Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Научно-технический и научно-производственный журнал "Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия"

DOIhttps://doi.org/10.17073/0368-0797

Издается с января 1958 года.

Журнал "Известия высших учебных заведений. Черная металлургия" готов принять к рассмотрению статьи на английском языке от российских и иностранных авторов. Так как наш журнал индексируется в международной базе данных SCOPUS, англоязычная статья может быть представлена там в полном варианте. Редакция готова предоставить услуги по переводу русского текста на английский в случае заинтересованности автора.

Учредители - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» и Сибирский государственный индустриальный институт. Издатель - Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Выходит 12 раз в год.

Журнал публикует результаты фундаментальных, прикладных и научных исследований по актуальным вопросам черной металлургии.

Основные разделы журнала: Металлургические технологииРесурсосбережение в черной металлургииЭкология и рациональное природопользованиеИнновации в металлургическом промышленном и лабораторном оборудовании, технологиях и материалахНаука - производствуИнформационные технологии и автоматизация в черной металлургииФизико-химические основы металлургических процессов;МатериаловедениеСтали особого назначенияЭкономическая эффективность металлургического производства.

Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». 

Журнал включен в Scopus (с 2017 г.), Russian Science Citation Index на платформе Web of Science, Research Bible, OCLC и Google Scholar.

Текущий выпуск

Том 64, № 5 (2021)
Скачать выпуск PDF

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 

323-329 45
Аннотация

Отходы корундового производства в виде пористых глиноземистых шламов являются перспективным материалом для обеспечения черной металлургии дешевыми глиноземсодержащими шлакообразующими материалами. Однако непосредственная подача пылеватых материалов в сталеплавильную печь, как правило, приводит к значительному выносу таких материалов с отходящими газами. В данной работе рассмотрена возможность изготовления брикетов из пористых шламов корундового производства способом холодного брикетирования на различных распространенных связующих материалах (меласса, цемент, порошок на основе полиакриламида, эмульсия на основе поливинилацетата). Произведено сравнение особенностей холодного брикетирования порошкообразных пористых материалов (шламы производства электрокорунда) и дисперсных кристаллических материалов (мелочь хромовой руды). Проведены эксперименты по определению ударной прочности брикетов на различном связующем (холодная прочность) и испытания по определению горячей прочности (методом испытания на термошок). Определен расход связующего, требующегося для получения удовлетворительных характеристик брикетов из шламов корундового производства и из мелочи хромовой руды. Разработана методика и определен механизм связывания частиц рыхлых и кристаллических материалов при брикетировании с применением порошка полиакриламида. Показано, что разрушение брикета из рыхлых материалов происходит главным образом по зернам самого пористого материала, а брикеты из кристаллических материалов разрушаются по границам склеенных связующим зерен. Для пористых материалов расход связующего увеличивается более, чем в два раза по сравнению с брикетированием на тех же связующих кристаллических тел мелкой фракции, причем связующее обязательно должно пропитывать весь объем пористого материала.

330-336 38
Аннотация

Холоднотянутый металл по сравнению с горячекатаным обладает рядом неоспоримых преимуществ. Повышенная твердость, высокое качество поверхности, стабильность диаметрального размера по длине заготовки являются основанием для выбора калиброванного металла в качестве эффективных заготовок для изготовления длинномерных деталей типа валов, осей, штанг. Такие заготовки в ряде случаев требуют выполнения небольшого объема механической обработки, например, нарезание резьбы или изготовление шеек на концах прутка. Более широкому использованию калиброванного металла препятствуют остаточные напряжения, которые формируются при его изготовлении. В первой части этой статьи предложено использовать малые пластические деформации для управления остаточными напряжениями. На примере нового процесса поверхностного пластического деформирования, который назвали орбитальным выглаживанием, определены рабочие и остаточные напряжения в цилиндрических заготовках. Во второй части статьи рассматривается процесс охватывающего поверхностного пластического деформирования, который при высокой производительности позволяет снижать остаточные напряжения растяжения в калиброванном металле или формировать в поверхностных слоях заготовки напряжения сжатия. Изложена методика экспериментального определения остаточных напряжений в объеме тела, основанная на послойном удалении внутренних и наружных слоев цилиндрических образцов. Установлено влияние основных параметров процесса охватывающего деформирования на компоненты тензора остаточных напряжений. Выявлен диапазон относительных обжатий (0,1 – 1,0 %), при котором в поверхностных слоях заготовки формируются остаточные напряжения сжатия. Установлено, что при относительном обжатии 0,5 % создаются максимальные по величине остаточные напряжения сжатия. Положительное влияние на остаточное напряженное состояние оказывает охватывающее поверхностное деформирование и на холоднотянутый металл – остаточные напряжения растяжения можно уменьшить, снять или преобразовать в сжимающие.

337-344 46
Аннотация

. Важным аспектом повышения точности прогноза напряженно-деформированного состояния дисков железнодорожных колес при действии эксплуатационных нагрузок является учет остаточных технологических напряжений. Настоящая работа посвящена разработке метода учета остаточных технологических напряжений в дисках колес, который обеспечит универсальность подхода и точность расчетов. Анализ напряжений в диске колеса от действия монтажной (натяга между ступицей и осью) и эксплуатационной нагрузки выполнен на основе результатов конечно-элементного моделирования. Проверка адекватности используемой модели проведена путем сравнения расчетной информации с экспериментальными данными АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта». Анализ расчетных и экспериментальных значений радиальных напряжений выполняли для наиболее нагруженных при эксплуатации (опасных) зон диска ‒ зон его сопряжения с ободом и ступицей. Установлено, что заданием величины натяга больше фактической можно получить образование в колесе дополнительных напряжений, которые с достаточной степенью точности отражают влияние остаточных технологических напряжений на напряженно-деформированное состояние диска. На примере расчета колеса с плоскоконическим диском (ГОСТ 10791 – 2011) показано, что увеличение величины натяга на 60 % (c 0,25 до 0,4 мм на диаметр) позволяет адекватно спрогнозировать значения напряжений в наиболее опасных зонах диска. Максимальные относительные отклонения расчетных показателей радиальных напряжений от экспериментальных и по наружной, и по внутренней сторонам колеса, не превышают 14 %. Несмотря на простоту реализации, предлагаемый метод обеспечивает повышение точности прогноза прочностных характеристик колес, а также возможность его использования для различных типоразмеров колес.

345-352 37
Аннотация

Целью данного исследования являлось изучение причин образования недеформируемых неметаллических включений в рельсовой стали и пути снижения отбраковки готовых рельсов по дефектам ультразвукового контроля. Исследования проводили в условиях электросталеплавильного цеха АО «Уральская Сталь». В центральной заводской лаборатории комбината был проведен химический анализ неметаллических включений в образцах готовых рельсов, отбракованных на установке ультразвукового контроля при производстве рельсов ТОО «Актюбинский рельсобалочный завод» из заготовки производства АО «Уральская Сталь». По своему составу неметаллические включения представлены оксидами алюминия. Определены наиболее вероятные причины получения неметаллических включений: в результате использования ферросплавов, содержащих в своем составе алюминий, или взаимодействия компонентов расплава с огнеупорными материалами и шлакообразующей смеси. Проведен анализ ферросплавов, применяемых при производстве рельсовой стали. Произведено промышленное опробование технологии производства непрерывнолитой заготовки рельсовой стали с заменой ферросилиция марки ФС65, имеющего в своем составе алюминий, на карбид кремния. Отмечено повышение степени усвоения кремния и углерода на опытных плавках. Оценка загрязненности неметаллическими включениями и оценка механических свойств рельсовой стали, полученной по опытной технологии, показали, что служебные характеристики металла рельсовой стали соответствуют требованиям ГОСТ Р 51685-2013. Промышленным экспериментом подтверждено, что технология легирования карбидом кремния рельсовой стали Э76Ф в условиях АО «Уральская Сталь» технически возможна. На опытной партии металла получено увеличение выхода годных 100-метровых рельсов на 17 %, произведенных из непрерывнолитой заготовки АО «Уральская Сталь».

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

353-359 64
Аннотация

Для прогнозирования условий восстановления металлов из оксидного расплава газом в барботажных процессах разработана методика термодинамического моделирования, обеспечивающая приближение к реальным системам. Основное отличие принятой методики от известных заключается в проведении последовательных расчетных циклов с выводом из состава рабочего тела образовавшихся газов и металлической фазы. В представленной работе приведены результаты термодинамического моделирования процессов восстановления никеля и железа из расплавов B2O3 – CaO – Fe2O3 – NiO смесями СО – СО2 и Н2 – Н2О, содержащими 0 – 60 % СО2 (Н2О) в интервале температур 1273 – 1673 К. В ходе расчетов оценивали содержание оксидов никеля и железа в расплаве и степень их восстановления. Показано, что независимо от состава газа этот процесс протекает в несколько этапов. На первом этапе происходит восстановление Fe2O3 до Fe3O4 и FeO. Значения СFe2O3 уменьшаются почти до нуля, одновременно увеличиваются СFe3O4 и СFeO . К концу этапа СFe3O4  достигает максимального значения. На втором этапе происходит переход Fe3O4 → FeO, когда значения СFeO достигают максимума, никель и железо начинают восстанавливаться до металла. При восстановлении смесью СО – СО2 повышение температуры уменьшает металлизацию как никеля, так и железа. Аналогично влияет увеличение содержания СО2 во вводимом газе. В процессе взаимодействия оксидного расплава с газом, содержащим 60 % СО2 , третий этап отсутствует. При восстановлении смесью Н2 – Н2О повышение температуры уменьшает металлизацию никеля, но увеличивает железа. С ростом содержания во вводимом газе паров воды снижается степень металлизации как никеля, так и железа. Полученные данные полезны для создания технологий селективного восстановления металлов и формирования ферроникеля требуемого состава.

360-362 40
Аннотация

Выполнено компьютерное моделирование химического процесса прямого восстановления железа в агрегатах, работающих по технологии «Мидрекс». Проведен анализ четырех вариантов такой технологии, различающихся типом исходного сырья и температурой рабочего процесса. Установлено, что при повышении температуры процесса снижается потребный расход природного газа и полностью устраняется метан в отходящем газе. Также отмечено, что при постоянной температуре процесса концентрации всех компонентов системы находятся в линейной зависимости от величины расхода восстановительного газа. Это обстоятельство позволило записать единое балансовое уравнение для всех вариантов изучаемого химического процесса.

363-365 33
Аннотация

Предложена простая теория термодинамических свойств жидких растворов азота в сплавах системы Ni – Co. Эта теория полностью аналогична теории для жидких растворов азота в сплавах системы Fe – Cr, предложенной авторами в 2019 г. Теория основана на решеточной модели растворов Ni – Co. Предполагается модельная решетка типа ГЦК. В узлах этой решетки располагаются атомы никеля и кобальта. Атомы азота располагаются в октаэдрических междоузлиях. Атом азота взаимодействует лишь с атомами металлов, находящимися в соседних с этим атомом узлах решетки. Это взаимодействие парное. Исходными для расчета являются значения констант закона Сивертса для растворимости азота в жидком никеле и в жидком кобальте. Результатом расчета является значение вагнеровского параметра взаимодействия в жидких сплавах на основе никеля при температуре 1873 К    = –1,35. Это значение хорошо согласуется с экспериментальными данными (Кованда и Шпайдель, 2003 г.).

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ 

366-373 42
Аннотация

Постоянное увеличение потребления черных, цветных, благородных и редких металлов в народном хозяйстве требует повышения эффективности добычи и обогащения полезных ископаемых. Одним из основных методов обогащения, применяемых в технологическом процессе переработки различных руд, считается пенная флотация. Приведено краткое описание этого процесса, проанализированы различные конструкции флотационных машин. Работа посвящена модернизации аэрационного узла флотационных машин конструкции «РИФ». Отмечено, что при проектировании таких машин эффективно используется модульный принцип компоновки агрегатов, который позволяет модернизировать отдельные узлы, повышая эффективность работы машины в целом. Основной деталью этого узла является самая сложная и быстро изнашиваемая деталь – импеллер. Проанализированы различные конструкции импеллеров и технологии их изготовления. Отмечено, что в существующих конструкциях флотационных машин импеллеры изготавливают из стали. Предложено заменить этот материал на полиуретан, который получил широкое распространение как конструкционный материал в связи с появлением аддитивных технологий при производстве различных деталей. Это материал имеет относительно невысокую стоимость и обладает повышенной сопротивляемостью износу. Сформулированы основные требования к важнейшим операциям технологического процесса изготовления импеллера. Для этого в системе трехмерного автоматизированного проектирования Компас разработана 3D-модель модернизированной конструкции импеллера. Предложена аддитивная технология послойного изготовления импеллера на 3D-принтере с использованием программы-слайсера Ultimaker Cura. Для изготовления импеллера предложенной конструкции из полиуретана разработана технология производства методом послойного наплавления Fused Deposition Modeling (FDM).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 

374-381 60
Аннотация

В статье предложен способ совершенствования тепловой работы нагревательных печей с шагающими балками станов горячей прокатки при помощи статистической математической модели нагрева металла. Объектом исследования является тепловая работа методической печи с шагающими балками для нагрева слябов перед прокаткой. Предметом исследования – статистическое моделирование нагрева металла в печи данного типа. Создание статистической математической модели основано на отборе факторов, построении регрессионной модели, корреляционном анализе и оценке значимости переменных, построении регрессионной модели с учетом скорректированных факторов, получении уравнений регрессии. На базе результатов, полученных в ходе проведения 15 автоматизированных направленных промышленных экспериментов на методических печах станов горячей прокатки российских металлургических предприятий, разработана статистическая модель, описывающая с допустимой точностью процесс нагрева стальных заготовок. Проведена адаптация статистической модели с использованием результатов промышленных экспериментов. Приведены графики сравнения реальных температурных значений и температур, рассчитанных на основании штатной математической и разработанной статистической модели для одного из экспериментов. Проведен расчет погрешностей созданной модели. Сформулированы основные выводы, базирующиеся на результатах проделанного исследования. Впервые в металлургической практике разработана статистическая модель, описывающая процесс нагрева металла в пятизонной методической печи листового стана горячей прокатки с восемью нагревательными подзонами. Поскольку функция регрессии определена, интерпретирована и обоснована, и оценка точности регрессионного анализа соответствует требованиям, можно считать, что построенная модель и прогнозные значения обладают достаточной надежностью.

382-388 32
Аннотация

В статье рассматривается двухкоординатный станок сварки. Подобное оборудование используется с целью получения сварочных швов на различных элементах металлоконструкций высокого качества. Основной недостаток имеющегося оборудования заключается в том, что работа на данном станке в настоящее время выполняется вручную. Это операция является достаточно опасной и монотонной. Кроме того, в качестве основного привода системы используется гидропривод. Обоснована замена гидропривода двухкоординатного станка сварки на электропривод с целью повышения КПД всей системы. Выполнена разработка автоматизированного электропривода двухкоординатного станка сварки закладных, управляемого на базе программируемого логического контроллера. Проведено проектирование электропривода объекта. Реализован выбор необходимых элементов разработанной системы автоматизации. На основе технологического процесса разработан алгоритм, который позволяет автоматизировать процесс сварки закладных. Данный алгоритм предусматривает необходимые меры безопасности, осуществляя самодиагностику на этапе запуска системы. С целью проверки работоспособности разработанного алгоритма выполнено моделирование автоматизированного электропривода с помощью программного обеспечения Matlab Simulink. Система содержит два внутренних и три внешних контура, осуществляющих контроль необходимых параметров: скорости, тока, момента, потокосцепления и усилия. Получены динамические характеристики представленных параметров, подтверждающие работоспособность разработанной системы автоматизированного электропривода. Проведен экономический расчет предлагаемой к внедрению системы автоматизации. Суммарные затраты на модернизацию составят порядка 55 тыс. рублей при сроке окупаемости около одного года.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.