Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 64, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ 

249-258 58
Аннотация

Выполнен краткий обзор публикаций зарубежных исследователей по изучению структуры, фазового состава и свойств пятикомпонентных высоко энтропийных сплавов (ВЭС) в разных структурных состояниях в широком диапазоне температур за последние два десятилетия. Высокоэнтропийные сплавы привлекают внимание ученых уникальными и необычными свойствами. Отмечены трудности проведения сравнительного анализа и обобщения данных из-за различных методов получения ВЭС, режимов механических испытаний на одноосное сжатие и растяжение, размеров и формы образцов, видов термических обработок, фазового состава (ОЦК и ГЦК решетки). Отмечено, что ВЭС с ОЦК решеткой обладают преимущественно высокой прочностью и низкой пластичностью, а ВЭС с ГЦК решеткой – низкой прочностью и повышенной пластичностью. Показано, что значительное повышение свойств ВЭС FeMnCoCrNi с ГЦК решеткой может быть достигнуто легированием бором и оптимизацией параметров термомеханической обработки при легировании углеродом в количестве 1 % (ат.). Проанализированные в температурном интервале -196 ÷ 800 °C деформационные кривые свидетельствуют о росте предела текучести с уменьшением размера зерна от 150 до 5 мкм. При снижении температуры предел текучести и относительное удлинение возрастают. Эффект влияния скорости деформации на механические свойства заключается в росте предела прочности и текучести, наиболее заметно проявляется при больших скоростях 10-2 ÷ 103 с-1. Отмечены особенности деформационного поведения ВЭС в моно- и поликристаллическом состояниях. Комплекс высоких эксплуатационных свойств ВЭС обеспечивает возможность их применения в различных отраслях промышленности. Отмечены перспективы использования энергетических обработок для модифицирования поверхностных слоев и дальнейшего повышения свойств ВЭС.

259-265 34
Аннотация

Приведены результаты комплексных исследований специфических особенностей структуры, микротвердости и глубины упрочненного поверхностного слоя стали 40Х, сформированного в результате электромеханической обработки с динамическим приложением деформирующего усилия (ЭМО с ударом). Исследования проведены методами оптической микроскопии, рентгеноструктурного анализа, определена микротвердость. Способ электромеханической обработки с динамическим силовым воздействием заключался в одновременном пропускании через зону контакта инструмента с деталью импульсов электрического тока и деформирующего усилия. В результате ударно-термического воздействия и тока плотностью 100, 300 и 600 А/мм2 на поверхности стали в поперечном сечении формируются сегменты закаленного слоя разных размеров и с разным составом структур. Анализ структурных и фазовых превращений в поверхностном слое стали 40Х, подвергнутой динамической электромеханической обработке, свидетельствует о формировании специфической структуры белого слоя. Структура и свойства этого слоя близки к аморфному состоянию металла с максимальной твердостью HV 8,0 – 8,5 ГПа. По мере удаления от поверхности (за белым слоем) формируется переходная зона со структурой, не имеющей характерного для мартенсита игольчатого строения. Установлено, что с повышением плотности тока в ходе ударной электромеханической обработки увеличивается глубина упрочнения в 4 – 5 раз и одновременно повышается неоднородность прочностных свойств, микронапряжения увеличиваются на 25 %. Электромеханическое упрочнение с динамическим (ударным) приложением деформирующего усилия вызывает более глубокие превращения в структуре стали по сравнению с традиционной статической электромеханической обработкой с динамическим приложением деформирующего усилия. При электромеханической обработке с ударом увеличивается интенсивность температурно-силового воздействия на поверхностный слой стали, что позволяет управлять процессом формирования структуры и фазовых состояний стали 40Х.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ 

266-272 33
Аннотация

По результатам проведенных дилатометрических, металлографических и дюрометрических исследований процесса распада переохлажденного аустенита стали R350LHT при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях была построена изотермическая диаграмма распада переохлажденного аустенита исследуемой стали. При сравнении термокинетической и изотермической диаграмм распада переохлажденного аустенита стали R350LHT установлено, что термокинетическая диаграмма, построенная при непрерывном охлаждении, смещается вниз и вправо по сравнению с изотермической диаграммой. Данный результат полностью согласуется с известными закономерностями. Во время исследований были определены критические точки стали R350LHT: Ас1 = 711 °С; Мн = 196 °С. По изотермической диаграмме распада переохлажденного аустенита стали R350LHT определена температура минимальной устойчивости переохлажденного аустенита, которая составила 500 °С. В изотермических условиях структуры перлитного типа реализуются в интервале температур от 700 до 600 °С. При 550 °С формируется смесь структур перлитного и бейнитного типов. В интервале температур от 500 до 250 °С формируются бейнитные структуры: при 500 – 400 °С образуется верхний бейнит; при 350 °С – смесь верхнего и нижнего бейнита; при 300 – 250 °С – нижний бейнит. Практически во всем изученном температурном интервале изотермического распада переохлажденного аустенита наблюдается увеличение твердости продуктов превращения при понижении температуры выдержки от 246 HV (при 700 °С) до 689 HV (при 250 °С). Однако при температуре 500 °С происходит небольшое падение твердости, что, по-видимому, вызвано появлением остаточного аустенита при развитии бейнитного превращения.

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 

273-281 35
Аннотация

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса выщелачивания полиметаллических марганецсодержащих и железомарганцевых руд. Термодинамические расчеты и экспериментальные исследования по обогащению марганецсодержащего сырья позволили определить основные технологические параметры извлечения марганца, железа и цветных металлов, разработать технологические схемы обогащения различных видов марганецсодержащего сырья. Исследования проводили для полиметаллических и железомарганцевых руд Кайгадатского месторождения, месторождения Селезень, участка Сугул, расположенных на территории Кемеровской области – Кузбасса. Перед проведением лабораторных исследований был выполнен термодинамический анализ процесса выщелачивания руд, химический и рентгеноструктурный анализы проб. Лабораторные исследования проводили на многокамерной автоклавной установке МКА-4-75 с использованием в качестве растворителя хлорида кальция и хлорида железа. При введении в состав шихты восстановителя заметно улучшаются условия растворения оксидов и гидроксидов марганца при выщелачивании, поэтому была проведена серия опытов с использованием в шихте древесного угля. Выполненные термодинамические расчеты показали, что процесс выщелачивания полностью реализуем в интервале температур от 323 до 673 К. Результаты экспериментов подтвердили теоретические исследования. Полученные данные позволили предложить технологическую схему гидрометаллургического обогащения полиметаллических и железомарганцевых руд для получения высококачественных концентратов. Все продукты переработки пригодны к использованию. Применение оптимальных технологических параметров обогащения позволяет из полиметаллического марганецсодержащего сырья извлекать 95 – 97 % марганца, до 80 % никеля, до 99 % кобальта, 96 – 98 % железа. В результате осаждения этих элементов получают высококачественные концентраты марганца, никеля, железа, кобальта. По предложенной технологической схеме для железо-марганцевого сырья с высоким содержанием силикатов возможно получение высококачественных концентратов марганца и железа, при этом извлечение марганца составит 90 – 92 %, железа 86 – 90 %.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 

282-291 35
Аннотация

Описываются результаты исследований по переработке отходов обогащения руд на предприятиях Курской магнитной аномалии (складировано около 1,8 млрд т) с получением металлов и строительных материалов. Существенной особенностью формирования отложений хвостов обогащения является раскладка хвостов по крупности и удельному весу в водном потоке, поскольку транспортировка хвостов от обогатительной фабрики в хвостохранилище производится гидротранспортом. Представлена характеристика хвостов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского месторождения и методика исследований с использованием лабораторного дезинтегратора DESI-11 (Таллин, Эстония). Применен комплексный метод исследования, включающий системный анализ и научное обобщение, обработку данных с использованием методов статистики и теории вероятности, а также математическое моделирование. Систематизированы результаты выщелачивания хвостов: агитационного в перколяторе, агитационного после активации в дезинтеграторе в сухом состоянии и реагентного выщелачивания в дезинтеграторе. Выполнен регрессионный анализ экспериментальных данных, на основании которого построены графики зависимости извлечения железа от значений переменных факторов процесса. Установлено, что применяемые технологии обогащения ограничены пределом извлечения, результатом которого являются хвосты переработки. Использование хвостов традиционными технологиями экономически не эффективно, а модернизация процессов обогащения целесообразна путем применения гидрометаллургической и химической технологии. Показано, что перспективным направлением извлечения металлов из отходов горной промышленности является комбинирование технологий переработки на основе сочетания возможностей одновременно химического обогащения и активации в дезинтеграторе. Определено, что механохимическая активация хвостов обогащения в дезинтеграторе одновременно с выщелачиванием позволяет существенно увеличить извлечение при том, что время переработки сокращается на два порядка. Рекомендуемая технология может быть востребована на предприятиях различных отраслей промышленности при перспективе перехода к подземной добыче.

292-301 36
Аннотация

Основные положения Концепции устойчивого развития, сформулированные в 1992 г. на конференции в Рио-де-Жанейро, базирующиеся на триаде экономическая – экологическая – социальная устойчивость, приняты за основу развития большинством стран мира. За прошедший период сформированы институциональные рамки в области устойчивого развития как на межгосударственном уровне, так и на уровне конкретных государств. Снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха – одна из ключевых задач, решение которой необходимо для достижения целей в области устойчивого развития до 2030 г., сформулированных ООН. Несмотря на принятие в России Концепции перехода к устойчивому развитию еще в 1996 г., фокусирование внимания на экологической компоненте потребовало длительного времени. Рассмотрены этапы развития в России регуляторной среды, направленной на обеспечение устойчивого развития и снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха. Выявлено, что существенное расширение нормативно-правового поля в указанной области произошло только в 2017 – 2019 гг. Во многом это связано с ориентацией России на достижение целей в области устойчивого развития до 2030 г. и принятием национальных целей развития России. Установлено, что несмотря на использование таких финансовых механизмов для достижения целей устойчивости, как государственная программа Российской Федерации «Охрана окружающей среды» и национальный проект «Экология», доля расходов на охрану окружающей среды в общем объеме расходов федерального бюджета в 2019 г. составила всего лишь 1,3 %. В настоящее время в Российской Федерации в 12 городах уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается как высокий и очень высокий. В семи из них функционируют предприятия черной металлургии, оказывающие существенное антропогенное давление на окружающую среду.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ 

302-310 40
Аннотация

Экспериментальные исследования течения жидкого металла в кристаллизаторе УНРС являются продолжительным, сложным и трудоемким процессом. Поэтому все шире используется для этого математическое моделирование численными методами. Предложена новая технология разливки жидкого металла в кристаллизатор. Приведена оригинальная запатентованная конструкция устройства, состоящая из прямоточного и вращающегося глуходонного стаканов. Представлены основные результаты исследований течения расплава в объеме кристаллизатора. Объектами исследований стали гидродинамические и тепловые потоки жидкого металла нового процесса разливки стали в кристаллизатор прямоугольного сечения УНРС, а результатом – пространственная математическая модель, описывающая потоки и температуры жидкого металла в кристаллизаторе. Для моделирования процессов, протекающих при течении металла в кристаллизаторе, использован специально созданный программный комплекс. В основу теоретических расчетов положены основополагающие уравнения гидродинамики, уравнения математической физики (уравнение теплопроводности с учетом массопереноса) и апробированный численный метод. Исследуемую область разбивали на элементы конечных размеров, для каждого элемента записывали в разностном виде полученную систему уравнений. Результат решения – поля скоростей и температур потока металла в объеме кристаллизатора. По разработанным численным схемам и алгоритмам составлена программа расчета. Приведен пример расчета разливки стали в кристаллизатор прямоугольного сечения, схемы потоков жидкого металла по различным сечениям кристаллизатора. Наглядно представлены векторные потоки жидкого металла в различных сечениях кристаллизатора при разных углах поворота глуходонного стакана. Выявлены области интенсивной турбулентности. Представлено сравнение потоков металла описанного технологического процесса заливки с традиционной подачей металла через неподвижный глуходонный стакан.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 

311-316 43
Аннотация

Исследовательская работа посвящена управлению структурами материалов, которые описаны на основе фрактальных представлений. Формирование фрактальных структур материалов осуществляется за счет положительной обратной связи. Описан первый этап работы: постановки задач идентификации структур материалов на основе фрактальных представлений. Во многих исследованиях последнего времени указывается на фрактальную природу структур материалов, при этом в основе генерации фрактальных структур заложены механизмы положительных обратных связей. Фундаментальные физико-химические закономерности возникновения и трансформации структур материалов на настоящем этапе разработаны и представлены в таком виде, что их затруднительно использовать для синтеза алгоритмов управления структурами. Другими словами, они не отвечают требованиям моделей для управления – не отражают зависимость выходных воздействий от внешних факторов. Представляется полезным пойти по пути создания фрактальных моделей структур (то есть идентификации структур материалов) с последующей выработкой управляющих воздействий, в частности на параметры положительной обратной связи, для прогнозирования и изменения структуры материала в требуемом направлении. Это соответствует методу синтеза алгоритмов управления с оценкой состояний объекта управления и выбору коэффициентов усиления регулятора. Выполнены постановки задач идентификации изображений натурных структур материалов на основе представлений динамического хаоса. Данные постановки задач использованы для разработки методов и алгоритмов идентификации структур материалов в различных отраслях промышленности, в том числе в горной и металлургической промышленностях.



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


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