Авторы исследовали процессы плавления ферросплавов марок ФМн78, ФМн88, МнС17, ФС65, ФС75, СК15 и AB87 в железоуглеродистом расплаве при производстве стали марок 08Ю, 3сп, Э3А и S355MC. Исследование проведено с использованием математической модели, разработанной учеными ИМЕТ УрО РАН и УрФУ, учитывающей коэффициенты тепло- и массоотдачи, а также физико-химические и теплофизические характеристики ферросплавов и стали. Показано, что крупность кусков ферросплавов при различных температурах железоуглеродистого расплава оказывает большое влияние на изменение времени их плавления (растворения). При увеличении размера куска возрастает масса ферросплава, что приводит к увеличению толщины намерзаемой стальной корки. С увеличением диаметра куска общее время плавления ферросплава увеличивается. Все изучаемые ферросплавы относятся к группе легкоплавких сплавов. Наибольшим временем плавления из рассмотренных ферросплавов характеризуется ферромарганец марки ФМн78, общее время плавления его куска диаметром 100 мм в стали 08Ю может превышать 160 с при температуре ванны 1650 °С. Снижение размера куска ферросплава до 60 мм приводит к двукратному сокращению времени его плавления. На основании проведенных исследований разработаны рациональные условия, технологические особенности присадки марганец- и кремнийсодержащих ферросплавов при производстве стали марок 08Ю, 3сп, Э3А и S355MC. Результаты исследования имеют важное значение для совершенствования технологий выплавки стали, так как позволяют оптимизировать продолжительность периодов плавки, выдержки, схему присадки ферросплавов и степень раскисления металла.

На основании теоретических и экспериментальных исследований авторы рассматривают особенности формирования потерь металла при продувке конвертерной ванны погружными газокислородными факелами горения с использованием природного газа. Сформулированы основные подходы и концепция оборудования кислородно-топливных конвертеров для реализации процессов с элементами жидкофазного восстановления различных техногенных отходов. Причинами возможных потерь металла являются развитие процессов пылевыделения, связанных с выносом капель металла и шлака, и процессы дымовыделения при испарении веществ в высокотемпературной реакционной зоне. К основным причинам, которые вызывают повышенный угар металла, можно отнести дробление металла на капли за счет динамической энергии газовых струй с последующей эжекцией капель в струю, разбрызгивание и распыление металла пузырями СО при выходе на поверхность ванны и испарение металла в высокотемпературных реакционных зонах. Проанализированы мероприятия, позволяющие снизить потери металла при реализации кислородно-топливных процессов в конвертерах. Добавка газо­образного или жидкого топлива к кислородному потоку уменьшает пылевынос от испарения железа в реакционной зоне. Этот способ достаточно легко реализуется на практике. Одновременно при такой продувке снижается влияние и других вызывающих дополнительное образование пыли факторов. При снижении температуры реакционной зоны уменьшаются проявления процесса дымовыделения.

Получение сверхнизкого содержания углерода в стали на уровне менее 0,002 % является критически важной задачей современной металлургии, определяющей качество таких высокотехнологичных продуктов, как электротехнические, суперферритные и аустенитные нержавеющие стали. В представленном исследовании проведен углубленный комплексный анализ кинетики и механизмов декарбонизации металлического расплава в условиях циркуляционного вакуумного агрегата (ЦВА/RH-процесс). Детально изучены пять конкурирующих процессов: десорбция газов с поверхности расплава, гомогенное образование пузырьков оксида углерода {СО} в объеме металла, гетерогенное формирование пузырьков на поверхности футеровки, диффузия инертного газа-носителя в пузырьки и интенсивное взаимодействие металлических брызг с вакуумной средой. Доминирующим механизмом удаления углерода является гомогенное образование пузырьков {СО} в глубине расплава, эффективность которого в 25 раз превышает эффективность формирования пузырьков на футеровке. Микроструктурный и рентгеноспектральный анализы подтвердили, что в нераскисленном металле присутствуют неметаллические включения (размером 5 – 140 мкм), которые могут служить активными центрами зарождения пузырьков {СО}. На основе промышленных испытаний предложена оптимизация технологических параметров: снижение расхода инертного газа до 80 м³/ч для увеличения поверхности контакта фаз и времени пребывания пузырьков в расплаве, строгое соблюдение времени выдержки перед разливкой в интервале 20 – 30 мин, а также обязательное применение безуглеродной футеровки в сталеразливочном ковше для минимизации вторичного науглероживания. Комплексное применение этих мер позволяет стабильно достигать целевого содержания углерода менее 0,002 %, что подтверждено промышленной практикой.

АО «Уральская Сталь» – крупное металлургическое предприятие полного цикла, которое в 2025 г. отметило свое 70-летие, а в 2024 г. фасонно-литейный цех (ФЛЦ) АО «Уральская Сталь» отметил свой 65-летний юбилей. В условиях участка мелкого литья ФЛЦ с момента своего основания освоил технологию производства отливок из серого чугуна массой до 6 т по ГОСТ 1412 – 85. В 2018 г. в ФЛЦ организован участок крупногабаритного литья (УКГЛ ФЛЦ) по производству стальной посуды для металлургичес­кой отрасли, а в 2022 г. в рамках расширения сортамента крупногабаритного участка принято решение об освоении технологии производства отливок массой более 110 т из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ). К решению поставленной задачи коллектив приступил последовательно, разделив ее на этапы, которые постепенно раскрывали дополнительный потенциал предприятия: в 2022 году освоено производство отливок из ВЧШГ массой до 6 т на участке мелкого литья фасонно-литейного цеха; в 2023 – 2024 гг. проведена отработка технологии производства отливок массой до 6 т из ВЧШГ в рамках коммерческих заказов, разработана и опробована уникальная технология производства серого чугуна для крупногабаритных отливок (более 30 т) в электродуговых гибких модульных печах электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) из жидкого чугуна доменного цеха; в 2024 – 2025 гг. проведены дальнейшая отработка технологии производства жидкого чугуна для отливок, разработка и освоение технологии модифицирования расплава магнийсодержащими материалами в условиях УКГЛ ФЛЦ для освоения производства крупногабаритных отливок из ВЧШГ массой более 40 т. Отработка технологии производства литья массой до 100 т проводилась в рамках коммерческих заказов. Исследования материала опытных отливок показали, что разработанная технология производства обеспечила получение ВЧШГ марки ВЧ40 по ГОСТ 7293. Результатом большой работы является расширение линейки продукции АО «Уральская Сталь».

Методами физического моделирования авторы изучали процессы окисления углеводородов масла замасленной прокатной окалины применительно к загрузке ее в доменную печь внутри металлических контейнеров размерами 85×83,4 мм при включении в состав загружаемого материала реагента-окислителя. В качестве окислителя углеводородов масла выступала аммиачная селитра (NH₄NO₃), которая подвергается термическому разложению с выделением кислорода при температуре 210 °С, что соответствует температурному интервалу 200 – 400 °С с наибольшей интенсивностью выделения паров масла из замасленной окалины и позволяет окислителю активно взаимодействовать с парами масла. Долю окислителя изменяли в интервале от 15 до 40 % от массы замасленной окалины. При содержании селитры 40 % от массы загружаемой замасленной окалины степень разложения масла в доменной печи достигает 90 %. Методом газовой хроматографии определен химический состав жидких продуктов в окисленной и неокисленной пробах масла, и на основе полученных данных проведена оценка группового химического состава проб. В групповом химическом составе продуктов окисления углеводородов аммиачной селитрой выявлено увеличение содержания кислородных соединений, по сравнению с остатком масла в эксперименте без использования реагента, с 10,58 до 20,54 % при уменьшении содержания предельных углеводородов с 35,44 до 29,64 % и содержания непредельных углеводородов с 18,09 до 16,20 %. Поскольку все селитры имеют высокую растворимость в воде, а их водные растворы являются взрыво- и пожаробезопасными, рекомендуется вводить реагент-окислитель в резервуар с замасленной окалиной текущего производства, имеющей высокую (от 10 до 30 %) влажность и жидкую консистенцию.

Черная металлургия считается одной из самых сложных отраслей для декарбонизации из-за высоких требований к теплу использования углерода в качестве технологического сырья, низкой рентабельности, высокой капиталоемкости и длительного срока службы активов. Авторы рассматривают новейшие исследования в области технологии и практики декарбонизации производства чугуна и стали. В обзоре оцениваются существующие и новые методы декарбонизации, а также потенциально революционные технологии. Проведенный анализ показал, что существует несколько перспективных способов производства железа в промышленных масштабах без выбросов CO₂. В настоящее время на стадии пилотирования и перехода к демонстрационным проектам находятся две передовые технологии безуглеродного получения стали. Это прямое восстановление железа «зеленым» электролитически полученным водородом и прямой электролиз железной руды. Особое внимание в обзоре уделено инновационным технологиям улавливания, использования и хранения углерода (CCUS), в особенности такой перспективной технологи, как карбонизация сталеплавильных шлаков. Рассматривае­мые в обзоре существующие барьеры на пути к декарбонизации и инструменты могут помочь их преодолеть. В целом, хотя передовые технологии декарбонизации являются ключевыми рычагами для сокращения выбросов, пока они очень дороги и находятся в большинстве своем на стадии пилотирования. С точки зрения экономики, более выгодно модернизировать существующие объекты с помощью CCUS, чем строить новые мощности с использованием альтернативных технологий. Также в обзоре указаны пробелы в исследованиях.

Автор рассматривает ключевые механизмы удаления неметаллических включений при электрошлаковом переплаве (ЭШП), подчеркивая важность трех реакционных зон: жидкой пленки на торце электрода, капель электродного металла и жидкой ванны в кристаллизаторе. Анализ основан на применении формулы Стокса для оценки скорости всплывания включений, где размер частиц играет решаю­щую роль. Укрупнение включений способствует их более эффективному удалению, при этом жидкие включения всплывают быстрее твердых из-за меньшей вязкости. Важным фактором является форма включений, влияющая на скорость их удаления, а также конвективные потоки в металле, способствующие укрупнению и выведению включений к поверхности раздела металл – шлак. Экспериментальные данные демонстрируют, что основное рафинирование происходит в зоне жидкой пленки на торце электрода, где до 80 % включений переходит в шлак. Очищение капель металла в шлаке менее эффективно, но его роль возрастает при уменьшении размера капель и увеличении времени взаимодействия со шлаком. Результаты подтверждают, что снижение скорости плавления элект­рода способст­вует образованию тонкой пленки и улучшению качества металла по содержанию неметаллических включений. Отмечено, что обеспечение неглубокой, равномерной по высоте металлической ванны позволяет создать осевую кристаллическую структуру и исключает блокирование всплывания включений. Решение рассматриваемой задачи основано на хорошо апробированной в лабораторных условиях технологии с вращением расходуемого электрода. Управление возникающими в этом случае центробежными силами позволяет комплексно решать задачу снижения концентрации неметаллических включений размером 10 мкм и менее, при этом сохраняя все преимущества электрошлаковой технологии.

Наиболее критичными стадиями металлургического производства стальных изделий являются разливка и затвердевание стали, так как именно в процессе затвердевания формируется бо́льшая часть несовершенств будущих изделий. Еще бо́льшую значимость эти стадии приобретают при производстве изделий для тяжелого и энергетического машиностроения, подразумевающих разливку стали в слитки, в связи с высокими требованиями к надежности, долговечности и безопасности производимой продукции (ответственные изделия), а также со значительной массой заготовок, требующих отливки слитков массой в сотни тонн. Несмотря на значимость разливки и затвердевания стального слитка, к настоящему времени на последующие переделы (ковка, термическая обработка) поступает достаточно мало информации о передаваемой заготовке: усредненный химический состав стали, геометрические размеры слитка, его масса, температура, качество поверхности. При этом ряд несовершенств, способных привести к отбраковке будущего изделия (например, поры, превышающие критический размер), выявляются с помощью ультразвукового контроля лишь на финальных стадиях производства, по завершении длительных и трудозатратных операций термодеформационной и термической обработок. Авторы описали принцип проведения моделирования основных видов неоднородностей стального слитка: физической (пористость), химической (ликвация) и структурной (расстояние между дендритными осями, размер зерна). При использовании специализированного программного обеспечения, например, ПО «Крупный слиток» (АО «НПО «ЦНИИТМАШ»), численная информация о данных видах неоднородностей может быть получена по всему сечению слитка. Такая топология распределения неоднородностей, посчитанная для конкретного слитка на основе фактических условий проведения технологического процесса, позволяет формировать так называемый технологический паспорт слитка, передаваемый вместе с самой заготовкой на следующие переделы. В работе представлен подход применения технологического паспорта слитка на последующих переделах, что реализует идею сквозного описания всего технологического процесса металлургического производства ответственных изделий. Такой подход позволяет повысить эффективность производства и снизить себестоимость производимой продукции.

В статье представлен инновационный подход к переработке техногенных отходов с использованием барботажной технологии. Описана общая технологическая схема комплекса, использующего дутье горячим воздухом вместо воздуха, обогащенного кислородом. Результаты расчета экономической эффективности показывают, что предполагаемый срок окупаемости инвестиций в строительство завода на базе агрегата с барботируемым шлаковым расплавом (АБШР) мощностью 250 000 т чугуна в год составляет приблизительно 1,5 года эксплуатации. Фотографии иллюстрируют конструктивные решения, реализованные в опытно-промышленной барботажной установке, где дорогостоящие медные панели с водяным охлаждением были заменены на более эффективные и экономичные трубные панели. В статье описываются основные технологические и экономические преимущества, достигаемые за счет использования барботажной технологии в АБШР: производство железа и ферромарганца с вдвое более низкой себестоимостью по сравнению с себестои­мостью этих материалов при производстве в доменных и электропечах; производство товарной продукции из шлака (плавленого цементного клинкера, щебня, камнелитейных изделий и др.); производство плавленых фосфатов с низкой себестоимостью; экологически чистая и рентабельная переработка всех видов твердых бытовых отходов (несортированных отходов, остатков при сортировке и отходов, хранящихся на старых свалках). Представлен пример расчета затрат на производство железа из низкосортной руды с использованием АБШР, подтверждающий, что срок окупаемости инвестиций составляет около 1,5 лет. В заключение статьи сформулированы ключевые преимущества барботажной технологии как перспективного решения для переработки промышленных отходов.

В условиях трубопрокатного завода при производстве 12 плавок среднеуглеродистой экономнолегированной раскисленной алюминием стали было отобрано по 10 проб от каждой плавки с различных этапов производства – от начала внепечной обработки до трубного проката. Пробы были исследованы методом высокотемпературной экстракции в несущем газе для определения общего содержания кислорода и методами сканирующей электронной микроскопии для определения состава и размерного распределения неметаллических включений. Установлена динамика изменения содержания включений по следующим критериям: общее содержание кислорода, объемная доля, плотность включений, средний диаметр включений. Состав неметаллических включений был нанесен на тройные диаграммы: оксидная составляющая на диаграммы CaO – Al₂O₃ – SiO₂ и CaO – Al₂O₃ – MgO, сульфидная составляющая на диаграмму Ca – Mn – S. Тем самым установлена траектория изменения химического состава включений в процессе производства стали. Показана роль обработки стали кальцием и важность соблюдения термодинамических условий модифицирования неметаллических включений до целевого состояния. Установлена связь между отклонением в параметрах кальциевой обработки, составом неметаллических включений, разливаемостью стали и отсортировкой трубной продукции по поверхностным и внутренним дефектам. Показано, что снижение общего содержания кислорода, ключевого маркера загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, практически не происходит на основном по продолжительности этапе внепечной обработки стали. Наиболее высокая интенсивность рафинирования стали от включений наблюдается на этапе между пробами до и после обработки стали кальцием, временной интервал между которыми составлял не более 10 мин. Сопоставлением полученных данных по химическому составу включений с расчетными данными по границе области жидкой фазы системы CaO – Al₂O₃ – SiO₂ – MgO показано, что на данном этапе наблюдается преобразование химического и фазового составов неметаллических включений. После присадки кальция состав оксидных неметаллических включений смещался в область жидкости системы CaO – Al₂O₃ – SiO₂ при 10 мас. % MgO и температуре 1600 °C.

Плазменной наплавкой в среде азота на среднеуглеродистой стали 30ХГСА сформирован наплавленный слой быстрорежущей молибденовой стали толщиной 9 – 10 мм. Методами современного физического материаловедения изучены структурно-фазовые состоя­ния и дефектная субструктура, механические и трибологические свойства поверхности после двухкратного высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки низкоэнергетическими сильноточными пучками. Наплавленный слой в исходном состоянии имеет поликристаллическую структуру и содержит прослойки эвтектики. Двукратный высокотемпературный отпуск наплавленного слоя не приводит к изменению морфологии структуры, сформированной зернами эвтектики и зернами твердого раствора на основе α-железа (ОЦК кристаллическая решетка). Основными фазами являются α-Fe (85 мас. %) и карбиды сложного состава Me₂₃C₆ (9 мас. %) и Me₆C (6 мас. %), формирующие зерна эвтектики. Высокотемпературный отпуск наплавленного слоя сопровождается допревращением остаточного аустенита с образованием по границам кристаллов мартенсита наноразмерных частиц карбидов железа и хрома. После облучения импульсными электронными пучками формируется структура высокоскоростной ячеистой кристаллизации с размерами ячеек, изменяющимися в пределах 0,15 – 0,25 мкм. Выделены две обособленные области, в одной из которых границы ячеек не содержат выделений второй фазы. В ячейках второго типа по границам располагаются прослойки карбидной фазы – карбиды сложного состава типа Me₂₃C₆, карбиды хрома Cr₃C₂ и карбиды молибдена MoC. Их размер варьируется в пределах 25 – 43 нм. Проведен сравнительный анализ параметров механических и трибологических свойств поверхностного слоя быстрорежущей молибденовой стали после формирования, отпуска и электронно-пучковой обработки.

Повышение роли окатышей как железорудного сырья ставит задачу обеспечения их высокого качества. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на структуру и металлургические свойства окатышей, является особенность строения порового пространства. Связь между параметрами пор (объем, удельная поверхность) и металлургическими свойствами выражается через величину поверхности, контактирующей с газом-восстановителем, и прочность минерального каркаса окатыша. Выбор технических решений, обеспечивающих получение окатышей с высокими металлургическими свойствами, может быть осуществлен на основе понимания закономерностей формирования поровой структуры. Целью работы является исследование механизма формирования пор в окатышах с использованием  двумерных клеточных автоматов с квадратной решеткой и окрестностью Мура. Величина расчетного поля составляла 8064 клетки. Моделирование выполнялось в среде MS Excel. Исследования показали, что уже на третьем – четвертом шаге происходит локализация пор и стабилизируется их величина. Согласно полученным данным, на втором шаге моделирования формируются наиболее крупные поры, которые в дальнейшем растут за счет поглощения мелких пустот. Кроме того, внутри твердого вещества остаются реликтовые поры, которые не смогли ассимилироваться с более крупными в связи со стохастической природой процесса. Таким образом, локализация пор в структуре определяется преимущественно первой стадией преобразования структуры. Для агломерата и окатышей – это грануляция шихты. На этой стадии выделяются и локализуются поры. Они имеют статистическое преимущество (начальный размер, наличие других пор рядом) и при дальнейшей термообработке растут за счет поглощения других пор. Удельная поверхность пор в окатышах за счет спекания, определенная с использованием модели клеточных автоматов, сокращается в 3,0 – 3,5 раза.