Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 64, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 

89-94 66
Аннотация

Одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности является черная металлургия. Металлургическая промышленность индустриально развитых стран ежегодно снижает удельный расход энергии на 1 т произведенной продукции примерно на 1,0 – 1,5 %. В России основной причиной высокой энергоемкости промышленной продукции являются устаревшие технологии. Энергосбережение в промышленном производстве связано с технологией производственного процесса, масштабами потребления топливно-энергетических ресурсов, поэтому поиск путей повышения энергоэффективности направлен на снижение затрат энергии любого вида при осуществлении конкретного процесса в конкретном технологическом или тепловом агрегате. Обеспечение экономичной работы печных агрегатов требует проведения детальных предварительных и поверочных расчетов, модернизации и внедрения современного оборудования. Представлены схема и особенности тепловой работы новой камерной печи барабанного типа для нагрева металлических изделий под закалку. Приведены технические характеристики печи, результаты теплотехнического расчета, теплового баланса и удельного расхода топлива применительно к созданной проектной конструкции. Разработанная схема работы печи имеет существенные преимущества в плане энергоэффективности топлива по сравнению с роликовыми и конвейерными способами организации движения металла. За счет размещения заготовок на барабане значительно снижена сложность их транспортировки. Предложенная конструкция является компактной, удобной к размещению в цехе благодаря малой протяженности. Применение рекуперативного топливосжигающего устройства позволяет эффективно использовать тепло отходящих газов в процессе нагрева. Разработанные конструкция и способ транспортировки изделий в рабочем пространстве печи могут быть использованы для термической обработки прутков, труб, полосы, а также сортового проката различной формы.

95-103 82
Аннотация

По результатам проведенных дилатометрических, металлографических и дюрометрических исследований процесса распада переохлажденного аустенита стали R350LHT при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях была построена термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита стали R350LHT. При исследовании распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении установлено, что охлаждение со скоростью 0,1 и 1 °С/с вызывает распад аустенита стали R350LHT по перлитному механизму. После охлаждения с более низкой скоростью структура перлита более крупная и обладает меньшей (289 HV) твердостью. Это обусловлено более высоким температурным интервалом превращения, в котором более активно происходят диффузионные процессы, связанные с превращением аустенита в перлит. В интервале скоростей от 5 до 10 °С/с распад аустенита происходит по перлитному и мартенситному механизму, что приводит к формированию перлито-мартенситной структуры. При охлаждении аустенита исследуемой стали со скоростью 30 и 100 °С/с происходит превращение по мартенситному механизму, при этом образуется мартенситная структура с высокой твердостью. При увеличении скорости охлаждения стали R350LHT наблюдается увеличение твердости от 289 (при 0,1 °С/с) до 864 – 896 HV (при 100 и 30 °С/с соответственно). Проведенные исследования позволяют сузить границы поиска оптимальных параметров режимов сварки и термообработки исследуемой рельсовой стали. Для получения требуемых структур и физико-механических свойств (аустенит стали R350LHT претерпевает распад по перлитному механизму) охлаждение должно проводиться со скоростью не более 1 °С/с.

104-111 71
Аннотация

Рассмотрены вопросы удаления серы в агрегате ковш-печь. Коэффициент распределения серы зависит от сульфидной ем шлака, коэффициента активности серы, окислительного потенциала среды и константы равновесия. Сульфидная емкость шлаков CS является одной из важнейших характеристик рафинирующей способности шлаков, применяемых при внепечной обработке стали. Одним из факторов, влияющих на сульфидную емкость, является температура. Предложена формула, показывающая зависимость сульфидной емкости от оптической основности и температуры в интервале 1400 – 1650 °С. При оптической основности Λ не более 0,75 погрешность представленной формулы не превышает 6 %. Предложено выражение для расчета оптической основности, в котором учитывается влияние основных, кислых оксидов и амфотерного оксида Al2O3. Показано, что шлаки, полностью состоящие из гомогенной фазы, обладают повышенной оптической основностью оксида алюминия. Гетерогенные шлаки обладают пониженной оптической основностью Al2O3 по сравнению с гомогенными шлаками. Возможно этот факт может быть объяснен тем, что в гомогенных шлаках наблюдается дефицит основного оксида CaO и при рассматриваемых условиях соединение Al2O3 начинает проявлять более основные свойства, чем кислотные. Таким образом, в гомогенных шлаках оптическая основность оксида алюминия повышенная и приближается к оптической основности оксида СаО. Расчеты, осуществленные на реальных плавках, показывают, что при увеличении содержания оксида Al2O3  в шлаке его оптическая основность снижается. Известное значение оптической основности позволяет определить сульфидную емкость шлака, коэффициент распределения серы между металлом и шлаком и, соответственно, конечное содержание серы в металле. Проведенные расчеты показывают, что для определения сульфидной емкости целесообразно применять ионную теорию шлаков.

112-121 48
Аннотация

Проведено исследование особенностей процессов пыле- и дымообразования при газокислородной продувке конвертерной ванны. Определены основные причины, вызывающие угар металла. Изучены особенности влияния основных параметров процесса на потери металла при пылевыносе и испарении железа в реакционной зоне. Выполнена оценка процесса распыления металла за счет всплывающих пузырей CO, который определяется скоростью их подъема на поверхность ванны. Определены особенности температурного режима реакционной зоны и баланса тепла при добавке топлива к кислородному потоку. Добавка топлива к кислороду позволяет увеличить приход тепла в ванну, при этом уменьшает скорость обезуглероживания. Это способствует уменьшению количества выносимый пыли, образующейся при разрыве и дроблении пленок металла газовыми пузырями. Рассмотрено влияние использования кислорода продуктов горения на окисление примесей металла. На примере продувки углеродистой и легированной стали для прокатных валков показано, что степени разложения CO2 и H2O в ванне являются основными характеристиками газокислородной продувки. Эти показатели определяют окислительные и нагревательные свойства дутья. Выполнена оценка изменения суммарного, усвоенного тепла и его потерь с отходящими газами в зависимости от степени разбавления кислородного потока природным газом (метаном). В данных условиях использование погружных факелов горения при изменении окислительной способности факелов позволяет решать различные технологические задачи, в том числе является эффективным способом уменьшения пылевыделения в конвертерном процессе.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ 

143-148 55
Аннотация

Описаны постановка задачи и граничные условия для расчета осевых термоупругих напряжений в бойках с буртами установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении трех стальных сортовых заготовок. Представлена схема расчетов для определения по известному температурному полю термоупругих напряжений в бойках с буртами с использованием пакета ANSYS. Результаты расчета термоупругих напряжений в калиброванных бойках выполнены в четырех сечениях бойка с буртами. При этом в каждом сечении результаты расчета приведены для четырех характерных линий и семи точек. Осевые термоупругие напряжения для семи характерных точек каждого сечения приведены для контактной поверхности бойка с буртами и приконтактного слоя на глубине 5 мм от контактной поверхности. Определено напряженное состояние калиброванного бойка в середине впадины между средними буртами и установлены закономерности распределения осевых и эквивалентных напряжений по толщине, длине и ширине бойка при обжатии сляба и на холостом ходу. Представлены результаты расчета термоупругих напряжений в вершине среднего бурта калиброванного бойка на контактной поверхности и в приконтактном слое при обжатии сляба и на холостом ходу. Приведены графики распределения термоупругих напряжений вдоль линии, проходящей через вершину бурта. Показаны зоны сжимающих и растягивающих термоупругих напряжений при обжатии сляба и на холостом ходу. Определен характер напряженного состояния в основании крайнего бурта при получении трех стальных сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

149-164 103
Аннотация

Рассмотрены свойства, области применения и методы получения диборидов титана и ванадия. Эти дибориды относятся к бескислородным тугоплавким металлоподобным соединениям. Вследствие этого они характеризуются высокими значениями тепло- и электропроводности. Твердость их сравнительно велика. Дибориды титана и ванадия проявляют значительную химическую стойкость в агрессивных средах. По этим причинам эти дибориды нашли применение в современной технике. Так они используются в качестве наплавочных материалов при нанесении износостойких покрытий на стальные изделия. Также возможно использование диборида ванадия в качестве катализатора в органическом синтезе и анода в возобновляемых электрохимических источниках тока. Перспективной является керамика B4C – TiB2 и B4C – VB2, позволяющая получать изделия на основе карбида бора с высокими эксплуатационными характеристиками, в частности с повышенной трещиностойкостью. Такую композитную керамику получают способами горячего прессования, электроискрового плазменного спекания и безнапорного спекания. 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 (металлы и бор); 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). Дана характеристика каждому из этих методов.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 

122-128 48
Аннотация

Рассмотрена возможность улучшения характеристик сухого скользящего электроконтакта с плотностью тока более 100 А/см2 путем применения молибденового контртела. Показано, что вольфрам или металлические материалы, содержащие подшипниковую сталь (1,5 % Cr), при скольжении по молибдену со скоростью 5 м/с под воздействием электрического тока формировали контакт с низкой электропроводностью и высокой интенсивностью изнашивания. Это наблюдение служило основой настоящей работы. Применяя оптическую и электронную микроскопию поверхностей скольжения, было установлено, что сильная адгезия в интерфейсе была главной причиной быстрого разрушения поверхностных слоев и высокой интенсивности изнашивания. Было принято во внимание известное утверждение о том, что адгезия обусловлена низким содержанием оксидов между поверхностями контакта. Визуальное изучение поверхности скольжения молибдена позволило установить образование тонкого слоя переноса и отсутствие следов образования оксидов. То же самое наблюдалось на поверхности скольжения вольфрама. Это явление обусловлено высокой температурой образования оксидов вольфрама и молибдена. На поверхности скольжения материалов, содержащих сталь, наблюдался слой оксидов железа. Кроме того, были обнаружены следы тонкого трибослоя. Увеличение концентрации стали в первичной структуре композитов приводило к некоторому увеличению количества оксидов железа на поверхности скольжения, но не приводило к существенному увеличению электропроводности и износостойкости контакта. Неудовлетворительные характеристики контакта позволили сделать вывод о невозможности значительного улучшения параметров скольжения с токосъемом по молибдену и нецелесообразности его применения в качестве контртела для этих условий.

129-134 89
Аннотация

Выполнен обзор отечественных и зарубежных работ по применению интенсивных импульсных электронных пучков для поверхностной обработки металлов, сплавов, металлокерамических и керамических материалов. Отмечены преимущества использования электронных импульсных пучков по сравнению с лазерными лучами, потоками плазмы, ионными пучками. Проанализированы перспективные направления использования электронно-пучковой обработки: 1 – выглаживание поверхности, избавление от поверхностных микротрещин с одновременным изменением структурно-фазового состояния поверхностного слоя для создания высокопроизводительных технологий финишной обработки ответственных металлических изделий сложной формы из титанового сплава Ti-6Al-4V и титана, сталей различного класса, твердого сплава WC – 10 % Сo, алюминия; 2 – удаление микрозаусенцев, образующихся при изготовлении прецизионных пресс-форм (сталь SKD11) и биомедицинских изделий (сплав Ti-6Al-4V); 3 – финишная обработка поверхности пресс-форм и штампов; 4 – улучшение функциональных свойств металлических биоматериалов (нержавеющей стали, титана и его сплавов, сплавов на основе никелида титана с эффектом памяти формы, сплавов магния; 5 – обработка изделий медицинского назначения и имплантатов; 6 – формирование поверхностных сплавов для мощных электродинамических систем; 7 – улучшение характеристик лопаток авиационных двигателей и лопаток компрессоров; 8 – формирование термобарьерных покрытий, наносимых на поверхность камер сгорания. Показано, что при правильном выборе параметров процесса, таких как ускоряющее напряжение, плотность энергии пучка электронов, количество и длительность импульсов, возможен тщательный контроль и/или манипулирование характеристиками структурно-фазового состояния и свойств поверхности. Отмечено, что для улучшения свойств материала и увеличения длительности эксплуатации изделий из него важным фактором является модификация структуры с целью формирования субмикро- или наноразмерного зерна (или субзеренной структуры).

135-142 54
Аннотация

Проведены металлографические и рентгенографические исследования непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э90ХАФ. Установлены закономерности распределения неметаллических включений по зонам кристаллизации до и после деформации заготовок. Выявлено, что в корковой зоне основными неметаллическими включениями являются оксиды точечные, нитриды алюминия, силикаты железа типа (FeO·SiO2) и алюмосиликаты (Al2O3·SiO2). В зоне столбчатых кристаллов идентифицированы алюмосиликаты (Al2O3·SiO2), oксиды точечные, силикаты железа (FeO·SiO2). В центральной зоне слитка выявлены сульфиды марганца (MnS), силикаты марганца (MnO·SiO2), алюминия (Al2O3·SiO2) и железа (FeO·SiO2), оксиды точечные. Определено, что концентрация и размеры неметаллических включений имеют тенденцию к увеличению от поверхности к центральной зоне непрерывнолитых заготовок, что согласуется с общепринятыми представлениями о механизмах формирования слитков в процессе кристаллизации. Раскрыт механизм деформации двухфазных силикатных неметаллических включений и их влияния на качество рельсовой продукции. Показано, что неоднородная деформируемость сложных силикатных включений усугубляет их вредное влияние на качество рельсовой продукции. При этом появляются дополнительные напряжения к имеющимся на межфазных границах включение – матрица деформационным и контактным напряжениям. Эта закономерность имеет место и для недеформирующихся силикатных включений. Такое распределение включений в объеме заготовок несколько снижает их негативное влияние на качество рельсов, поскольку в процессе прокатки более интенсивной деформации подвергаются приконтактные слои заготовок, а по мере приближения к осевой зоне заготовок интенсивность деформации снижается.



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


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