сочетание значений температуры конца горячей прокатки, скорости охлаждения до температуры смотки и температуры смотки с системой микролегирования приводит к реализации разных механизмов упрочнения. При высоких скоростях охлаждения в сталях с молибденом формируется микроструктура бейнитного феррита, однако межфазные выделения не успевают образоваться. Для сталей, микролегированных ванадием, эти скорости не препятствуют выделению карбидов по межфазному механизму, поскольку из-за малого размера атом ванадия обладает большей диффузионной подвижностью по сравнению с ниобием. Количество межфазных выделений в сталях, микролегированных Nb – Ti, намного меньше, чем в сталях с молибденом. Выделений, образовавшихся в аустените, также больше в случае комплексного Nb – Ti – V – Mo микролегирования. Повышенные температуры конца прокатки и смотки способствуют реализации механизма дисперсионного твердения благодаря межфазным выделениям. При слишком низких значениях этих температур диффузионная подвижность атомов при охлаждении смотанного рулона низкая, что ограничивает выделение наноразмерных выделений в количестве, достаточном для эффективного дисперсионного твердения.

В ИМЕТ РАН разработан автоклавный известково-щелочной способ обескремнивания титановых концентратов Пижемского и Ярегского месторождений (Средний и Южный Тиман, Республика Коми). Рудами этих месторождений являются кварц-лейкоксеновые и кварц-ильменит-лейкоксеновые песчаники. Формирование титановой составляющей данных месторождений связано с лейкоксенизацией ильменита. Геологический процесс включал удаление железа из материнских титановых минералов и заполнение образующихся пустот кварцем путем его кристаллизации из гидротермальных растворов. Это привело к ультрадисперсному размеру включений (1 – 20 мкм) SiO₂ и его структуре, характеризующейся более слабыми (ненасыщенными) связями Si – O (Si). В результате достигается высокая степень обескремнивания лейкоксенового и ильменитового концентратов при температуре 220 °C в автоклавных условиях за счет почти полного удаления кварца из зерен титана. Одновременно протекает гидротермальный синтез гидратов метасиликата кальция (тоберморита, ксонотлита), морфологические свойства которых зависят от условий автоклавного выщелачивания. В автоклаве в течение сравнительно короткой продолжительности процесса при соотношении СаО/SiO₂ = 0,7 – 1,0 происходит формирование кальциевого силиката с игольчатым габитусом, который образует преимущественно радиально-лучистые агломераты. При последующем прокаливании происходит полная их дегидратация с кристаллизацией β-волластонита (CaSiO₃), приобретающего все большее практическое применение в различных областях, в том числе и наукоемких.

Данная работа продолжает серию из двух статей, посвящённых изучению хладостойкости новой литейной Cr – Mn – Ni – Mo – N стали, в том числе – в сопоставлении с хладостойкостью традиционной Cr – Ni литой стали 12Х18Н10Т–ЦЛ (ЦЛ – центробежнолитой), опубликованных ранее в данном журнале. Механические свойства литейных сталей 05Х21АГ15Н8МФЛ и 12Х18Н10Т–ЦЛ были изучены при испытаниях на растяжение при пониженных температурах. В частности, были рассмотрены микроструктуры, инженерные кривые растяжения при различных температурах, проведены измерения микротвердости и фрактографические исследования. Авторы сравнили полученные результаты с расчетными и экспериментальными оценками стабильности аустенита изученных сталей при охлаждении и деформации, с результатами испытаний на ударный изгиб. Используя различные методы, которые дополняют друг друга, было выявлено, что при одновременном воздействии статического и ударного нагружения новая аустенитная литейная сталь, легированная азотом, сохраняет стабильность аустенита, а в стали 12Х18Н10Т–ЦЛ происходит образование мартенсита деформации как при растяжении, так и при ударном изгибе. Оценено влияние образования мартенсита деформации в этой стали на зависимости механических свойств от температуры. Результаты исследований были рассмотрены с учётом имеющихся литературных данных, в том числе о механизмах образования мартенсита деформации в метастабильных аустенитных сталях, о влиянии на количество мартенсита деформации и вид мартенсита в зависимости от снижения температуры испытаний, скорости деформации при растяжении и ударном изгибе, а также о взаимосвязи появления мартенсита деформации и его вида с уровнем энергии дефекта упаковки, влиянием мартенсита деформации на механические свойства при статических и динамических испытаниях.

В работе представлен детальный анализ влияния методов высокоскоростного охлаждения и применения быстроохлажденных шихтовых материалов (ферросплавов, модификаторов, легирующих добавок) на микроструктуру и эксплуатационные свойства сплавов черной металлургии, с особым акцентом на чугун с шаровидным графитом. Результаты экспериментов показывают, что точное регулирование скорости охлаждения в диапазоне 10⁵ – 10⁶ К/с позволяет целенаправленно формировать мелкозернистые и гомогенные структуры с повышенными прочностными характеристиками, ударной вязкостью и износостойкостью. Установлено, что применение быстро­охлажденных лигатур, таких как Cu – Mg, не только увеличивает усвоение магния до 50 – 60 %, но и существенно улучшает кинетику модифицирования: продолжительность пироэффекта сокращается в 1,5 – 2,0 раза, а образование шаровидного графита становится более стабильным и воспроизводимым. Наибольшая эффективность достигается при скоростях охлаждения 800 – 1650 °С/мин, что способствует диспергированию фаз, снижению ликвации и повышению предела прочности на 15 – 20 % по сравнению с традиционными методами. Особое внимание уделено исследованию ферроалюминиевых модификаторов (25 – 33 % Al), для которых подтверждена возможность управления размером и распределением структурных составляющих исключительно за счет варьирования скорости охлаждения, без необходимости последующей термической обработки. Это открывает перспективы для энергосберегающих технологий. Исследование показывает, что быстроохлажденные материалы обеспечивают не только улучшение механических свойств, но и технологические преимущества: снижение расхода легирующих элементов, повышение воспроизводимости полученных показателей и экологичность процессов за счет уменьшения выбросов. Полученные результаты обладают значительным практическим потенциалом для разработки новых поколений сплавов с заданными свойствами, сочетающих высокую производительность, ресурсоэффективность и соответствие экологическим стандартам. Таким образом, применение методов высокоскоростного охлаждения и быстроохлажденных шихтовых материалов представляет собой перспективное направление в современной металлургии, позволяющее оптимизировать как структурные, так и технологические параметры производства.

Метод крутильных колебаний является наиболее распространенным методом изучения вязкости металлических расплавов при высоких температурах. Между тем, данные различных авторов, полученные этим методом, могут отличаться на несколько десятков процентов. Причины такого расхождения заключаются в особенностях метода, которые влияют на результаты измерений условий эксперимента. В настоящей работе рассмотрено влияние граничных условий на верхней границе расплава и способов предварительной подготовки образца на результаты измерений вязкости. Показано, что при определенных условиях эксперимента на политермах могут возникать аномалии, имеющие методическую природу. Рассмотренные особенности эксперимента являются следствием пленочных эффектов, явлений смачивания и необратимых процессов в системе расплав – тигель. Предложены методические приемы, позволяющие выявить и исключить их влияние на результаты вискозиметрии. Пленочные эффекты обусловлены изменением состояния поверхности расплава в результате образования вязкой пленки. Для их исключения измерения вязкости следует проводить с применением различных граничных условий на верхней границе расплава. Влияние явлений смачивания вызвано образованием мениска верхней границы расплава. При измерении вязкости в тиглях с крышкой на расплаве исключение влияния смачивания возможно подбором режимов предварительного переплава, либо подбором массы крышки. Необратимые процессы в системе расплав – тигель связаны с постепенным разрушением тигля при охлаждении образца ниже температуры кристаллизации из-за высокой адгезии сплава к стенкам тигля и различий коэффициентов теплового расширения. Для их исключения предложен режим переплава образца с перегревом расплава до максимальной температуры, предполагаемой в последующем цикле измерений, и охлаждением до температуры на 100 °С ниже температуры затвердевания.

Авторы рассматривают влияние различных технологических параметров обработки (скорости вращения шлифовального круга, скорости вращения детали и скорости продольной подачи) на шероховатость поверхности, восстановленной индукционным напеканием с последующим накатыванием гильзы судового двигателя. Эти параметры играют ключевую роль в обеспечении точности обработки и в достижении минимальной шероховатости, что, в свою очередь, сказывается на долговечности и эффективности работы двигателя. Анализируются преимущества импрегнированных абразивных кругов, снижающих износ инструмента и улучшающих точность обработки. Описанные технологии восстановления деталей, такие как индукционное напекание и накатывание, повышают износостойкость и усталостную прочность. Подчеркивается значение точного соблюдения режимов обработки для предотвращения дефектов. Представленные методы повышают качество деталей, их эксплуатационные характеристики и срок службы. При внутренней абразивной обработке восстановленных гильз двигателей применение смазочно-охлаждающей жидкости приводит к усилению адгезионного взаимодействия никеля и хрома с абразивными зернами, что снижает эффективность процесса обработки. Импрегнированные круги уменьшают прилипание стружки, повышают самоочищение, продлевают срок службы инструмента и снижают температуру в зоне резания. Проведены эксперименты по обработке внутренних поверхностей восстановленных гильз двигателей тремя методами. Предложенный усовершенствованный способ импрегнирования абразивных кругов обеспечивает равномерное распределение пропиточного раствора. Экспериментально подтверждены снижение шероховатости обработанной поверхности и уменьшение засаливания инструмента. Установлено, что повышение скорости вращения детали и продольной подачи увеличивает шероховатость, но предложенный метод позволяет ее минимизировать. Исследуется влияние скорости вращения детали и абразивного круга на шероховатость поверхности при обработке. Увеличение скорости детали повышает длину контакта зерен, но ухудшает качество поверхности. Повышение скорости круга, напротив, снижает шероховатость. Экспериментально подтверждено, что импрегнированные круги уменьшают шероховатость при внутренней обработке восстановленных гильз в 1,5 – 1,8 раза.

В работе представлен комплексный подход к разработке и внедрению информационно-моделирующих систем (ИМС), предназначенных для управления технологией доменной плавки. Основное внимание уделено созданию математических моделей теплового, газодинамического и шлакового режимов, которые позволяют более точно прогнозировать поведение доменной печи в условиях изменяю­щихся свойств сырья и параметров комбинированного дутья. Представленные результаты демонстрируют, что применение модульной архитектуры построения информационных систем и современных вычислительных технологий позволяет расширить набор технологических параметров для оценки хода доменной плавки, повысить эффективность мониторинга производственных процессов и снизить издержки на разработку и сопровождение программного обеспечения информационных систем за счет их автоматизации. Использование модульной архитектуры и микросервисных технологий обеспечивает гибкость, масштабируемость и возможность адаптации программных решений под конкретные производственные задачи. В статье приведены результаты разработки программного обеспечения подсистем расчета показателей теплового и газодинамического режимов, а также прогнозирования содержания кремния в чугуне и свойств конечного шлака. Практическая реализация выполнена с использованием современных технологий .NET, PostgreSQL, Docker и DevOps-инструментов. Сравнительный анализ работы подсистем подтвердил их эффективность при интеграции с АСУ ТП и производст­венными базами данных. Проведены тестовые испытания на реальных промышленных данных. Полученные результаты свидетельствуют о высокой практической значимости внедрения ИМС для обеспечения стабильности и эффективности доменной плавки в условиях цифровой трансформации металлургического производства.

Предложена математическая модель усадочного процесса в непрерывнолитом слябе при его охлаждении и затвердевании. В основе модели лежат решение уравнения нестационарной теплопроводности и положения теории о квазиравновесной двухфазной зоне. В отличие от ранее предложенных моделей процесса охлаждения и затвердевания сляба, предлагаемая модель учитывает зависимость теплофизических свойств стали от температуры, а также такие особенности, как химический состав разливаемой стали, геометрическую форму поперечного сечения сляба и технологические параметры скорости разливки и интенсивности охлаждения сляба в зоне вторичного охлаждения. Модель реализует решение уравнения теплопроводности с помощью метода конечных разностей, аппроксимация частных производных выполнена по явной схеме. В ходе моделирования производится вычисление температурного поля в расчетной области, представляющей собой четверть поперечного сечения сляба. При этом учитываются граничные условия в кристаллизаторе и секциях охлаждения зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок. Также модель реализует расчет суммарной усадки в слябе с момента начала кристаллизации. С помощью модели возможно вычисление глубины усадочной раковины, образующейся в слябе после разливки. Адекватность модели подтверждена верификацией, выполненной путем сравнения данных моделирования с экспериментальными данными по глубине усадочной раковины. Выявлена зависимость точности моделирования от количества узлов расчетной сетки. Представленная модель позволяет рассчитывать глубину усадочной раковины и разрабатывать рекомендации по настройке конусности кристаллизатора и параметров роликовой проводки машины непрерывного литья заготовок в зависимости от величины усадки металла при охлаждении и затвердевании непрерывнолитых слябов.

В данной работе авторы предлагают использовать теорию обобщённой проводимости (ТОП) для математического моделирования электропроводности металлических расплавов с эвтектическим и монотектическим характером взаимодействия компонентов. Рассмотрены и проанализированы основные подходы ТОП: метод перехода к элементарной ячейке и метод эффективной среды, позволяющие описывать свойства гетерогенных жидких металлических систем. В статье представлена математическая постановка задачи расчёта эффективного коэффициента электропроводности по известным значениям указанных параметров исходных компонентов и их концентрациям. Авторы приводят пример расчета удельного электрического сопротивления расплава Pb – Bi с эвтектическим характером взаимодействия компонентов. Расчет проводился методом перехода к элементарной ячейке Рэлея: модели структуры с взаимопроникающими компонентами, модели структуры с изолированными включениями и методом эффективной среды. Результаты расчётов по данным моделям были сопоставлены с экспериментальными данными об удельном электросопротивлении жидких сплавов Pb – Bi в широком диапазоне температур и концентраций. Все три подхода к оценке удельного электросопротивления расплавов Pb – Bi показали результаты, близкие к данным эксперимента. Наиболее близкие значения были продемонстрированы моделью структуры с взаимопроникающими компонентами, для которой среднеквадратичное отклонение расчётных значений от экспериментальных составило менее 4 %. Авторы обосновали, что применение ТОП для расчёта эффективной электропроводности расплавов целесообразно на начальных этапах разработки новых металлических материалов с заданными свойствами, особенно в случаях, когда проведение прямых экспериментов затруднено. Такой подход позволяет существенно снизить временные и финансовые затраты на синтез образцов и экспериментальное исследование их физико-химических характеристик.

Интенсивное развитие строительного комплекса для расширения жилищного и промышленного фондов требует увеличения производства арматурных профилей мелкого сортамента с весом погонного метра 6 – 8 кг. Такие профили производятся на мелкосортных и мелкосортно-проволочных станах. Увеличение производства мелкосортных строительных профилей возможно реализовать по двум направлениям: строительство новых высокопроизводительных прокатных станов; интенсификация работы действующих станов благодаря выявлению скрытых резервов (узких мест) и с учетом этого модернизация оборудования и технологии. Второе направление менее затратно в материальном плане и времени на реализацию требуется существенно меньше. Однако для правильного принятия решения по совершенствованию действующего производства требуется обоснованный анализ сдерживающих факторов. Для решения данного вопроса авторы предлагают методику, основанную на принципах тактового подхода, и необходимые расчетные формулы, с помощью которых на примере мелкосортного цеха показывают последовательность поиска и анализа «узких мест». В работе проведен анализ организации производственных процессов на участках мелкосортного стана и подробно рассмотрены две альтернативные схемы организации материальных потоков на участке пакетировки. Приведенный в табличных формах фактический материал характеризует работу участков мелкосортного цеха по тактам и производительность по профилям для разных схем материальных потоков. Основным сдерживающим фактором на исследуемом мелкосортном цехе является участок пакетировки. Авторы предлагают организационно-технические мероприятия по совершенствованию организации материальных потоков и автоматизации пакетировочных линий, оценивают эффективность проектных решений и срок окупаемости инвестиций.