23 июня 2020 года исполняется 90 лет со дня основания Сибирского государственного индустриального университета. Судьба университета тесно связана с развитием и становлением г. Новокузнецк и его промышленного потенциала и прежде всего Кузнецкого металлургического комбината (КМК) и Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК). Легендарный Кузнецкстрой стал мощным толчком развития города и Кузбасса в целом. Для строительства и работы на КМК требовались инженерные кадры и по инициативе академика И.П. Бардина – главного инженера Кузнецкстроя, на базе специальности «Металлургия черных металлов», реализуемой в Томском технологическом институте, был создан Сибирский институт черных металлов (СИЧМ), переведенный осенью 1931 г. в город Сталинск (г. Новокузнецк). Именно СИЧМ стал первым созданным в Кузбассе высшим учебным заведением!

Качество и эксплуатационные свойства рельсов определяют срок их эксплуатационной службы в пути. Основными о щими качество стали параметрами являются химическая неоднородность и неметаллические включения в металле. Эффективность гомогенизации металлического расплава и его рафинирования от неметаллических включений в промежуточном ковше МНЛЗ в значительной степени определяется организацией гидродинамических процессов, внутренней геометрией ковша, наличием дополнительных огнеупорных элементов. С применением физического и математического моделирования проведено исследование влияния дополнительных огнеупорных элементов различных конфигураций промежуточного ковша на процессы движения расплава. Физическое моделирование гидродинамических процессов в промежуточном ковше с учетом соблюдения условий подобия проведено на специально созданном лабораторно-экспериментальном комплексе. Численные эксперименты проведены с использованием методов вычислительной гидродинамики (конечных объемов) на трехмерной турбулентной математической модели с однофазным представлением течения металлического расплава в промежуточном ковше. Для оценки эффективности гомогенизации расплава по результатам физического и математического моделирования разработана новая методика, основанная на анализе распределения времени пребывания жидкости в проточном реакторе непрерывного действия. По результатам экспериментов предложена конфигурация внутреннего объема промежуточного ковша четырехручьевой МНЛЗ. Рассмотрена конструкция, обеспечивающая эффективную гомогенизацию расплава рельсовой стали и его рафинирование от неметаллических включений. Разработана и в промышленных условиях апробирована конструкция полнопрофильных перегородок, которые обеспечивают рациональную организацию потоков расплава, его гомогенизацию и эффективное рафинирование рельсовой стали от неметаллических включений в промежуточном ковше. Промышленные исследования реализованы в условиях четырехручьевой машины непрерывного литья заготовок № 1 электросталеплавильного цеха АО «ЕВРАЗ ЗСМК».

Исследованы процессы сварки с последующим управляемым охлаждением полнопрофильных рельсовых стыков, проводимым путем пропускания импульсов переменного электрического тока после сварки. Изучено влияние режимов сварки на качественные показатели сварного стыка. Сварку проводили на машине для контактной стыковой сварки МСР-6301 в условиях рельсосварочного предприятия ООО «РСП-М» (РСП-29). Для исследования вырезали образцы полнопрофильных рельсов типа Р65 категории ДТ350 длиной 600 мм. Управление режимами изотермической выдержки после сварки осуществляли с помощью персонального компьютера с изменением программы промышленного контроллера SIMATIC S7–300 и программного обеспечения Simatic Step 7, позволяющего задавать режимы управляемого охлаждения. Управляющая программа написана на графическом языке LAD. Для поиска оптимальных режимов управляемого охлаждения проведен полный факторный эксперимент N = 2^k. Испытаны нетермообработанные стыки на трехточечный статический изгиб согласно СТО РЖД 1.08.002 – 2009 «Рельсы железнодорожные, сваренные электроконтактным способом». Испытания на статический изгиб проводили на прессе типа ПМС-320. Определены значения усилия, возникающего при изгибе P_изг, и величина стрелы прогиба f_пр, при которых происходит разрушение контрольного образца или максимальные значения этих показателей, если образец не разрушился во время испытаний. В ходе экспериментов получены регрессионные модели для выходных параметров усилия при изгибе и стрелы прогиба. Изучена макроструктура образцов и распределение твердости металла на поверхности катания сварного стыка рельсов. Разработан новый способ контактной стыковой сварки, который позволяет получать сварное соединение рельсов типа Р65 категории ДТ350 со свойствами, превосходящими технические требования СТО РЖД 1.08.002 – 2009.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция на увеличение объемов промышленного и гражданского строительства. Это в свою очередь вызывает необходимость увеличения производства строительных профилей и в особенности арматуры. Одним из перспективных путей увеличения производства арматуры на действующих прокатных станах является освоение технологии прокаткиразделения. Такая технология позволяет без больших капитальных затрат повысить производительность действующих мелкосортных станов и снизить энергозатраты. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, внедрение технологии прокатки-разделения на действующих предприятиях вызывает трудности, связанные с недостаточной освещенностью этого опыта в литературе. Приведен опыт внедрения технологии прокатки-разделения на действующем непрерывном мелкосортном стане. Исследования проведены на оборудовании, имеющемся в цехе и используемом для мониторинга загрузки главных двигателей. Изучены особенности распределения энергозатрат по клетям при классической прокатке и с использованием технологии прокатки-разделения арматуры № 10, № 14 из стали марок 35ГС и 3ПС. На экспериментальных графиках загрузки главных двигателей прокатного стана показано перераспределение энергозатрат по клетям черновой, промежуточной и чистовой групп при использовании технологии прокатки-разделения. Приведены в графическом виде данные по использованию мощности главных двигателей и распределению удельной нагрузки по клетям при классическом способе прокатки и с использованием технологии прокатки-разделения. Анализ полученных данных позволил выявить особенности энергопотребления при освоении технологии прокатки-разделения на действующем производстве. Показано, что использование технологии прокатки-разделения приводит к дополнительной нагрузке клетей чистовых групп. Количественно оценена экономия электроэнергии при внедрении технологии прокатки-разделения. Установлено, что с уменьшением номера арматуры эффективность увеличивается. Уменьшение энергозатрат при освоении технологии прокатки-разделения на действующем производстве связано с уменьшением машинного времени.

Проведены экспериментальные исследования методами горячих механических испытаний образцов на кручение и сжатие. Получены зависимости сопротивления пластической деформации рельсовых сталей, легированных хромом, от термомеханических параметров деформации (степень, скорость и температура деформации) и химического состава рассматриваемых сталей. По полученным данным повышение скорости и снижение температуры деформации обуславливает увеличение сопротивления пластическому деформированию, а влияние относительной деформации на сопротивление пластической деформации имеет нелинейный характер с выраженным максимумом при степени деформации порядка 0,25. С использованием методики множественного регрессионного анализа изучено влияние химического состава рельсовых сталей марок 76ХФ, 76ХСФ и 90ХАФ на их сопротивление пластической деформации. Повышение содержания углерода, марганца, ванадия, азота, серы и фосфора в фактическом интервале изменения их концентраций приводит к увеличению сопротивления рассматриваемых рельсовых сталей пластическому деформированию. Раскрыт механизм влияния перечисленных химических элементов на сопротивление рельсовых сталей пластической деформации. Аппроксимация полученных данных позволила определить интервал изменения сопротивления деформации при варьировании химического состава в рамках фактического интервала изменения содержания элементов. Величина указанного интервала составила до 19 % от абсолютного значения сопротивления деформации. При варьировании содержания химических элементов в интервале, оговоренном в ГОСТ на производство железнодорожных рельсов, величина интервала сопротивления деформации составила до 30%. Проверка адекватности полученных зависимостей, проведенная путем осциллографирования работы двигателей приводов обжимных клетей рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК» при прокатке непрерывно литых заготовок различного химического состава, позволила подтвердить выявленные закономерности.

Получение отливок заданного качества является основной задачей литейного производства. Одним из этапов технологии литья является затвердевание расплава в форме. При изучении процесса затвердевания отливок необходимо максимально полно учитывать все особенности теплообмена между отливкой и формой. Рассмотрено влияние различных теплофизических параметров сплава и материала литейной формы на формирование отливки. При анализе использованы оригинальные математические модели для расчета коэффициента и времени полного затвердевания отливок в песчано-глинистой и металлической формах, которые учитывает геометрические параметры отливки, основные теплофизические параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе отливка – форма и на поверхности формы. Проведен анализ зависимости времени и скорости затвердевания отливок от теплофизических параметров: теплоемкости, плотности, теплопроводности материала отливки и формы, удельной теплоты кристаллизации металла. Аккумулирующая способность и процесс аккумуляции тепла достаточно полно характеризуются значением коэффициента аккумуляции тепла. Коэффициент теплоаккумуляции практически определяет интенсивность потери тепла отливкой, что играет решающую роль в процессе формирования ее свойств. Поэтому этот параметр выбран для комплексного анализа характера тепловых процессов, протекающих в отливке и форме. Рассмотрено влияние толщины и коэффициента теплопроводности слоя кокильной краски на затвердевание отливок в металлических формах. Представлены основные расчетные формулы и исходные данные, используемые для расчета. Вычисления проведены для отливок типа бесконечная плита, бесконечный цилиндр, шар. Результаты проведенного моделирования параметров процесса затвердевания приведены в графическом виде. На примере различных сплавов расчетным путем показано, что при изменении состава и свойств материала формы можно изменять время и скорость затвердевания сплавов в широком диапазоне. При этом происходит управление процессами формирования структуры и свойств отливок.

При проведении исследований в качестве оксиджелезосодержащих материалов использовали прокатную окалину и шламы газоочистки кислородно-конвертерного цеха № 1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК», в качестве углеродистых восстановителей – полукокс из бурых углей Березовского месторождения Канско-Ачинского бассейна (температура полукоксования 750 °С), коксовую мелочь ПАО «Кокс» и пыль установки сухого тушения АО «ЕВРАЗ ЗСМК». Содержание общего железа, оксидов FeO и Fe2 O 3 составляет в окалине 73,3, 75,5 и 20,9 %, в шламе – 41,2, 4,7 и 53,7 %. Шлам содержит также 4,3 % общего углерода и 20,6 % СаО. Буроугольный полукокс, коксовая мелочь и коксовая пыль содержат углерода и летучих веществ на сухую беззольную массу 94,05 и 9,5, 97,50 и 2,1, 97,47 и 1,6 %. Для металлизации шихт составов окалина, шлам – полукокс, коксовые мелочь, пыль с добавлением 10 % водорастворимого связующего – мелассы – прессовали прочные безобжиговые брикеты. Термодинамические спрогнозированы и технологически определены режимы металлизации исследуемых шихтовых композиций. Определены степень металлизации и содержание металлического железа, составляющие при использовании буроугольного полукокса 97,5 и 90,2 % для окалины, 97,5 и 71,3 % для шлама, коксовой мелочи 70,7 и 61,9 % для окалины, 68,9 и 48,4 % для шлама, коксовой пыли 72,1 и 62,6 % для окалины, 69,2 и 48,2 % для шлама. Установлена возможность достижения при металлизации брикетированной шихты окалина – буроугольный полукокс при температуре 1173 К и длительности 40 мин степени металлизации 97 – 98 % при содержании 92 – 93 % общего железа, 89,8 – 90,6 % металлического железа, 2,8 – 3,2 % FeO, 0,06 – 0,08 % серы, 0,016 – 0,018 % Р, 1,7 – 1,9 % углерода, 1,0 – 1,2 % СаО, 0,25 – 0,35 % MgO.

Марганцевые руды подавляющего большинства отечественных месторождений отличаются невысоким качеством и относятся к труднообогатимым: при низком (18 – 24 %) содержании марганца и высоком (отношение P/Mn > 0,006) удельном содержании фосфора они имеют повышенное содержание железа и кремния. Основная (98,5 млн т (64,2 %)) часть балансовых запасов марганцевых руд сосредоточена на крупном Усинском месторождении в Кемеровской области. Кроме Усинского в Кемеровской области разрабатываются Кайгадатское (32,7 млн т), Дурновское (300 тыс. т), Селезеньское месторождения и участок Чумай. Для комплексного подхода к решению рассматриваемой проблемы необходимо технически и экономически обосновать все этапы (разведку месторождений, добычу и обогащение марганцевых руд, последующую их переработку и потребление) вовлечения в производство марганцевых руд месторождений Кемеровской области – Кузбасса. Высококачественные марганцевые концентраты по разработанной технологии кальций-хлоридного обогащения получают из карбонатных, в том числе высокофосфористых руд Усинского месторождения, бедных оксидных и железомарганцевых руд Селезеньского и Дурновского месторождений. Извлечение марганца из марганецсодержащего сырья в концентрат составляет не менее 90 %. Полученный концентрат содержит 58 – 64 % марганца, менее 0,01 % фосфора, 0,02 – 0,05 % оксида железа, 0,5 – 1,0 % кремнезема и следы серы. Термодинамические расчеты и экспериментальные исследования по обогащению полиметаллических марганецсодержащих руд участка Чумай позволили определить основные технологические параметры извлечения ценных компонентов. Применение оптимальных технологических параметров обогащения позволяет извлекать из сырья до 95 – 97 % марганца и 98 – 99 % никеля.

Рассмотрено модифицирование поверхности твердого сплава ВК10КС титаном совместно с бором способом импульсно-плазменного воздействия (электровзрывного легирования). При этом формируется сверхтвердый (нанотвердость 27 500 МПа) слой толщиной 2,0 – 2,5 мкм с низким (µ = 0,10) коэффициентом трения по сравнению с коэффициентом трения твердого сплава в спеченном состоянии (µ = 0,41). Этот слой состоит из мелкодисперсных высокотвердых фаз TiB₂, (Ti, W)C, W₂C (по данным растровой, просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа). Ниже располагается упрочненный (с нанотвердостью 17 000 МПа) приповерхностный слой (зона термического влияния) толщиной 10 – 15 мкм, идентифицированный карбидами W₂C и WC и легированный кобальтовой связующей. Этот слой плавно переходит в основу. Профилометрическими исследованиями установлено, что после электровзрывного легирования титаном с бором шероховатость увеличивается (Rа = 2,00 мкм) по сравнению с исходной (Rа = 1,32 мкм), но сохраняется в пределах технических требований (Rа = 2,50 мкм). Исследованиями выявлены изменения, возникающие в поверхностной карбидной и приповерхностной кобальтовой фазах при электровзрывном легировании. В карбидной фазе выявлены скопления дислокаций. В кобальтовой связующей выявлены деформационные полосы (полосы скольжения), единичные дислокации, а также мелкодисперсные выделения карбидов вольфрама). Указанное изменение можно объяснить стабилизацией кубической модификации кобальта, кристаллическая решетка которого обладает большим числом плоскостей скольжения при деформации и большей способностью к упрочнению по сравнению с гексагональной модификацией кобальта. Дополнительное легирование кобальтовой связующей положительно повлияет на эксплуатационную стойкость карбидовольфрамовых твердых сплавов в целом из-за своей стабилизации.

Методом молекулярной динамики проведено исследование влияния примесей легких элементов (углерода, азота и кислорода) на процесс кристаллизации в области тройного стыка границ зерен в никеле. В качестве границ зерен рассматривались границы наклона с осью разориентации <111>. Расчетная ячейка имела форму цилиндра, ось которого совпадала с линией тройного стыка и осью разориентации зерен. Вдоль оси цилиндра были наложены периодические граничные условия, атомы на боковой поверхности цилиндра были неподвижны. Для моделирования кристаллизации расчетная ячейка плавилась путем нагревания до температуры, значительно превышающей температуру плавления никеля. После того как моделируемый поликристалл становился жидким, включался термостат и проводилось выдерживание при постоянной температуре ниже температуры плавления. Жесткие граничные условия на боковой поверхности цилиндрической расчетной ячейки имитировали в данном случае фронты кристаллизации от трех центров кристаллизации. Область вблизи тройного стыка кристаллизовалась в последнюю очередь. В этой области концентрировались дефекты и свободный объем. Наличие примесей приводило к существенному замедлению скорости кристаллизации. При введении 10 % примесных атомов скорость движения фронта кристаллизации падала в несколько раз. Влияние примесей на скорость кристаллизации усиливалось в направлении C – N – O, что связано с отличием деформации кристаллической решетки, которую вызывают примесные атомы: чем больше эта деформация, тем сильнее примесные атомы тормозят фронт кристаллизации. Для примесных атомов углерода характерным было образование агрегатов при достаточно высоких концентрациях. Фронт кристаллизации задерживался на данных агрегатах. Атомы кислорода и азота не образовывали агрегатов, тем не менее вследствие вызываемых ими искажений кристаллической решетки также сильно тормозили фронт кристаллизации.

Представлены метод и инструментальная система моделирования и оптимизации технологических режимов процессов прямого восстановления металлов в агрегате струйно-эмульсионного типа. Рассмотрены этапы метода: постановка задачи (формирование целевых условий, выбор типа процесса, вида задачи и системы критериев оптимизации); выделение объекта исследования (задание параметров входных-выходных потоков, процесса, стадий и подпроцессов); термодинамическое моделирование для оценки конечного равновесного состояния (решается задача оптимизации по определению наилучших условий реализации процессов восстановления металлов из оксидов в модельных системах и разработка металлургической технологии путем нахождения оптимальных режимов и определения путей достижения этих режимов для заданных параметров выходного потока и процесса при оптимизации технико-экономических показателей). В рамках четвертого этапа разработан комплекс математических моделей, отражающих взаимосвязь потоков и процессов в металлургическом агрегате. Представлена структура инструментальной системы, в которой реализованы математические модели и алгоритм определения оптимальных технологических режимов металлургической технологии. Разработан комплекс критериев оптимизации. Приведена схема решения двухконтурной задачи оптимизации для решения оптимизационных задач: нахождение оптимальных условий протекания восстановительных процессов в термодинамических системах; определение оптимальных режимов технологий прямого восстановления металлов. Показано применение метода для разработки оптимальных технологических режимов процессов прямого получения металла в агрегате типа СЭР: получение металла из чугуна и прокатной окалины, прямое восстановление металла из пылевидных руд и железосодержащих техногенных материалов, получение марганцевых сплавов из карбонатных и оксидных руд, переработка титано-магнетитовых концентратов с практически полным разделением железо- и титансодержащей составляющих, прямое восстановления железа с попутным получением высококалорийного синтез-газа в агрегате струйно-эмульсионного типа.

Развертывание новых сервисных активов в эксплуатационной ИТ-среде связано с риском нарушений активов ее «базового» состояния. Такие нарушения вызывают отказы эксплуатируемых сервисов. Для снижения риска нарушений сервисные активы, подлежащие развертыванию, разбивают на релизы (подмножества сервисных активов), встраиваемые в ИТ-среду за один прием. Традиционный подход к формированию и развертыванию релизов использует сведения о структурных свойствах сервисов для прогнозирования числа отказов, обусловленных развертыванием каждого сервисного актива, каждого релиза, каждой поступившей заявки на развертывание. В результате задача управления развертыванием сервисных активов сводится к последовательному решению трех задач: определение количества релизов, определение состава релизов, построение расписания развертывания релизов. Указанный подход опирается на предположение о том, что некорректное развертывание релизов проявляется через отказы сервисов непосредственно после развертывания. На практике это допущение, как правило, не выполняется, так как применение различных сервисов пользователями, выявляющими отказы сервисов, носит циклический (ежедневный, еженедельный, ежемесячный, ежеквартальный, ежегодный) характер. Многие отказы сервисов могут быть обнаружены пользователями в периоды времени, достаточно удаленные от времени развертывания соответствующих ИТ-активов. Рассмотрен случай, когда процесс управления конфигурациями ИТ-провайдера металлургической компании хорошо развит, то есть конфигурационная база данных ИТ-провайдера содержит информацию о частоте использования различных сервисов в различные периоды времени. Сведения о динамике применения сервисов пользователями используются для прогнозирования временной последовательности отказов эксплуатируемых сервисов, обусловленной развертыванием каждой заявки. В результате задача формирования и календарного планирования развертывания релизов формализована в виде дискретной задачи нелинейного программирования, процедура решения которой позволяет одновременно определять количество релизов, их состав и расписание их развертывания.

Изучение научных трудов отечественных исследователей, а также официальных методик, посвященных различным вопросам оценки результатов функционирования предприятий, позволило сделать вывод о том, что указанные методики, в основном, не ориентированы на учет отраслевой специфики производственно-хозяйственной деятельности, факторов внешней среды. В условиях нарастания скорости изменений наличие инструментария стратегического управления, позволяющего четко идентифицировать позицию предприятия в одноименном отраслевом сегменте, корректировать стратегию, и, тем самым, повышать экономическую эффективность его деятельности, остро востребовано. Исследование основано на методологическом посыле о том, что предприятия, сохранившие устойчивость в условиях кризисных процессов в экономике, реализуют корпоративные стратегии эффективно. Авторами впервые проведена интегральная оценка результатов реализации корпоративных стратегий 28 предприятиями черной металлургии России в условиях кризиса 2014 г. В процессе оценки использован методический инструментарий, базирующийся на методологии бенчмаркинга, анализе разрывов, процессном подходе, применении комплексов ключевых показателей, характеризующих эффективность реализации базовых функциональных стратегий. К базовым функциональным стратегиям относим финансовую, маркетинговую, технико-технологическую стратегии и стратегию управления человеческими ресурсами. По мнению авторов успешная реализация именно этих стратегий имеет существенное значение для обеспечения устойчивости предприятия. За счет выделения в 2014 г. «лучших в классе» предприятий черной металлургии и «потенциальных банкротов» были определены границы «коридора», позволяющего идентифицировать текущую позицию конкретного предприятия в исследуемом отраслевом сегменте. Оценка разрывов текущих значений интегральных показателей эффективности реализации базовых функциональных и корпоративной стратегии по сравнению с «лучшими в классе» предприятиями и «потенциальными банкротами» расширяет возможности существующих подходов к стратегическому управлению. Предлагаемый методический инструментарий позволяет повысить стратегическую гибкость предприятий реального сектора экономики в условиях высокой изменчивости факторов внешней среды.

Представлена ретроспектива научной и учебной деятельности творческого коллектива кафедры прикладных информационных технологий и программирования. В момент организации (в 1980 г.) коллективом кафедры была поставлена задача: создать специалистов нового плана (проблемных программистов), одновременно владеющих методами исследования и математического описания конкретных объектов (в том числе металлургических) и программирования для ЭВМ. По специальному приказу Министерства высшего образования РСФСР была создана в опытном порядке новая специализация: «Математическое обеспечение и ЭВМ в металлургии», которая после 20-летнего педагогического эксперимента переросла в специальность «Информационные системы и технологии (по отраслям)». Кафедра начала первой выпускать таких специалистов не только в регионе, но и в стране, этот опыт затем был воспринят другими вузами. Коллектив вновь созданной кафедры одним из первых в стране начал создавать математические модели металлургических процессов, а затем тренажеры и обучающие системы на их основе. В качестве педагогической концепции был принят деятельностный подход к обучению на основе математической модели конкретной предметной области, многолетний опыт применения такого подхода показал его высокую эффективность. Впервые в мировой металлургии создана концепция и комплекс моделей принципиально нового металлургического процесса и агрегата с элементами самоорганизации, отличающегося на порядок меньшим удельным объемом и в полтора раза меньшими энергозатратами. Совместно с проектировщиками и специалистами Запсибметкомбината создана крупномасштабная опытная установка процесса и агрегата СЭР, на которой подтверждена правильность выдвинутой концепции, отработаны основные конструктивные моменты, показана практическая реализуемость ряда новых разработанных технологий. В процессе создания нового процесса разработаны программно-инструментальные системы: алгоритм расчета взаимосвязанных параметров процесса и агрегата, система «Инжиниринг – Металлургия», система моделирования сложных процессов теплообмена, система имитационного моделирования от уровня частиц с использованием метода Монте-Карло.