Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 64, № 6 (2021)
Скачать выпуск PDF

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

395-412 37
Аннотация

Рассмотрены свойства, области применения и методы получения диборидов хрома и циркония. Эти дибориды относятся к  бескислородным тугоплавким металлоподобным соединениям. Характеризуются высокими значениями тепло- и электропроводности, обладают высокой твердостью. Дибориды хрома и циркония проявляют значительную химическую стойкость в агрессивных средах. По этим причинам они нашли применение в современной технике (используются в качестве наплавочных материалов при нанесении износостойких покрытий). Диборид хрома применяют в качестве спекающей добавки для улучшения свойств керамики на основе карбида бора и диборида титана. Диборид циркония является компонентом ультравысокотемпературной керамики (УВТК) ZrB2 – SiC, перспективной для использования в сверхзвуковых летательных аппаратах и в узлах газовых турбин. Керамика B4C–CrBи  B4C–ZrB2 обладает качественными эксплуатационными характеристиками, в частности повышенной трещиностойкостью. Свойства тугоплавких соединений зависят от содержания примесей и дисперсности. Для решения конкретной задачи, связанной с применением тугоплавких соединений, важно правильно выбрать метод их получения, определить допустимое содержание примесей в исходных компонентах. Это обусловливает наличие разных методов синтеза боридов. Основными методами их получения являются: синтез из простых веществ; боротермическое восстановление оксидов; карботермическое восстановление (восстановление смесей оксидов металлов и бора углеродом; металлотермическое восстановление смесей оксидов металлов и бора; карбидоборное восстановление. Также для получения нанопорошков диборидов применяется плазмохимический синтез (осаждение из парогазовой фазы). Охарактеризован каждый из этих методов.

413-419 32
Аннотация

В настоящее время для повышения качества металла, в особенности низколегированного, применяют технологии внепечной обработки стали с использованием комплексных сплавов, в состав которых входят помимо кремния щелочноземельные металлы. Изучение влияния добавок стронция на процессы раскисления и модифицирования жидкой стали является одним из перспективных направлений исследования в области металлургических технологий. Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в расплаве системы Fe –Sr–Si–C–O с использованием методики построения поверхности растворимости компонентов в металле. Поверхность растворимости определяет границы стабильности образующихся при раскислении неметаллических фаз в зависимости от состава жидкого металла исследуемой системы. Расчет был проведен с использованием констант равновесия реакций, протекающих в расплаве при раскислении, а также параметров взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) элементов в жидком железе. Активности компонентов оксидного расплава определяли с использованием теории субрегулярных ионных растворов. Активности газовой фазы рассчитывали с учетом парциальных давлений. Моделирование проводили для двух температур (1550 и 1600 °С) для фиксированных концентраций углерода (0 (отсутствие углерода в жидком железе) и 0,1 % (низкоуглеродистый металлический расплав)). Показано, что в сравнении с кремнием стронций является более сильным раскислителем в жидком металле. По результатам моделирования в качестве основных оксидных фаз в продуктах раскисления должны быть жидкие оксидные неметаллические включения переменного состава или ортои  метасиликаты стронция Sr2 SiO4 и SrSiO3  (при увеличении концентрации стронция). Снижение температуры жидкого металла приводит к  некоторым изменениям в фазообразовании (становится возможным образование силиката SrSiO3 ).

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 

420-426 29
Аннотация

При контактной стыковой сварке рельсов оплавлением происходит нагрев и непрерывное охлаждение металла в зоне термического влияния. Ускоренный нагрев и последующее интенсивное охлаждение, реализуемые пульсирующим методом оплавления, приводят к образованию закалочных структур. В последующем, при эксплуатации сварного стыка рельсов это ведет к образованию трещин и к хрупкому разрушению. Исследованы возможности использования контактного подогрева после сварки для исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения из рельсовой стали R350LHT. Проведена запись термических циклов при сварке и  последующем контактном подогреве. Установлена закономерность формирования структуры металла сварного шва, включая зону термического влияния, при импульсном контактном подогреве для рельсовой стали R350LHT. Показано, что контактный импульсный подогрев замедляет охлаждение сварного стыка и позволяет предотвратить образование закалочных структур. Однако контактный импульсный подогрев при использовании неоптимальных режимов может привести и к обратному эффекту. Определено, что при значительном вложении тепла с помощью контактного подогрева скорость охлаждения металла превышает критическую, процесс превращения проходит по бездиффузионному механизму с образованием крупнозернистой структуры мартенсита. Использование термокинетических и изотермических диаграмм распада аустенита при известных термических циклах сварки позволяет значительно сузить пределы поиска оптимальных режимов контактной стыковой сварки железнодорожных рельсов и последующего контактного подогрева. Использование оптимальных режимов контактного подогрева позволяет получить минимальную протяженность зон термического влияния с пониженной твердостью без образования закалочных структур в сварном стыке железнодорожных рельсов.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 

427-434 29
Аннотация

Объемные дефекты в кристаллах ухудшают эксплуатационные свойства конструкционных материалов, поэтому проблема уменьшения количества несплошностей в твердом теле является одной из важнейших в современном материаловедении. Изложены результаты компьютерного моделирования. Возможно схлопывание пор в кристалле, пребывающем в состоянии сдвиговой деформации, под воздействием ударных волн. Подобные волны могут возникать в твердом теле при внешнем высокоинтенсивном воздействии. Например, в зоне распространения каскада смещений существуют области, в которых имеется несоответствие времен термализации атомных колебаний и отвода от них тепла. В результате расширения такой области возникает ударная послекаскадная волна. Моделирование проведено по методу молекулярной динамики с использованием потенциала, рассчитанного в рамках метода погруженного атома. В качестве объемного дефекта рассмотрены протяженные поры цилиндрической формы, которые могут формироваться после прохождения через кристалл высокоэнергетических ионов или при выходе на поверхность перегретых замкнутых включений жидкости (маточного раст­вора). Исследования показали, что подобного рода дефекты являются источником гетерогенного зарождения дислокационных петель, способствующих снижению касательных напряжений в моделируемой структуре. Установлены зависимости средней плотности дислокаций от угла сдвига и температуры расчетной ячейки, выполнена оценка скорости роста петель. Генерируемые ударные волны создают дополнительные касательные напряжения, способствующие образованию дислокационных петель, поэтому в таком случае наблюдаются дислокации даже при малой сдвиговой деформации. Если в ходе моделирования увеличивается тепловое воздействие, то осуществляется схлопывание поры.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ 

435-441 23
Аннотация

Технологии обработки давлением металлической заготовки с использованием мощных импульсов тока приобретают все большее распространение и в России, и за рубежом. Уникальные электромеханические процессы изучаются и совершенствуются в лабораторных и производственных условиях. Процесс воздействия электрического тока на заготовку сопровождается изменением ее физических свойств в результате так называемого электропластического эффекта (ЭПЭ). Одновременно повышается температура заготовки в  зоне деформации. Для качественной и надежной работы волочильного стана при электростимулированном волочении (ЭСВ) необходимо применять систему автоматики для регулирования усилия и температуры. С целью реализации контура регулирования температуры требуется синтезировать передаточную функцию объекта регулирования – стальной проволоки, обрабатываемой давлением (прокатка или волочение). Рассмотрен синтез и анализ параметров модели объекта регулирования температуры. Использованы известные соотношения: зависимость мощности генератора импульсов от рассчитанных параметров (начальной температуры, диаметра, удельного веса и электрического сопротивления заготовки, длительности импульса); зависимость среднеквадратичного тока генератора от амплитуды и частоты воспроизведения импульсов; зависимость магнитной проницаемости заготовки от ее температуры; зависимость удельного электрического сопротивления материала проводника от температуры. В среде «MATLAB – Simulink» синтезирована модель объекта регулирования температуры как функции от параметров генератора мощных токовых импульсов (амплитуды и частоты), а также параметров обрабатываемой заготовки (диаметра, длины образца, линейной скорости, начальной температуры, удельного сопротивления при начальной температуре). Выполнен анализ модели, приведены переходные процессы при различных режимах работы. С использованием разработанной модели получены зависимости температуры, мощности и эквивалентного сопротивления от параметров генератора и заготовки при различных частотах импульсов генератора и диаметрах заготовки. Разработанная модель может быть использована для лабораторных исследований электропластического эффекта, а также в производстве в системах автоуправления электростимулированным волочением с целью реализации объекта регулирования в виде модели.

442-446 26
Аннотация

Дробильные машины входят в состав шихтовых отделений доменных и сталеплавильных цехов металлургических предприятий. Одним из основных показателей процесса дробления является его энергоэффективность. Она определяется массой дробленого материала при расходовании единицы электроэнергии. Рассмотрены различные способы дробления хрупких материалов и конструкции дробильных машин для их осуществления. Анализ работы дробилок показал, что наиболее энергоэффективными являются дробилки ударного действия. Однако из-за существенного недостатка (выход годного продукта весьма мал) они практически не применяются в  металлургической промышленности, в которой предъявляются высокие требования к фракционному составу готового продукта. В металлургической промышленности широко используются дробилки сжатия с примерно одинаковой удельной энергоемкостью, то есть с  одинаковым расходом энергии на разрушение единичного объема материала равной прочности. Разрушение сжатием – самый энергоемкий из известных способов дробления. В одновалковых дробилках кусок материала подается в зазор между валком и сплошной неподвижной плитой. В процессе работы в разрушаемом материале генерируется сложное напряженное состояние. На кусок дробимого материала действуют сжимающие силы, вызывающие в куске действие нормальных сжимающих напряжений, и внутренний крутящий момент, вызывающий действие касательных напряжений. Этим достигается уменьшение расхода энергии на дробление при прочих равных условиях на  20–30% по сравнению с дробилками, работающими на сжатие. Приведено описание конструкции дробилки, в которой разрушение перерабатываемого материала происходит за счет сил, действующих на дробимый кусок в одной плоскости навстречу друг другу. В этом случае в обрабатываемом куске возникают только касательные напряжения. Применение дробилок, в которых разрушение перерабатываемого материала происходит за счет генерации в куске только касательных напряжений, позволяет уменьшить расход энергии на единицу готовой продукции почти в два раза. Конструирование таких дробилок является перспективным направлением в разработке машин, предназначенных для дробления.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 

447-457 36
Аннотация

Предложена двухуровневая система управления температурным режимом выплавки, внепечной обработки и подготовки к разливке низкоуглеродистой стали марки G/ЭT в условиях ККЦ-2 АО «Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат». В  зависимости от технологической схемы возможно проектирование различных систем управления сталеплавильным комплексом с последовательным, параллельным и комбинированным включением в нее отдельных операций, процессов. На примере стали марки G/ЭT рассмотрена система управления последовательной группой объектов. Система управления включает внешний контур регулирования, позволяющий осуществлять согласованное управление отделениями цеха за счет оптимизации режима ведения технологического процесса на объекте с учетом фактически проведенной операции на предыдущем объекте. Реализован непараметрический алгоритм дуального управления, позволяющий лицу, принимающему решение (ЛПР), осуществлять совместную оперативную корректировку управляю­щих воздействий для локальных контуров управления. Проанализирован температурный режим массива плавок низкоуглеродистой стали марки G/ЭТ и выявлено, что существенное влияние на температурный режим стали оказывают длительности обработки сталеплавильного ковша на каждом этапе технологического маршрута конвертер – МНЛЗ. В соответствии с этим сформированы критерии качества управления температурным режимом. Результаты проведенного вычислительного эксперимента показали, что введение блока управления с  ЛПР способствует рациональному управлению температурным режимом металла на участке конвертер – МНЛЗ, и как следствие, получению заданного химического состава и температуры стали в более узких пределах. Это позволяет исключить отклонения от контактного графика работы основных агрегатов, увеличить количество плавок в серии и скорость непрерывной разливки.

ОТКЛИКИ И РЕЦЕНЗИИ 

ЮБИЛЕИ 



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


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)