Проведен анализ современного состояния производства редкоземельных металлов (РЗМ) в России и в мире. Приведены сведения о выпуске РЗМ в разных странах мира и о новых зарубежных проектах по добыче и переработке РЗМ. Представлен баланс производства, экспорта и импорта сырья и продукции с РЗМ, в том числе по скандию и иттрию, в России. Рассчитан максимальный объем потребления РЗМ в России с учетом импортируемой продукции с РЗМ. Эти данные сравниваются с другими странами, в том числе с бывшим СССР. Большое внимание уделено применению РЗМ в металлургии. Приведены данные о влиянии РЗМ на свойства чугуна и стали. Даны сведения о применяемых формах РЗМ для их использования в черной металлургии России. Изучена структура потребления РЗМ по отраслям черной и цветной металлургии. На примере двух предприятий (одно из них специализируется на массовом производстве, а второе – на специальных сталях) изучена структура потребления РЗМ для легирования стали по типам и сферам ее применения. Исследованы особенности развития потребления РЗМ в черной металлургии России, рассчитан объем потребления, приведены данные об импорте сырьевых материалов с РЗМ для металлургии, даны сведения о производителях ферросплавов с РЗМ в России. Проанализирован спектр продукции черной металлургии с РЗМ. Проведено сравнение потребления РЗМ в металлургии России и зарубежных стран. Рассмотрены причины недостаточного потребления РЗМ в металлургии России, дана оценка по изменению объемов производства отдельных типов стали и чугуна, выработаны рекомендации по росту потребления РЗМ в металлургии.

Существуют две основные группы связующих добавок: органические и неорганические для агломерационного процесса и спекающие для производства стали. В данной работе изучено влияние композиционного связующего на обжиг монгольских брикетов из железорудного концентрата «Tumurtei» в атмосфере воздуха с целью выявления оптимальных параметров их поведения при обжиге с тремя различными связующими MHA для прямого восстановления. Лигнит содержит органические и неорганические вещества и, согласно многим предшествующим исследованиям, он может быть сырьем для извлечения композиционного связующего. Прессованный железный концентрат со связующим MHA подвергали процессу окисления и восстановления в электропечи. Оптимальные условия экспериментов были следующими. Параметры процесса брикетирования выполнены в соответствии с испытанием на сжатие без связующего при давлении 0,75 т·см^–2 , времени прессования 5 с, содержании влаги 8 %, окислении при 950 °C в потоке воздуха в течение 10 мин и восстановлении при 1100 °С в атмосфере СО. В результате связующее MHA, извлеченное из лигнита «Baganuur», повлияло на степень восстановления сильнее, чем два других связующих в этом исследовании. Общее содержание железа в восстановленном продукте достигло 98,33 % с 1 % МНА, извлеченного из лигнита «Baganuur». Степень восстановления выражена потерей кислорода.

В статье рассмотрены вопросы, связанные с эффективностью процессов фильтрации металлических расплавов в зависимости от размеров неметаллических включений, параметров пенокерамических фильтров и вариантов их расположения. Исследования влияния основных конструктивных элементов на процессы фильтрации никелевых расплавов в процессе разливки в вакуумно-индукционной установке проводились на низкотемпературных физических моделях. Моделирование процессов фильтрации расплавов основано на гидродинамическом подобии процессов движения потоков расплава и неметаллических включений в разливочных емкостях. Разработана методика моделирования, определены масштабы и изготовлена модельная установка. Рассмотрено влияние схемы расположения фильтрационных и разделительных перегородок на динамику потоков металла, неметаллических включений и эффективность фильтрации. Эффективность процесса фильтрации никелевых расплавов рассмотрена в зависимости как от технических параметров самого фильтра (эффективной поверхности фильтрации, толщины фильтра, размеров каналов, количества каналов на единицу площади), а так и от типа и размеров неметаллических включений, особенностей конструкции разливочного устройства и схемы расположения фильтра. Установлено, что на общую эффективность фильтрации оказывает влияние скорость и равномерность распределения потоков расплава перед фильтром. Для обеспечения равномерного распределения скоростей потоков расплава перед фильтром устанавливается разделительная перегородка с перепускными отверстиями, расположение которых и их число также являлось предметом исследования. В результате проведенных исследований установлены зависимости между эффективностью фильтрации, размерами и видом неметаллических включений при использовании вертикальных и горизонтальных пенокерамических фильтров в процессе разливки никелевых расплавов в промежуточные разливочные емкости вакуумно-индукционной установки. Определено, что при вертикальном расположении фильтра эффективность его работы выше, чем при горизонтальном. Дополнительным средством повышения эффективности работы фильтрационной системы является использование разделительной перегородки. Определено оптимальное количество отверстий и расположение перегородки в разливочной емкости, обеспечивающие равномерное распределение потоков расплава по высоте перед фильтром и увеличение времени его работы.

Повысить прочностные свойства железорудных окатышей можно различными способами, одним из которых является применение магнийсодержащих флюсов. Применение оксида магния для получения железорудных окатышей позволяет увеличить температуру начала размягчения и уменьшить температурный интервал размягчения при прямом восстановлении железа. При обжиге с температурой около 1300 °С возможно получение готовых обожженных окатышей с высокой холодной и горячей прочностью. В настоящее время наиболее распространена такая флюсующая добавка к окатышам, как доломит CaCO₃ ·MgCO₃ , в котором содержание оксида магния может быть от 17 до 22 %. Однако при необходимости увеличения оксида магния в окатышах приходится увеличивать дозировку доломита, но при этом уменьшается содержание железа, что влечет за собой уменьшение выхода «годного» в последующем переделе. Одним из флюсов, содержащих магний, является брусит. Если его сравнить с доломитом, то в чистом брусите содержание оксида магния в три с лишним раза выше. Основой флюса «Флюмаг М» является брусит. Содержание оксида магния составляет в нем не менее 55 %. В данной работе представлены серии лабораторных исследований по влиянию дозировки флюса «Флюмаг М» на основе брусита на комкуемость шихты и такие свойства железорудных окатышей, как прочность на сжатие, удар и истирание. Проведены испытания по получению сырых и обожженных окатышей с применением флюса «Флюмаг М». Осуществлена сравнительная характеристика прочностных свойств полученных окатышей, офлюсованных «Флюмаг М» и известняком. Содержание связующего, бентонита и магнетитового концентрата, для всех экспериментов оставалось неизменным. Результаты данных экспериментов указывают, что «Флюмаг М» не препятствует комкуемости шихты. Прочность сырых окатышей на сброс и сжатие с флюсом «Флюмаг М» имеет небольшие отклонения от окатышей с добавлением известняка. Обожженные окатыши с добавлением флюса «Флюмаг М» обладают более высокой прочностью, чем с известняком. Самое большое различие в прочностных свойствах наблюдается при содержании 2 % флюса.

Приведены результаты исследования по влиянию режимов объемной электродуговой наплавки на геометрическую точность о тов типа «куб» (20×20×20 мм) из стальных присадочных материалов 09Г2С и 06Х19Н9Т. Установлено, что при наплавке образцов из стали 09Г2С фактические размеры по длине и ширине в основном превышают, а по высоте меньше заданных размеров модели. Это может быть связано с повышенным растеканием расплава по подложке при формировании первых слоев. Определен оптимальный режим наплавки объектов типа «куб» из стали 09Г2С. При наплавке образцов из стали 06Х19Н9Т растекания не происходит, однако все фактические размеры получились меньше по отношению к заданным. Вероятно, это обусловлено влиянием усадочных процессов, протекающих в наплавляемых слоях в процессе их затвердевания. Для образцов из стали 06Х19Н9Т наиболее оптимальным является режим, при котором уменьшение размеров по длине и ширине составило не более 2,5 %, а по высоте – 13,5%. Исследования по влиянию напряжения сварочной дуги и марки присадочного материала на ширину наплавляемой дорожки подтвердили склонность стали 09Г2С к растеканию по подложке во всем исследованном интервале напряжения (11 ÷ 19 В). Изучена микроструктура наплавленных образцов. Механические испытания при комнатной температуре на растяжение наплавленных образцов показали, что они обладают приемлемым комплексом механических свойств, превышающих справочные значения. Это подтверждает, что процесс формирования идет с высоким качеством без образования зон несплавления и пористости.

Проблема снижения выбросов диоксида серы с дымовыми газами угольных тепловых электростанций (ТЭС) является для отечественной энергетики весьма актуальной в связи с ежегодным ростом объемов добычи угля. В настоящей работе проведен анализ статистических данных в области добычи угля, описано текущее состояние в области газоочистки и золоулавливания в горно-металлургической отрасли РФ. Для регулирования выбросов загрязняющих веществ стационарными источниками в России ввели систему предельно допустимых и временно согласованных выбросов (ПДВ и ВСВ). Страна принимает участие в международных программах, направленных на защиту окружающей среды от вредного воздействия человеческой деятельности. Несмотря на общую динамику снижения уровня загрязнения воздуха на территории РФ, выбросы предприятий горно-металлургической отрасли лишь увеличиваются. Это связано с недостатками технического состояния и эксплуатации пылегазоочистного оборудования на предприятиях электроэнергетики. Основными из них являются моральный и физический износ парка оборудования, необходимость реконструкции и модернизации устройств. Средняя степень очистки дымовых газов от золы на российских ТЭС составляет 95,5 %, что заметно меньше, чем за рубежом. Эффективность используемых газоочистных установок не соответствует современным экологическим требованиям. Дымовые газы на ТЭС от оксидов серы и азота не очищаются, практически отсутствуют приборы непрерывного контроля над выбросами ТЭС. В работе приведено обоснование перехода предприятий на наилучшие доступные технологии в области газоочистки. Использование системы кондиционирования газов позволяет на 30 – 40 % сократить объем средств, затрачиваемых на сооружение электростатических фильтров. В последние годы в связи с появлением новых технологий сжигания угля создаются фильтры для очистки горячих газов, изготовленные из керамических материалов. Проведен анализ состояния газоочистки и золоулавливания в горно-металлургической отрасли РФ. Изучена степень воздействия предприятий горно-металлургической отрасли на атмосферу. Осуществлена оценка текущего состояния газоочистного оборудования на предприятиях. Приведено обоснование перехода предприятий на наилучшие доступные технологии в области газоочистки.

Для прогнозирования химического состава жаропрочных высокохромистых сталей с ферритно-мартенситной структурой (ХФМС) (с числом легирующих элементов до 10 и таким же числом параметров технологии получения и термической обработки) необходима математическая модель. В настоящей работе проведен поиск зависимостей предела текучести и предела прочности ХФМС от содержания легирующих элементов и температуры испытания без анализа технологических факторов ввиду их однотипности. Анализ проведен на базе совокупности экспериментальных данных, включающих в себя 63 испытания на растяжение при 20 – 720 °С образцов из 10 марок сталей. Предложены регрессионные мультипликативные зависимости, учитывающие через соответствующие сомножители в экспоненциальной и степенной форме твердорастворное и дисперсионное упрочнение, общее температурное разупрочнение стали, содержание углерода, суммарное содержание молибдена и вольфрама, упрочняющее воздействие марганца. Оценки влияния азота и кремния на прогнозные характеристики прочности показали, что сомножитель, учитывающий влияние азота, улучшает модель и является необходимым в общей формуле, а введение в модель сомножителя, учитывающего содержание кремния, модель ухудшает. Введение сомножителя от кремния в формулу может оказаться необходимым при анализе сталей с повышенным содержанием кремния (типа ЭП-823). Экспериментальный факт тесной связи пределов текучести и пределов прочности для исследуемых ХФМС сталей позволил использовать найденную для предела текучести форму уравнения и прогноза для предела прочности, отличающуюся лишь коэффициентами при переменных. Отклонение рассчитанных модельных пределов текучести и пределов прочности от экспериментальных составляет 13 – 18 %. Приведен пример анализа поведения предела текучести сталей с экспериментальными химическими составами. Показано, что найденные зависимости для предела текучести и предела прочности являются устойчивыми по отношению к увеличению размеров матрицы экспериментальных данных: с ростом числа опытов от 94 и выше коэффициент вариации V монотонно снижается вплоть до максимального размера массива в 299 опытов.

Исследовано влияние режимов ручной электродуговой наплавки покрытий электродами Т-590 на низколегированную сталь 09Г2С на их структуру и твердость. Показано, что при импульсно-дуговой наплавке покрытий электродами формируется мелкодендритная структура наплавленного металла. Микроструктура зоны термического влияния после наплавки состоит из нескольких участков: зона перегрева с видманштеттовой структурой и зона нормализации с характерной мелкозернистой феррито-перлитной структурой. В исходном состоянии основной металл (сталь 09Г2С) имеет твердость ~2500 МПа. Твердость материала наплавленного покрытия из-за сильного перемешивания с металлом стали равна примерно 2700 – 3000 МПа, а зоны термического влияния составляет 2100 – 2300 МПа. При нанесении покрытия на режиме постоянного тока температура нагрева наплавочной ванны выше, что, как следствие, вызывает рост зерна. При нанесении покрытия на импульсных режимах, путем направленного низкочастотного высокоэнергетического воздействия электрической дуги на формируемый металл, за счет постоянного возвратно-поступательного движения расплава с частотой модуляции тока формируется структура, имеющая меньшие размеры составляющих. Установлено, что применение метода импульсно-дуговой наплавки позволяет сохранить в наплавленных покрытиях сформированные ранее упрочняющие фазы.

Предложено математическое описание процесса теплопроводности в полуограниченном теле и сравнительно простой алгоритм численно-аналитического расчета температуропроводности а т материала путем решения обратной задачи теплопроводности. Для решения задачи необходимы значения температур поверхностей неограниченной пластины, полученные в результате теплофизического эксперимента. Пластину можно условно считать полуограниченным телом, пока число Фурье Fo ≤ Fo_к (Fo_к ≈ 0,04 – 0,06). Принято, что распределение температур по сечению прогретого слоя пластины R достаточно точно описывается степенной функцией, показатель которой линейно зависит от числа Фурье. Получено простое алгебраическое выражение для расчета а_т в интервале времени ∆τ по динамике изменения температуры Т(R_п , τ) поверхности пластины толщиной R_п , нагреваемой при граничных условиях второго рода. Температура второй поверхности пластины Т(0, τ) используется только для определения момента времени окончания эксперимента τ_к. Момент времени τ_к , в который температурное возмущение достигнет адиабатной поверхности х = 0, можно установить по условию Т(R_п , τ_к) – Т(0, τ = 0) = 0,1 К. Предложена методика приближенного расчета динамики изменения глубины прогретого слоя R по значениям R_п, τ_к и τ. Вычисление а_т для интервала времени ∆τ сводится к итерационному решению системы из трех алгебраических уравнений путем подбора числа Фурье, например, используя стандартную процедуру Microsoft Excel. Выполнена оценка точности расчета а т по тестовому (исходному) температурному полю пластины из огнеупорного материала толщиной R_п = 0,05 м, рассчитанному методом конечных разностей при начальном условии Т(х, τ = 0) = 300 (0 ≤ 1 х ≤ R_п) при радиационно-конвективном нагреве. Время нагрева τ_к составило 260 с. Расчет a_т, i выполнен для десяти моментов времени τ_i+1 = τ_i + Δτ, ∆τ = 26 с. Среднемассовая температура прогретого слоя за все время τ_к составила Т = 302 К. Среднеарифметическое абсолютное отклонение a_т (Т = 302) от исходного значения a и при такой же температуре составило 2,8 %. Применение метода позволит значительно упростить проведение и обработку экспериментов для определения температуропроводности материалов.

Предложен вариант количественной оценки обрабатываемости металлов давлением по стандартным методам испытаний механических свойств. Использован комплексный показатель, определяемый как средневзвешенное геометрическое трех показателей, характеризующих пластичность, упрочняемость и энергоемкость деформации сплавов. Получены связи научных и инженерных характеристик оценки деформируемости для использования результатов научных исследований в заводской практике, ориентируясь на стандартные методы испытаний. Приведен пример использования полученных формул для ряда сталей и сплавов в процессах обработки металлов давлением. Проведена проверка предложенной методики по известным данным. Оценка комплексных показателей обрабатываемости сделана по шкале желательности Харрингтона. Предложенная методика может использоваться для оценки обрабатываемости новых сталей и сплавов.