В основу разработки рационального состава основных магнезиальных шлаков и технологических приемов их формирования по периодам продувки конвертерной ванны и периодам плавки в дуговой сталеплавильной печи положены результаты фундаментальных исследований физико-химических свойств шлаков. Реализация в конвертерном цехе ОАО «ЕВРАЗ НТМК» разработанного комплекса технологических приемов формирования в основное время продувки магнезиальных шлаков, обладающих низким агрессивным воздействием на футеровку конвертеров, с сохранением высоких рафинирующих свойств и износоустойчивого гарнисажа на базе магнезиальных конечных шлаков обеспечила рекордную стойкость футеровки конвертеров. Стойкость футеровки конвертеров превышает 7000 плавок, при этом сохраняются высокие технологические и технико-экономические показатели процесса. В работе по переделу низкомарганцовистых чугунов в 350-т большегрузных конвертерах АО «ЕВРАЗ ЗСМК» под магнезиальными шлаками изучены особенности шлакообразования и изменения химического состава шлака по периодам продувки конвертерной ванны. При переделе фосфористых чугунов в 300-т кислородных конвертерах на АО «АрселорМиттал Темиртау» разработан комплекс технологических приемов формирования магнезиальных шлаков рекомендованного химического состава по периодам продувки фосфористых чугунов и износоустойчивого гарнисажа на базе  конечных магнезиальных шлаков умеренной основности. Реализация разработанных технологических приемов обеспечила стойкость футеровки кислородных конвертеров более 5000 плавок с сохранением высоких технологических и технико-экономических показателей фосфористого передела. В ЭСПЦ ПАО «Северский трубный завод» разработана технология формирования по периодам плавки ДСП-135 магнезиальных шлаков рационального состава. Внедрение технологии обеспечило рекордную стойкость огнеупорной футеровки печи более 1900 плавок за кампанию и высокий уровень технологических и технико-экономических показателей процесса.

Представлен анализ необходимости работ по совершенствованию составов имеющихся конструкционных материалов ответственного назначения в направлении создания металломатричных материалов, в которых объединена высокопластичная металлическая основа и тугоплавкие высокопрочные высокомодульные наполнители. Для сплавов на основе железной матрицы предпочтительными являются дисперсные частицы оксида иттрия (Y2O3 ) из-за их стабильности при температурах пирометаллургических процессов и инертности в отношении компонентов сплава. Рассмотрена технология получения новых материалов за счет введения дисперсных частиц в жидкий расплав при разливке с использованием машины центробежного литья для получения полой (трубной) заготовки. Показана возможность повышения механических и эксплуатационных свойств металломатричных материалов в сравнении с мономатериалом. Приведены результаты термодинамического моделирования высокотемпературных процессов, происходящих в системе оксид иттрия – металлическая матрица (расплав). Моделирование проведено с использованием программного комплекса FactSage. В качестве моделирующего состава матричного материала использовали состав, соответствующий стали марки 12Х18Н10Т. Расчеты выполнены из соотношения 1 г добавки оксида иттрия на 100 г матричного металлического расплава. Из результатов моделирования можно сделать вывод, что введенный дисперсный порошок оксида иттрия не взаимодействует с компонентами сплава, не диссоциирует и не претерпевает аллотропических превращений. Показана целесообразность проведения экспериментов по получению отливок центробежного литья с применением оксида иттрия в качестве упрочняющей фазы с целью возможного повышения радиационной стойкости. Обозначены направления разработки наиболее эффективной технологии создания металлических материалов на основе железной матрицы, дисперсно-упрочненной оксидом иттрия.

В лабораторных условиях на образцах рельсовой стали изучено влияние режимов сварки с последующей изотермической выдержкой на качественные показатели сварного стыка. Сварку образцов осуществляли путем пропускания импульсов переменного электрического тока после сварки. Сварку проводили на машине для контактной стыковой сварки МС-2008М с внесением ряда изменений в управляющие воздействия. Для измерения температуры металла в зоне термического влияния (ЗТВ) использовали хромель-алюмелевые термопары. Сбор и обработку данных от термопар осуществляли с помощью измерительного комплекса «Tempol». Температуру металла сварного шва (где нет возможности установить термопару) измеряли с помощью тепловизора HotFind-D. Представлены результаты эксперимента и физико-механические свойства образцов: твердость HB, протяженность ЗТВ, предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение, наличие неметаллических включений в металле шва. Проведен расчет отклонений твердости (понижение-повышение, суммарное отклонение) на поверхности сварного соединения образцов относительно требований, установленных ГОСТ Р 51685 – 2013. Предложен способ контактной стыковой сварки, который позволяет получать сварное соединение изделий из рельсовой стали с равномерным распределением твердости и малой зоной термического влияния. Определена зависимость микротвердости от объемной доли структурных составляющих. Построены модели влияния параметров импульсного контактного послесварочного подогрева на понижение твердости металла сварного соединения относительно твердости основного металла и на протяженность зоны термического влияния. Предлагаемый способ позволяет регулировать структуру металла сварного соединения рельсов, не прибегая к дополнительной локальной термической обработке.

Проведен анализ загрязнения атмосферы города Новокузнецк за пять лет по загрязняющим веществам, источникам загрязнения, видам экономической деятельности, административным районам. Наибольшая доля в массе выбросов в воздух города приходится на CO (61,8 %), SO₂ (17,4 %), твердые вещества (11,3 %), NO₂ (5,9 %), CH₄ (1,8 %). Показана динамика валовых выбросов по годам. Запланированная реализация утвержденных мероприятий национального проекта «Экология» даст возможность уменьшить к 2024 году загрязнения атмосферного воздуха в городе более чем на 20 %, что соответствует федеральному проекту «Чистый воздух». В свете запланированного производственными предприятиями города подготовлены природоохранные программы, с проведением контроля в ходе их исполнения специалистами в области охраны окружающей среды при администрации города и при участии общественного контроля. Проведены различные мероприятия: введены в эксплуатацию автоматические стационарные посты для отслеживания в реальном времени загрязнения воздуха, приобретена передвижная лаборатория для проведения замеров городского воздуха. Для улучшения обращения с отходами в городе реализуются проекты по раздельному сбору. В городе существует и развивается экологический актив, чьи идеи и проекты находят всеобщее понимание и формируют экологическое мировоззрение у общественности города. За период с 2014 по 2018 гг. показаны тенденции изменения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу города Новокузнецк, даны уточнения и объяснения наблюдаемых тенденций изменений количества выбросов.

Представлены результаты апробации применения полукокса в качестве углеродистого восстановителя при производстве марганцевых и кремнистых сплавов. Установлена принципиальная возможность использования полукокса в составе углеродной части шихты в качестве базового восстановителя для производства ферросиликомарганца. Отмечено, что новый восстановитель в чистом виде работает хуже, чем в смеси с углем. Показано, что наибольший синергетический эффект при производстве ферросиликомарганца достигнут при работе полукокса вместе с углем, при этом достигнуты максимальная производительность печи 43 т/сутки, максимальный коэффициент извлечения 87,9 %, минимальное удельное образование пыли 49 кг/т сплава. Выявлено, что при производстве ферросилиция использование нового восстановителя не дало существенного положительного эффекта, в том числе из-за его низкой структурной прочности. Отмечено, что на производительность печи влияют структура и вид восстановителя: при использовании в шихте восстановителя с более высокой реакционной способностью возможно получение более высоких производственных показателей печи. При производстве ферросилиция изменение удельного пылеобразования тесно связано с уровнем суточного производства и удельным расходом электроэнергии и может служить индикатором работы печи. Производительность печи при прочих равных условиях определяется величиной вводимой полезной мощности. При избытке углерода в шихте увеличение полезной мощности приводит к незначительному увеличению производительности печи, но при этом существенно увеличивается расход электроэнергии и удельное пылеобразование. Влияние технологических факторов на технико-экономические показатели плавки определяется степенью посадки электродов в печи.

Одним из самых проблемных мест технологии складирования отходов переработки рудного сырья в подземное выработанное пространство и хвостохранилища с добавкой отвердителя являются хвосты гидрометаллургического завода (ГМЗ), которые направляются по пульпопроводу в хвостохранилище в виде пульпы с соотношением по массе твердое:жидкое 1:2. Жидкая фаза пульпы после отстаивания и осветления в хвостохранилище возвращается в технологический цикл на ГМЗ. Рассматриваемая технология складирования имеет ряд недостатков: высокие единовременные капитальные затраты на строительство хвостохранилища на полную проектную мощность; большая вероятность миграции вредных химических веществ в подземные воды при повреждении защитных экранов основания или бортов хвостохранилища. В ходе исследования использовали данные литературных источников и патентной документации в области обоснования параметров хранилищ, результаты лабораторных и производственных экспериментов. Проводили физическое моделирование и подбор составов твердеющих смесей. Выполнены аналитические исследования, сравнительный анализ теоретических и практических результатов по стандартным и новым методикам. Установлена возможность использования твердеющих смесей с применением в качестве вяжущего отходов смежного производства. Предложен оптимальный состав ингредиентов на 1 м3 твердеющей смеси. Предложенная технология складирования отходов переработки рудного сырья в подземное выработанное пространство и хвостохранилища с добавкой отвердителя позволяет при производственной мощности предприятия 1500 тыс. т/год хвостов использовать 50 – 55 % для закладки подземного выработанного пространства. Оставшуюся часть, соединенную с вяжущим материалом, можно складировать в хранилище. При заполнении связанными хвостами всей существующей площади зеркала хвостохранилища на высоту 10 м и производительности ГМЗ до 1,5 млн т в год срок эксплуатации хвостохранилища продлевается на 50 лет.

Методами современного физического материаловедения выполнен анализ структурно-фазовых состояний и трибологических свойств стали 12Х18Н10Т, подвергнутой электровзрывному легированию титаном и бором и последующей электронно-пучковой обработке в различных режимах по плотности энергии пучка электронов и длительности импульса воздействия. Установлено, что электровзрывное легирование стали титаном и бором приводит к формированию поверхностного слоя с многофазной субмикро-нанокристаллической структурой, характеризующейся наличием микропор, микротрещин и микрократеров. Комплексная обработка, сочетающая электровзрывное легирование и последующее облучение высокоинтенсивным импульсным электронным пучком, приводит к формированию многофазного субмикроанокристаллического поверхностного слоя толщиной до 60 мкм. Показано, что фазовый состав поверхностного слоя стали определяется соотношением масс титана и бора при электровзрывном легировании. Микротвердость модифицированного слоя определяется относительной массовой долей боридов титана в поверхностном слое и может более чем в 18 раз превышать микротвердость стали в исходном (перед электровзрывным легированием) состоянии. Определены режимы комплексной обработки, при которых формируется поверхностный слой, содержащий исключительно бориды титана и интерметаллиды на основе титана и железа. Максимальное (примерно 82 % (по массе)) содержание боридов титана наблюдается при обработке стали по режиму с наибольшей массой порошка бора в навеске (mB = 87,5 мг; mTi /mB = 5,202). При уменьшении массы порошка бора относительное содержание боридов в поверхностном слое стали снижается. Установлено, что комплексная обработка стали сопровождается повышением микротвердости поверхностного слоя в семь раз, износостойкость стали увеличивается более чем в девять раз.

Поставлена и решена объемная задача определения напряженно-деформированного состояния (НДС) металла в очаге деформации при формировании разделяющими выступами калиброванных бойков из сляба трех сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Обоснована целесообразность использования этой установки для продольного разделения непрерывнолитого сляба на ряд сортовых заготовок. Приведена калибровка бойков с разделяющими выступами для получения за один проход трех сортовых заготовок, соединенных перемычками. Показано объемное изображение таких заготовок. Описана технология их получения на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Изложена постановка задачи и приведены исходные данные и граничные условия для определения НДС металла в очаге деформации при формировании калиброванными бойками установки трех стальных сортовых заготовок с использованием пакета ANSYS. Приведены зависимости модуля упругости и сопротивления деформации от температуры и степени деформации для стали марки Ст3сп. Описаны использованные при расчете НДС металла в очаге деформации твердотельные конечные элементы и приведены размеры сетки. Результаты расчета НДС металла в очаге деформации при получении из непрерывнолитого сляба трех стальных сортовых заготовок на установке совмещенного процесса получены решением задачи упругопластичности методом конечных элементов в объемной постановке. Результаты расчета перемещений и напряжений в очаге деформации представлены в виде графиков и таблиц по рабочим поверхностям в четырех поперечных сечениях и взяты для характерных точек. Определены величины и закономерности распределения осевых перемещений по ширине и длине очага деформации при внедрении разделяющих буртов бойка в непрерывнолитой сляб при получении трех стальных сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации.

Переработка используемых в металлургической промышленности сыпучих материалов для получения необходимых классов крупности требует использования дробильных машин, в том числе и одновалковых. Показателями процесса дробления являются степень и эффективность дробления. Степень дробления оценивается отношением размеров исходного дробимого и получаемого кусков, зависит от величины зазора между валком и неподвижной щекой. В Сибирском государственном индустриальном университете спроектирована, изготовлена и запатентована опытно-экспериментальная установка для проведения исследований процесса дробления. Установка представляет собой однοвалκοвую дрοбилку с упором на валκе. Проведена серия экспериментов по дрοблению различных образцов (по форме, размеру и прοчнοсти). Описана методика проведения эксперимента и конструкция однοвалκοвой дрοбилки с упором на валке. Представлены результаты разрушения образцов изотропного материала, изготовленных из цементно-песчанной смеси, правильной (сферической) формы. Образцы из изотропного материала позволяют сравнивать аналитические выводы определения положения плоскости действия максимальных касательных напряжений с экспериментальными данными. Также разрушены образцы из анизотропного материала (на примере ферросплава). Экспериментально определено, что чем больше величина зазора между валком и неподвижной щекой, тем крупнее размер фракции готового продукта и меньше переизмельчение, чем при дроблении такого же куска при меньшем зазоре. При этом степень дробления в однοвалκοвой дрοбилке с упором на валκе не может быть равна 4 и более. Доказано, что разрушение изотропных материалов происходит по плоскости действия максимальных касательных напряжений. Анизотропные материалы разрушаются в зависимости от величины зазора между валком и щекой как по плоскости действия максимальных касательных напряжений, так и по плоскостям наименьшего сопротивления.

Экспериментально подтверждена возможность селективного твердофазного восстановления железа из оолитовой руды. Твердофазное восстановление проводили при температурах 850 и 1000 °С в атмосфере оксида углерода СО и в смеси с твердым углеродом. Распределение железа и фосфора исследовано с помощью электронного сканирующего микроскопа. Установлено, что при температуре 1000 °С минимальное количество фосфора (до 0,3 %) переходит в металлическую фазу при восстановлении оксидом углерода СО. При восстановлении в смеси руды с углеродом содержание фосфора в металлической фазе достигает 1,0 – 1,3 % даже при 850 °С. Проведено термодинамическое моделирование процессов при восстановительном обжиге оолитовой руды в зависимости от температуры (1000 – 1400 К) и количества углерода в системе. Показано, что температура восстановления и степень восстановления фосфора меняются в зависимости от соотношения CO и CO2 в газовой фазе. При температуре меньше 892 °С фосфор не восстанавливается, а все железо находится в металлической фазе. С увеличением количества углерода в системе в металлической фазе появляется фосфор. При избытке углерода в системе весь фосфор находится в металлической фазе уже при 892 °С. Таким образом, при определенном количестве углерода в системе и, соответственно, при определенном соотношении CO и CO2 в составе газовой фазы возможно селективное восстановление железа без восстановления фосфора даже при температуре 1100 °С. Сравнение экспериментальных результатов с результатами термодинамического расчета подтверждает возможность селективного восстановления железа без восстановления фосфора только оксидом углерода СО.

Термогравиметрическим методом определены температуры начала кристаллизации сплавов системы Fe – Ni – Cr – С – Si в зависимости от концентрации хрома и никеля. Комплексные ферросплавы содержат 0,2 – 21,0 % Ni (при Cr = 25 ÷ 28 %) и 0,5 – 45,0 % Cr (при Ni = 10 ÷ 11 %); примерно 2,0 % С и 0,3 % Si; остальное железо и примеси. Эти ферросплавы относятся к категории легкоплавких сплавов и обладают рациональными (1320 – 1400 °С) температурами кристаллизации с точки зрения применения для обработки стали в ковше. Повышение до 45 % содержания хрома в таких сплавах сопровождается интенсивным ростом температур начала кристаллизации.