На доменной печи ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» удельный расход кокса снижали воздействием на зону замедленного теплообмена (ЗЗТ), увеличивая потребление природного газа выше 120 м³/т чугуна в условиях повышенной реакционной способности и пониженной горячей прочности кокса. В первой паре периодов рост CRI от 38,4 до 39,3 % с уменьшением CSR от 36,3 до 34,6 % осуществили одновременно с увеличением отношения расходов природного газа и всего поступающего в печь кислорода от 0,43 до 0,45 путем повышения удельного расхода газа от 123,2 до 133,5 м³/т чугуна. Применение комплекса действий увеличило протяженность зоны замедленного теплообмена в сторону колошника на 1,9 % при неизменном ее расположении по нижней части. Уменьшение потребления тепла в ЗЗТ увеличило разность температур газа и материалов в среднем на 36 °С. Во второй паре периодов потребление природного газа довели до 143,9 м³/т чугуна при снижении содержания кислорода в дутье с 27,6 до 27,0. Это сопровождалось следующими изменениями рассматриваемых процессов: увеличением протяженности ЗЗТ в сторону колошника на 2,6 % и отдаленности от фурменного очага на 3,4 %; повышением степени восстановления углеродом с 32,0 до 33,3 %; незначительным (в среднем 0,3 °С) ростом разности температур газа и материалов в зоне ЗЗТ. В первой паре периодов уменьшение удельного расхода кокса составило 4,7 кг/т чугуна с повышением производительности печи на 27 т/сут. Условия и ход процессов второй пары обеспечили уменьшение удельного расхода кокса на 1,6 кг/т чугуна и привели к снижению производства чугуна на 41 т/сут.

В работе исследуется качество электродугового покрытия, полученного с использованием порошковой проволоки системы Fe – C – Si – Mn – Cr – W – V с присадками углеродфторсодержащего материала и титана. Формирование электродугового покрытия осуществляется с помощью аппарата для автоматической дуговой сварки ASAW-1250 с применением новой хромсодержащей порошковой проволоки на пластины из стали марки Ст3. Для исключения перемешивания наплавляемого металла со сталью подложки проводят многослойную наплавку. Режим наплавки рассчитывается и уточняется экспериментальным путем. Авторы исследовали состав и свойства поверхности электродугового покрытия после наплавки. В качестве заменителя аморфного углерода используется углеродфторсодержащий материал (пыль газоочистки алюминиевого производства). Наплавку осуществляли под флюсом, изготовленным из шлака производства силикомарганца с повышенным содержанием серы. Проведенный регрессионный анализ показывает влияние химического состава наплавленного слоя на его твердость и скорость износа. В работе получены математические модели исследуемых эксплуатационных характеристик электродугового покрытия. При увеличении содержания хрома, вольфрама, углерода и кремния повышаются твердость наплавленного металла и устойчивость его к абразивному износу. Результаты проведенных исследований позволяют выработать мероприятия для обеспечения требуемого уровня эксплуатационных характеристик электродугового покрытия и могут использоваться для составления прогноза твердости наплавленного слоя и его износостойкости при изменении химического состава металла, прогнозировать эксплуатационную стойкость прокатных валков, наплавленных проволоками типа ПП-Нп-35В9Х3СФ. Математические модели твердости наплавленного слоя и его износостойкости позволяют уточнить механизм упрочнения и формирования защитных свойств поверхностных слоев прокатных валков посредством электродуговых покрытий, наплавленных порошковыми проволоками.

Современное машиностроительное производство, оснащенное высокопроизводительными мехатронными системами и станками с числовым программным и адаптивным управлением для лезвийной обработки резанием жаропрочных хромоникелевых и титановых сплавов, требует повышения эксплуатационных свойств режущего инструмента, работающего при высоких температурно-силовых нагрузках в контактной зоне и, соответственно, при существенном напряженно-деформированном состоянии режущего клина. Решение вопроса повышения износостойкости и работоспособности возможно как путем разработки и внедрения нового инструментального материала, так и применения износостойких покрытий. В работе представлены результаты по разработке технологии получения высокоэнтропийных катодов-мишеней путем искрового плазменного спекания с последующим нанесением износостойких покрытий на металлорежущий инструмент магнетронным и ионно-плазменными методами. Получены образцы спеченных высокоэнтропийных катодов-мишеней различных по составу композиций (более четырнадцати) при разных режимах спекания (в зависимости от температуры в пяти режимах) с последующей их оптимизацией, а также двух типоразмеров (20 и 80 мм) для дальнейшего использования для нанесения износостойких покрытий на магнетронной установке. Проведены структурный и фазовый анализы, а также исследование физико-механических свойств полученных высокоэнтропийных катодов-мишеней: плотности, твердости, электропроводности, эмиссионной способности. Экспериментально подтверждена возможность получения высокоэнтропийных катодов-мишеней методом искрового плазменного спекания, при этом показано влияние температуры спекания на структуру и свойства спеченных образцов высокоэнтропийных катодов-мишеней. Установлены зависимости физико-механических и электрофизических параметров катодов-мишеней от технологических режимов процесса искрового плазменного спекания.

Одним из основных недостатков при подаче природного газа в воздушную фурму доменной печи является низкая интенсивность его горения внутри дутьевого канала фурмы. Известно, что кольцевая выборка на поверхности дутьевого канала улучшает смешивание природного газа с дутьем и увеличивает полноту сгорания газа в нем, однако снижает стойкость фурмы. Одним из способов одновременного решения этих проблем является установка в дутьевой канал фурмы теплоизолирующей керамической вставки. Вставка значительно снижает тепловые потери через поверхность фурмы, улучшает горение природного газа в дутьевом канале за счет его контакта с горячими стенками вставки вместо холодных медных стенок при ее отсутствии, что увеличивает температуру горячего дутья на выходе из фурмы. Кроме того, вставка оказывает влияние на стойкость фурмы за счет снижения теплового потока, действующего на фурму. В данном исследовании изучено влияние кольцевой выборки и ее частей во вставке на эффективность ее работы. В среде Ansys 21.1 моделировали процессы, происходящие в дутьевом канале фурмы доменной печи с установленной в него керамической вставкой, имеющей выборку четырехугольного сечения в форме кольца или его части в окружном направлении. Установлено, что улучшение горения природного газа в дутьевом канале фурмы достигается с использованием кольцевой выборки или ее части со стороны подачи газа.

В работе рассмотрено влияние комбинированной электромеханической обработки по трем различным режимам на структуру и твердость поверхностных слоев стали марки 40Х в нормализованном состоянии (исходная структура). Режимы отличаются друг от друга разной приложенной нагрузкой и количеством импульсов. Приложенная нагрузка по режимам 1 и 2 (сила тока 39 кА, время импульса 0,02 с, количество импульсов 1) составляет 100 и 250 МПа. Отличительной особенностью режима 3 по сравнению с режимом 2 является большее количество импульсов (два). Металлографически установлено, что во всех трех случаях формируется упрочненный поверхностный слой разной толщины (от 300 до 1200 мкм) с твердостью 593 – 598 HV, состоящий из двух зон (поверхностной зоны со структурой мелкоигольчатого мартенсита; переходной зоны, плавно переходящей в исходную феррито-перлитную структуру). Переходная зона (обработка по режиму 1) в своей структуре содержит мартенсит и феррит. Переходная зона (обработка по режиму 2) состоит из видманштеттовой структуры. Более существенная по толщине поверхностная зона разогрева по этому режиму (700 мкм) по сравнению с обработкой по режиму 1 (300 мкм) в сочетании и интенсивным отводом тепла поспособствовали формированию видманштеттовой структуры, которая является дефектной и недопустимой для эксплуатации. Переходная зона при обработке по режиму 3 имеет структуру мартенсит и феррит. Формирования дефектной видманштеттовой структуры в переходной зоне не происходит, поскольку при обработке применяется в два раза больше импульсов, чем по режиму 2. Это способствует прогреву поверхностного слоя на большую глубину (1200 мкм), и, следовательно, структурообразование в переходной зоне происходит из межкритического интервала Аr₃ – Аr₁.

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) являются наиболее активно исследуемыми материалами последних десятилетий. В настоящей работе ВЭС неэквиатомного состава AlCrFeCoNi изготовлен по технологии холодного переноса металла и исследован методами современного физического материаловедения. Выполнен анализ элементного и фазового составов, дефектной субструктуры и трибологических свойств поверхностного слоя ВЭС, сформированного в результате комплексной обработки, которая сочетает напыление пленки (B + Cr) и облучение импульсным электронным пучком в среде аргона. В исходном состоянии сплав имеет простую кубическую решетку с параметром 0,28795 мкм, средний размер зерна ВЭС составляет 12,3 мкм. Химический состав: 33,4 % Al; 8,3 % Сr; 17,1 % Fe; 5,4 % Co; 35,7 % Ni (ат.). Элементы распределены квазипериодически. Выявлен режим облучения (плотность энергии пучка электронов 20 Дж/см²; длительность облучения 200 мкс, количество импульсов 3; частота импульсов 0,3 с^–1), который позволяет повысить микротвердость (почти в два раза) и износостойкость (более чем в пять раз), снизить коэффициент трения в 1,3 раза. При плотности энергии пучка электронов 20 Дж/см² поверхность фрагментируется сеткой микротрещин. Размеры фрагментов изменяются в пределах 40 – 200 мкм. Увеличение плотности энергии пучка электронов приводит к полному растворению пленки (B + Cr). Независимо от величины плотности энергии пучка электронов ВЭС является однофазным материалом, имеет простую кубическую кристаллическую решетку. Высокоскоростная кристаллизация поверхностного слоя приводит к формированию субзеренной структуры (150 – 200 нм). Высказывается предположение, что увеличение прочностных и трибологических свойств ВЭС обусловлено существенным (в 4,5 раза) снижением среднего размера зерна, формированием частиц оксиборидов хрома и алюминия, внедрением атомов бора в кристаллическую решетку ВЭС.

В настоящей работе изучено влияние объемной доли и морфологии δ-феррита на закономерности водородного охрупчивания образцов аустенитной нержавеющей стали 08Х19Н9Т, полученной методом электронно-лучевого аддитивного производства. Экспериментально показано, что в аддитивно-изготовленных образцах длинные дендритные ламели δ-феррита формируют плотную «сетку» межфазных границ (аустенит – δ-феррит, объемная доля δ-фазы составляет 20 %) и способствуют накоплению водорода. Дендритные ветви феррита являются «легкими» путями для диффузии атомов водорода и поэтому обеспечивают его транспорт в глубь образцов. Постпроизводственная термическая обработка (при температуре 1100 °С, в течение 1 ч) приводит к значительному уменьшению доли δ-феррита в аддитивно-полученной стали (до 5 %) и частичному растворению дендритных ламелей. Уменьшение объемной доли феррита и изменение его морфологии затрудняет диффузию водорода в глубь образца и его накопление в процессе электролитического насыщения и последующей деформации, способствует понижению общей концентрации растворенного в образцах водорода. Несмотря на меньшую концентрацию растворенного водорода в образцах, подвергнутых термообработке, твердорастворное упрочнение атомами водорода оказывается больше (\(\Delta \sigma _{0,2}^{\rm{H}}\) = 73 МПа), чем для исходных образцов с высокой долей δ-феррита (\(\Delta \sigma _{0,2}^{\rm{H}}\) = 55 МПа). Также образцы после постпроизводственной термической обработки характеризуются меньшей толщиной хрупкого поверхностного наводороженного слоя D_H и более низким коэффициентом водородного охрупчивания I_H по сравнению с исходными аддитивно-полученными образцами (D_H = 55 ± 12 мкм, I_H = 32 % для исходных образцов и D_H = 29 ± 7 мкм, I_H = 24 % для образцов после постпроизводственной термической обработки).

Стали с регулируемым аустенитным превращением при эксплуатации (РАПЭ) – новый класс безвольфрамовых инструменталь­ных сталей на ферритной основе для горячей обработки давлением. В работе получены количественные данные по высокотемпературной прочности стали с РАПЭ нового состава после закалки и отпуска. Построены кривые деформации и проведена оценка склонности стали к деформационному упрочнению при температурах 450 и 750 °С. Установлено, что при температуре 750 °С, соответствующей эксплуатационной, сталь с РАПЭ обладает более сильной склонностью к деформационному упрочнению, чем при температуре 450 °С.

Рассмотрены свойства, области применения и методы получения карбидов хрома и циркония, относящихся к бескислородным тугоплавким металлоподобным соединениям с высокими тепло- и электропроводностью. Твердость их сравнительно велика. Карбиды хрома и циркония проявляют значительную химическую стойкость в агрессивных средах, что способствует их широкому применению в современной технике. Карбид хрома используется преимущественно в виде компонентов наплавочных смесей для создания покрытий, защищающих от интенсивного абразивного износа, в том числе и при повышенных температурах (до 800 °С) в окислительных средах. Это соединение применяется при изготовлении безвольфрамовых твердых сплавов и карбидосталей. Карбид хрома наряду с карбидом ванадия используется как ингибитор роста зерен в системе WС – Co твердых сплавов. Порошкообразный карбид циркония может использоваться для полирования поверхности изделий из черных и цветных металлов. Свойства тугоплавких соединений зависят от содержания примесей и дисперсности (размеров частиц). Для решения конкретной задачи, связанной с применением тугоплавких соединений, важно правильно выбрать метод их получения и определить допустимое содержание примесей в исходных компонентах. Это обусловливает применение разных методов синтеза карбидов. Основными методами их получения являются синтез из простых веществ (металлы и углерод), металлотермическое и карботермическое восстановление. Для получения нанопорошков карбидов применяется плазмохимический синтез (осаждение из парогазовой фазы). Представлена характеристика каждого из этих методов. Приведены сведения о возможном механизме процессов карботермического синтеза.

Рассматриваются теоретические вопросы восстановления цинка и железа углеродом из оксидов концентратов и цинксодержащих металлургических отходов (пыли и шламы металлургических печей). Показана возможность параллельного восстановления цинка и железа углеродом из оксидов с образованием твердых металлических растворов Fe – Zn, содержащих до 46 % цинка (по массе), расплавов и парогазовой фазы CO – CO₂ – Zn, равновесный состав которой определяется температурой и содержанием цинка в твердых растворах и расплавах. Определены активности и упругости пара цинка в твердых растворах и расплавах системы Fe – Zn и активности компонентов в шлаковых расплавах системы ZnO – SiO₂. Термодинамическая оценка показывает, что при отсутствии твердого углерода восстановление цинка из оксида оксидом углерода CO возможно при температурах выше 1320 °С, а восстановление железом возможно в интервале температур 1320 – 1500 °С. При восстановлении из шлаковых расплавов при пониженных значениях активностей оксидов цинка и железа и повышенных температурах восстановление цинка осуществляется более эффективно, чем восстановление железа. В присутствии твердого углерода во всех диапазонах температур (выше 620 °С) и концентраций оксидов цинка ZnO и железа FeO при значениях a_ZnO > 0, a_FeO > 0,4 восстановление железа проходит более эффективно ( \(\Delta G_{\rm{FeO}}^{\rm{o}} \) <  \(\Delta G_{\rm{ZnO}}^{\rm{o}} \)). При совместном восстановлении железа и цинка первичным продуктом восстановления является твердое железо. Термодинамически возможное внедрение атомов цинка в твердый раствор α-железа практически не реализуется из-за высокой упругости пара цинка уже при небольших его концентрациях в наружных слоях на поверхностях кристаллических зародышей α-железа, что обуславливает возможность достаточно глубокой степени восстановления и возгонки цинка при углеродотермическом восстановлении его из концентратов и отходов металлургических производств.

Влияние основности и содержания оксида бора на вязкость, температуру кристаллизации, фазовый состав и структуру безфтористых шлаков системы СаО – SiO₂ – B₂O₃ – 12 % Cr₂O₃ – 3 % Аl₂O₃ – 8 % МgO в диапазоне содержания оксида бора от 3 до 6 % и основности 1,0 – 2,5 были изучены посредством вибрационной вискозиметрии, термодинамического моделирования фазового состава (HSC Chemistry 6.12 (Outokumpu)) и рамановской спектроскопии. Было установлено, что физические свойства изучаемых шлаков главным образом зависят от баланса между степенью полимеризации структуры, природы связи в ней и фазового состава. При низкой основности (примерно 1,0) шлаки являются «длинными» и рост содержания оксида бора с 3 до 6 % делает их более легкоплавкими, снижая температуру кристаллизации шлака с 1340 до 1224 °С, а вязкость – с 1,0 – 0,8 примерно до 0,25 Па·с при температуре 1600 – 1660 °С, несмотря на значительное усложнение структуры, отражающееся в росте показателя мостикового кислорода BO с 1,10 до 1,49. С повышением основности шлаки из «длинных» переходят в «короткие». Растет содержание оксида кальция, который, являясь донором свободных ионов кислорода (O^2–), выступает в роли модификатора структуры шлака. При основности B = (CaO/SiO₂) = 2,5 шлаки обладают более простой структурой (BO = 0,50 – 0,53) относительно шлаков с основностью 1,0, при этом добавление оксида бора усложняет ее лишь незначительно (рост показателя BO с 0,50 до 0,53). Увеличение концентрации B₂O₃ понижает температуру кристаллизации с 1674 до 1605 °С и вязкость – с 1,0 до 0,3 Па·с при температуре 1660 °С в результате образования легкоплавких соединений (2CaO·B₂O₃).

Представлены результаты экспериментальных исследований по селективному твердофазному восстановлению железа и фосфора в оолитовых рудах Лисаковского и Аятского месторождений. С использованием рентгенофазового анализа определен фазовый состав исходных руд и образцов после восстановительного обжига. В рудах обоих месторождений обнаруживаются гетит, магнетит и кварц. Фосфор в руде Аятского месторождения находится в виде фосфата алюминия и гидрофосфата железа, а в образцах Лисаковской руды – в составе гидрофосфата кальция. Эксперименты по восстановительному обжигу проводились в печи сопротивления при температуре 1000 °C и времени выдержки 5 ч. После обжига в атмосфере СО в образцах появляется α-железо, в то время как фосфор остается в составе фосфатов железа, кальция и алюминия. После обжига в смеси с графитом фосфор восстанавливается твердым углеродом из фосфатов железа и кальция и переходит в металл, однако остается в составе фосфата алюминия. Исследования с использованием микрорентгеноспектрального анализа показывают, что содержание фосфора в металлической фазе после восстановления твердым углеродом составляет 2,0 – 3,5 % (ат.). При восстановлении в атмосфере CO фосфора в металлической фазе практически не обнару­живается. При этом количество остаточного железа в оксидной фазе после восстановления угарным газом значительно превышает количество железа после восстановления в смеси с углеродом. Результаты экспериментов подтверждают возможность селективного восстановления железа оксидом углерода CO без восстановления фосфора.

Приводится обоснование актуальности получения непрерывнолитых стальных трубных полых заготовок с позиции улучшения качества труб из углеродистых и легированных сталей. Представлена оценка качества внутренней поверхности труб, прокатанных из стальных сплошных трубных заготовок. Предлагается новая технология получения стальных трубных полых заготовок на ресурсосберегающей установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Приводится фотография участка непрерывного литья и деформации ОАО «Уральский трубный завод», показана опытная установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Статья содержит результаты теоретического исследования напряженно-деформированного состояния оправки и участков трубной заготовки при обжатии ее бойками установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. В статье рассматривается общая модель системы кристаллизатор – бойки. Приведены исходные данные для расчета, размеры полой трубной заготовки и описание калибровки бойков для обжатия стальной полой заготовки. Рассматривается температурное поле полой заготовки. Для моделирования напряженно-деформированного состояния металла в очагах деформации и оправке рассматриваются четыре контактные пары. Излагается методика расчета с использованием метода конечных элементов и приводятся размеры конечного элемента в очагах деформации полой заготовки. Установлены величины и закономерности изменения перемещений металла и осевых напряжений в очагах деформации при получении стальных полых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации (бойки выполнены по постоянному радиусу). Авторы дают оценку напряженного состояния металла в очагах деформации с позиции улучшения качества стальных полых заготовок при получении на установке непрерывного литья и деформации.

Рассмотрены особенности конструкции, методика и результаты исследования 10 индукционных электромагнитных тигельных печей с С-образным магнитопроводом (МПр), сердечник которого охватывают витки электрической катушки (ЭК) малого объема (примерно до 14,56 дм³). В печи применяют наборный МПр из использованных трансформаторных пластин с рабочим объемом примерно 28,5 – 30,8 дм³, напряжение 380 – 390 В, частоту 50 Гц, конденсаторную батарею (КБ), количество витков w = 23 – 50 медного или алюминиевого провода. Охлаждаемая водой ЭК размещена в резиновом резервуаре и создает горизонтальный электромагнитный поток с индукцией 70 мТл, который усиливается МПр и направляется за пределы ЭК в больший рабочий объем (примерно 30,7 дм³) между его полюсами с индукцией примерно до 100 мТл. При размещении стального тигля в объеме индукция возрастает до 125 – 150 мТл и экспериментальная печь ЭМС-30,7-23А мощностью 44 кВ·А позволяет за 65 мин расплавить 21 кг силумина со скоростью 10 °С/мин. В печи сопротивления САТ-0,16 мощностью 40 кВт аналогичный процесс протекает за 2 ч. При сильном сжатии пластин МПр шум уменьшается с 80 – 85 до 40 – 48 дБ. Для повышения эффективности печи предлагается использовать полюсные пластины шириной 155 мм; минеральную вату в теплоизоляции тигля, подстроечные конденсаторы в КБ, ЭК из медного кабеля. Целесообразно для плавки высокотемпературных сплавов подключить рассматриваемую печь к повышающему напряжение трансформатору, чтобы увеличить плотность тока с 3,7 до допускаемой 20 А/мм², мощность в контуре ЭК – КБ, индукцию. Предлагается для определения области применения продолжить исследования электромагнитных печей, изготовленных и из дешевого трансформаторного лома.

В настоящее время в мире формируется новый тренд, связанный с декарбонизацией экономик. В его основе – принципиально новый подход к ведению предпринимательской деятельности с учетом соблюдения принципов ESG (Environmental – Social – Governance), характеризующийся вовлеченностью компаний в решение экологических, социальных и управленческих проблем. Начало процессу институциализации ESG-принципов на международном уровне было положено в 1948 г. с принятием Всеобщей декларации прав человека под эгидой ООН. Активное включение России в формирование институциональных рамок в области ESG произошло только в 2020 г. Основанием для этого послужила ратификация ряда международных документов, а также активное продвижение многими странами мира климатической политики. Подробно этапы процесса институциализации ESG-принципов на международном уровне и в России рассмотрены ранее. Декарбонизация экономик формирует риски развития для отраслей, продукция которых характеризуется высокой углеродоемкостью и энергоемкостью (например, черная металлургия). В работе представлены результаты исследования эффективности принятых Правительством РФ мер в области снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха в крупных промышленных центрах черной металлургии на основе данных Единой информационной системы мониторинга качества атмосферного воздуха, а также результаты анализа ESG-практик крупнейших российских предприятий черной металлургии и соответствия углеродоемкости и энергоемкости выпускаемой ими продукции установленным в России критериям проектов устойчивого (в том числе «зеленого») развития. В результате исследования установлено, что, несмотря на использование ESG-принципов в своей деятельности, удельные выбросы CO₂-эквивалента крупнейших предприятий черной металлургии значительно превышают установленные Правительством РФ значения критериев проектов устойчивого (в том числе «зеленого») развития.