Рост металлоемкости промышленного производства и объемов потребления готовой металлопродукции определяет актуальность разработки и исследования энергоэффективных технологических процессов, направленных на сокращение издержек за счет снижения числа операций при сохранении эксплуатационных характеристик продукта. В машиностроении задачи получения заготовок повышенной размерно-геометрической точности и сложной конфигурации решаются при помощи распространенного метода литья по выплавляемым моделям. Увеличению применения такого технологического подхода к получению заготовок в машиностроении препятствует ряд физических явлений, связанных с термическим расширением модельных и керамических материалов, что приводит к росту конечной стоимости продукта. Устранение значительного числа дефектообразующих факторов возможно за счет применения инновационного решения, заключающегося в формировании пористых удаляемых моделей прессованием композиций на основе воскообразных материалов. Таким способом решается проблема усадки материала и повышается трещиностойкость керамических форм, что позволяет в значительной мере сократить долю механической обработки заготовок в общем объеме технологических операций. Технические испытания нового метода позволили установить причину, по которой в настоящее время не удается полностью избавиться от операций механической обработки литых заготовок. Проблема преимущественно состоит в упругом отклике уплотняемого материала модельной композиции, что в ряде случаев сказывается на увеличении размеров прессовок. В работе рассмотрено исследование влияния начальной упаковки элементов сферической формы, имитирующих одно- и двухкомпонентные модельные композиции, на напряженно-деформированное состояние порошкового тела, подвергающегося одностороннему уплотнению в жесткой цилиндрической матрице до технологически обоснованных значений плотности. Результаты эксперимента представлены в виде зависимостей напряжения от деформации. Рассмотрены предпочтительные условия формирования прессовок с минимальными значениями упругого отклика уплотненного материала.

В рамках разрабатываемой на кафедре обработки металлов давлением Уральского федерального университета (УрФУ) «Концепции оптимальной калибровки УрФУ», калибровка сортопрокатных валков рассматривается с позиций системного анализа. Калибровка, как технологическая система, может быть изменена двумя путями: изменяя структуру системы, что соответствует изменению формы калибров, и изменяя управление системой, что соответствует изменению обжатий по проходам в одних и тех же калибрах, т. е. изменяя режим обжатий. Оптимальной можно признать калибровку, содержащую такие калибры и реализующую такой режим обжатий, которые обеспечивали бы экстремальные свойства у заданных целевых функций, зависящих от указанных параметров. В предыдущих сообщениях этой серии рассмотрена общая концепция двухэтапной оптимизации калибровки, предусматривающая последовательное проведение оптимизации схемы калибровки (первый этап оптимизации) и применяемого режима обжатий (второй этап). Также рассмотрены процедуры построения оптимизационного пространства для первого этапа – пространства виртуальных схем калибровок, формируемого при помощи специального генератора таких схем и перечня всех видов и типов калибров, возможных для использования на данной конкретной стадии прокатки – пространства калибров. Для расчета целевой функции критерия оптимальности схемы калибровки вводится понятие «пространство эффективности калибров». Формирование этого пространства производится с использованием формализованной процедуры экспертного оценивания степени влияния различных допустимых форм калибров, применяемых в калибровке на разноплановые технологические, экономические и других характеристики конкретного сортопрокатного стана. Целевая функция рассчитывается как дисперсия интегральных показателей эффективности калибров, входящих в калибровку относительно гипотетического «идеального» калибра, обладающего наилучшими значениями выбранных показателей эффективности. Оптимальной признается схема калибровки, соответствующая минимальному значению целевой функции.

Целью данной работы является анализ влияния теплоизолирующей вставки, а также расхода и температуры природного газа на процессы, происходящие в дутьевом канале воздушной фурмы доменной печи. В работе проанализированы полученные разными исследователями результаты промышленных и численных экспериментов по применению различных способов повышения полноты прохождения реакции горения в пределах воздушной фурмы подаваемого в нее природного газа (ПГ): увеличение расхода и температуры ПГ, использование теплоизолирующих вставок, установленных во внутренний стакан воздушной фурмы. С помощью программного комплекса Ansys Fluent исследовано влияние теплоизолирующей вставки и увеличения расхода ПГ на температуру и состав газов, выходящих из фурмы доменной печи № 5 ПАО «Северсталь». Установлено, что с увеличением расхода ПГ с 0,283 до 0,328 кг/с, температура газовой среды на выходе из фурмы уменьшается на 6 °С для варианта без вставки и увеличивается на 3 °С для варианта со вставкой. При исследовании влияния теплоизолирующей вставки и увеличения температуры ПГ (в разных сочетаниях) на процессы, происходящие в фурме, получено, что температура газовой среды на выходе из фурмы в случае применения теплоизолирующей вставки без подогрева ПГ несколько выше, чем при нагреве ПГ до 200 °С без вставки. Однако эффект подогрева ПГ при наличии вставки существенно выше, чем без нее, за счет взаимного усиления двух факторов воздействия на полноту горения ПГ в пределах фурмы, сопровождаемое защитой внутреннего стакана фурмы от прогара.

Проведены испытания сплава медицинского назначения Co – 28Cr – 6Mo после гомогенизации на одноосное сжатие при температурах 1000, 1100 и 1200 °С и скоростях деформации 1, 10 и 50 с^–1 с использованием установки Gleeble System 3800. Получены кривые сопротивления деформации, описывающие деформационное поведение сплава. С использованием трех моделей (степенной, экспоненциальной и функции гиперболического синуса), описывающих напряжение течения, выполнены расчеты параметров горячей деформации (энергия активации, параметр Зенера-Холломона). Наиболее высокую степень сходимости показали результаты расчета, проведенного на основе степенной функции и функции гиперболического синуса. Данные модели могут быть использованы для точных расчетов напряжения течения при заданных параметрах температуры и скорости деформации, или для моделирования процесса деформации. Также на основе карт пластичности выполнена разработка деформационно-скоростных режимов горячей деформации сплава Co – 28Cr – 6Mo, что позволит в дальнейшем выбрать оптимальные режимы прокатки. Согласно полученным данным, благоприятные температурно-скоростные условия для осуществления горячей деформации смещаются по мере накопления деформации в область высоких температур и малых скоростей деформации. При этом крайне неблагоприятная зона с отрицательными значениями критерия стабильности пластического течения ξ, появляющаяся при значениях показателя деформации e = 0,3 – 0,4, продолжает довольно существенно расти с увеличением деформационного воздействия. Горячую деформацию сплава Co – 28Cr – 6Mo при малых степенях обжатия (e < 0,2) целесообразнее выполнять при температурах более 1150 °С и скоростях деформации не менее 20 с^–1. С ростом степени деформации необходимо выбирать более низкие скорости деформации (1 – 5 с^–1) и более высокую температуру деформации. 

Изучены трибологические характеристики, фазовый состав поверхностей трения и микротвердость приповерхностных областей композитов WC – (Fe – Mn – C) с двухфазной матрицей из (γ + α′)-железа, содержащей 4 % (по массе) Mn (WC – 80Г4), и однофазной матрицей из γ-железа, имеющей в составе 20 % (по массе) Mn (WC – 80Г20), после трения по диску из быстрорежущей стали при контактном давлении 5 МПа и скоростях скольжения в диапазоне от 10 до 37 м/с. Интенсивность изнашивания WC – 80Г4 и WC – 80Г20 увеличивалась с ростом скорости скольжения, при этом скорость изнашивания WC – 80Г20 при фиксированных скоростях скольжения была примерно в три раза выше, чем у WC – 80Г4. Значения коэффициента трения снижаются с увеличением скорости скольжения таким образом, что при фиксированных скоростях скольжения значения коэффициента трения у WC – 80Г4 были ниже, чем у WC – 80Г20. Количество сложного оксида FeWO₄, образовавшегося при трибоокислении изнашиваемой поверхности композитов, увеличивалось со скоростью скольжения и было прямо пропорционально значениям интенсивности изнашивания и обратно пропорционально показателям коэффициента трения. При фиксированных скоростях скольжения трибоокисление WC – 80Г4 приводит к образованию на поверхности трения большего количества FeWO₄ по сравнению с композитом WC – 80Г20. Индентирование изношенных поверхностей пирамидкой Виккерса показало, что характер сопротивления вдавливанию у трибослоев, образованных при высоких скоростях скольжения (30 и 37 м/с), отличается от такового для трибослоев, полученных при относительно низких скоростях скольжения (10 и 20 м/с). А именно, поверхности трения после высоких скоростей скольжения характеризовались более вязким поведением. Измерение значений микротвердости композитов WC – 80Г4 и WC – 80Г20, полученные после индентирования от поверхности трения вглубь материала, зафиксировало факт упрочнения приповерхностных областей композитов WC – 80Г4 и, напротив, разупрочнения в случае WC – 80Г20. Таким образом, в условиях сильного разогрева и интенсивной пластической деформации поверхности, структурно-фазовое состояние подложки композитов WC – (Fe – Mn – C), на которой формируется вязкий защитный трибослой, оказывается очень важным фактором. Именно двухфазная (γ + α′) стальная матрица обеспечивает в условиях сильного фрикционного нагрева условия для эффективного формирования гетерофазного композиционного слоя, понижающего коэффициент трения и обладающего высоким сопротивлением разрушению при вдавливании.

Основным компонентом металлургических шлаков являются соединения железа, которые извлекаются проведением восстановительной плавки. Известно несколько типов данного процесса с получением различных продуктов на основе железа и шлаков разного состава (алюмокальциевого саморассыпающегося и др.). Режим плавки и охлаждения образованного в процессе плавки в печи алюмокальциевого шлака должен обеспечивать наиболее полное самопроизвольное его рассыпание, а также высокие показатели извлечения из него редкоземельных металлов. Для опытов в работе выбраны синтетические шлаки, схожие по фазовому составу с промышленными образцами после выплавки железосодержащих руд. Смоделированные образцы соответствуют области первичной кристаллизации двухкальциевого силиката на тройной диаграмме состояния системы CaO – SiO₂ – Al₂O₃. Шлак после рассыпания подвергали ситовому анализу с помощью механического сита. В опытах использовались шлаки с кремниевым модулем k = 2,0, которые активно рассыпалась в момент их охлаждения. При увеличении кремниевого модуля рассыпаемость ухудшается. Установлено, что точно ограничить области составов рассыпающихся шлаков при определенных скоростях охлаждения невозможно. Проведенные исследования показали, что рассыпаемость шлаков улучшается по мере приближения к центру области двухкальциевого силиката. Состав шлаков близок к составу точек, расположенных в области, ограниченной с одной стороны линиями 2CaO·SiO₂ – 2CaO·Al₂O₃ и 2CaO·SiO₂ – 12CaO·7Al₂O₃, и с другой стороны линиями кремниевого модуля не выше 2,85 – 3,00. При этом гранулометрический состав почти не зависит от скорости охлаждения. На рассыпаемость шлаков влияет температурный режим от выплавки до охлаждения. Наиболее перспективными являются шлаки с кремниевым модулем в пределах 2,85 – 3,00, близкие к фазовому треугольнику 12CaO·7Al₂O₃ – 2CaO·SiO₂ – 2CaO·Al₂O₃.

Работа посвящена изучению влияния способа и скорости разливки расплава на процесс затвердевания и особенности формирования осевой зоны крупного слитка. Исследования проводились с использованием метода физического моделирования, для проведения которого разработана и изготовлена лабораторная установка (изложница-кристаллизатор), позволяющая визуально изучать процессы, происходящие при затвердевании и структурообразовании модельных слитков. В качестве моделирующего раствора использовали натрий серноватистокислый (кристаллический гипосульфит) – Na₂S₂O₃·5H₂O. Соответствие процессов, происходящих на модели и в реальных условиях отливки промышленных слитков, оценивалось с помощью критериев подобия. Они были получены на основе теории размерностей, исходя из анализа физико-химических процессов, происходящих при разливке и кристаллизации слитка. Разливку расплава в изложницу-кристаллизатор выполняли двумя способами: сверху и сифоном. При моделировании слитков геометрические и технологические параметры отливки оставались неизменными, изменялась только скорость разливки расплава. Определялась протяженность и средняя ширина осевой зоны модельного слитка. С целью оценки изменения поля температур при разливке и кристаллизации слитка в течение всего времени затвердевания проводили термометрирование поверхности модели изложницы. Обработка тепловизионных изображений позволила получить изменение температуры поверхности модели изложницы по высоте слитков, отлитых с различными скоростями разливки расплава сверху. Анализ результатов исследований показал, что изменение скорости разливки расплава оказывает существенное влияние на протяженность осевой зоны. Установлено, что уменьшение скорости разливки расплава приводит к увеличению направленности кристаллизации и улучшению структуры осевой зоны слитка.

Приведены результаты анализа работоспособности транспортирующего оборудования агломерационных цехов металлурги­ческих предприятий уральского региона. Установлено, что в процессе длительной эксплуатации вагона-хоппера для перевозки горячего агломерата на его стенках оседает пыль, образуются наросты из слежавшейся пыли, а также возникает эффект сводообразования. Вследствие процесса уплотнения и увеличения слоя пыли происходит уменьшение полезного объема вагона-хоппера, что, в свою очередь, приводит к необходимости проведения опасных работ по очистке пыли непосредственно внутри вагона-хоппера. Для его очистки для перевозки горячего агломерата применяется ручной труд. Такие работы имеют высокую опасность для человеческого здоровья вследствие высокой запыленности и высокой травмоопасности производимых работ. С целью устранения проблемы сводообразования и устранения налипания пыли на стенки вагона предложена установка двух вибрационных устройств типа «ложная стенка» совместно с виброгорбылем (вибрирующей балкой). Вибрирующим элементом устройства является плита, которую монтируют на внутренней стенке на гибких подвесах (круглозвенная цепь). Между плитой и стенкой бункера установлены резиновые амортизаторы, в качестве которых использована резинотканевая транспортерная лента. К плите через опорную стойку монтируют вибратор, а передача вибраций агломерату осуществляется с помощью виброгорбыля, который приварен к плите (ложной стенке). Внедрение проектируемого устройства обеспечит сокращение внеплановых простоев состава вагонов-хопперов и отказ от опасных для человеческого здоровья работ, связанных с очисткой бункеров. Экономический расчет подтверждает целесообразность проводимых мероприятий по реинжинирингу вагонов-хопперов в условиях агломерационного производства металлургических предприятий.

В статье раскрывается одна небольшая страница из истории развития металлургической науки и техники в Советском Союзе. Речь идет об установлении научных контактов между американскими и советскими учеными металлургами во второй половине 1950-х гг. Успехи СССР в космической гонке продемонстрировали странам Запада реальную научную и экономическую мощь страны, показав неконструктивность политики изоляции и выгоды экономического сотрудничества. Американским специалистам не без удивления открылся высокий уровень развития металлургической науки и техники в СССР. Уральский политехнический институт был одним из тех вузов, которые посетили американские гости. Именно этой странице истории и посвящена данная статья, она является продолжением материала, опубликованного ранее.