Мировая промышленность стремится идти по пути увеличения эксплуатационного ресурса изделий металлургического производства. Одним из наиболее перспективных направлений является производство и применение слоистых композиционных материалов. В частности, практика показывает многократное увеличение эксплуатационного ресурса за счет применения биметаллических и лейнированных труб взамен монометаллических. Лейнированные трубы представляют собой биметаллические, изготовленные способом совместной раздачи труб из разнородных материалов. В литературе, посвященной производству композиционных и биметаллических труб, производству лейнированных труб уделено недостаточно внимания. Формоизменение биметаллических труб при их изготовлении способом лейнирования имеет отличительные особенности по сравнению с прочими способами получения биметаллических и композиционных материалов, которые необходимо учитывать при разработке технологии лейнирования. Отсутствие сведений по особенностям формоизменения слоистой трубы при лейнировании осложняет разработку технологии и режимов обработки лейнированных труб. Поэтому целью настоящей работы является исследование особенностей деформации слоистых труб, формоизменения, неравномерности распределения деформации между слоями при лейнировании и ее влияние на соотношение прочностных свойств материалов.

Для повышения срока службы кристаллизаторов МНЛЗ на их узких стенках из меди М1 перед последним ремонтом создан жаростойкий износостойкий слой напылением алюминиевого и хромоникелевого покрытий. Предварительно исследована структура покрытий, состав фаз, твердость и микротвердость поверхностных слоев. Хромоникелевое газотермическое покрытие толщиной 0,5 – 0,6 мм нанесено на поверхность пары узких стенок толстостенного кристаллизатора. Для получения требуемого класса чистоты поверхности стенок необходима их механическая обработка шлифованием, требуется проведение работ по увеличению толщины хромоникелевого покрытия. При толщине покрытия более 0,8 мм возможно его отслоение. Поэтому для повышения прочности сцепления хромоникелевого покрытия с медной основой рассмотрена возможность использования алюминиевого подслоя. Таким образом, нанесение хромоникелевого покрытия с алюминиевым подслоем для повышения стойкости узких стенок кристаллизаторов МНЛЗ возможно при условии достижения связи пористого слоя с α-фазой или уменьшения пористости слоя.

Представлен анализ качества сварных труб большого диаметра в зависимости от параметров и режимов формовки листовой заготовки на прессовом оборудовании. Выполнено математическое моделирование процессов с применением метода конечных элементов и представлены результаты напряженно-деформированного состояния метала при формовке трубной заготовки в прессовом оборудовании. Созданная программа для ЭВМ позволяет проводить расчет технологических параметров настройки прессового оборудования и определять величины контролируемых геометрических параметров трубной заготовки, предъявляемых в нормативных документах. Теоретические решения проверены экспериментально на сортаменте труб большого диаметра, выпускаемых на ТЭСА 1420. Данную методику рекомендовано применять для расчета параметров формовки ТБД и режимов настройки прессового оборудования, обеспечивающих уменьшение количества дефектов, вызванных геометрией прессового инструмента кромкогибочного пресса и пресса шаговой формовки.

Приведены основные научные и практические результаты повышения эффективности работы камер для улавливания пыли металлургического производства на основе разработки и внедрения аппаратов нового поколения, способных улучшить охрану окружающей среды и условия труда рабочих, уменьшить потери полезного продукта. Описан анализ и дана оценка технологий и технических средств повышения эффективности работы пылеосадительных камер. Дано теоретическое обоснование механизма осаждения пыли в осадительных камерах, получены результаты лабораторных исследований их эффективности с волоконными шторами и инерционного осаждения аэрозоля на волоконную штору. Предложен новый механизм осаждения пыли в осадительных камерах, а также влияние электрического заряда частицы и волокна на эффективность осаждения пыли в камере. Получены выражения для степени инерционного и диффузионного осаждения частиц пыли на тонком цилиндрическом волокне и правильной системе вертикальных волокон (волокна в шторе расположены на одинаковых расстояниях).

Использование жесткой воды для внутреннего охлаждения роликов металлургических машин приводит к образованию накипи на внутренней поверхности канала охлаждения. При прогнозировании температурных условий службы роликов обычно не принимается во внимание тот факт, что в начальный период эксплуатации ролика канал охлаждения чистый и работает в условиях, резко отличающихся от условий конечного периода эксплуатации. Непрерывно растущий слой накипи на поверхности канала охлаждения, имеющий высокие механические свойства и низкий коэффициент теплопроводности, вызывает повышение температуры рабочей поверхности до значений температуры отпуска материала роликов металлургических машин. В данной работе исследованы температурные условия службы роликов металлургических машин в условиях накипеобразования на поверхности канала охлаждения. Предложена методика оценки температурных условий службы роликов металлургических машин в условиях образования накипи на поверхности охлаждения. На примере ролика машины непрерывного литья заготовок показано, что для выбранных условий эксплуатации максимальная температура наружной поверхности ролика достигает своего критического значения через полгода работы металлургической машины. Методика позволяет дифференцированно подходить к определению средней и максимальной температуры поверхности роликов с учетом величины и характера тепловой нагрузки, условий охлаждения и накипеобразования на поверхности теплообмена. Она может служить основой для определения ресурса роликов, нормирования расхода реагентов для подготовки охлаждающей воды.

Рассмотрен вопрос оценки угара стали в промышленных печах по толщине окалины. Проанализированы возможности различных направлений снижения окисления стали. Особое внимание обращено на сопутствующие трудности снижения угара стали за счет уменьшения коэффициента расхода окислителя n. Показана реальность достижения практически безокислительного нагрева стали в промышленных печах в настоящее время. Выделены их важнейшие технологические характеристики: практически молекулярное смешение компонентов первичного горения (для природного газа при n = 0,48 – 0,5); синхронность работы горелок и ограничение отклонения n при регулировании первичного сжигания топлива (Δn ≤ 0,01); эффективное струйно-механическое дросселирование первичного потока газов, исключающее обратное циркуляционное движение продуктов первичного неполного горения из зоны их дожигания в зону нагрева металла. Предложены направления конструирования и варианты работы кузнечных и прокатных печей с достижением соответствующих показателей по снижению или полному подавлению угара стали. Особо проанализированы вопросы внутреннего высокотемпературного окисления кремния трансформаторной стали и необезуглероживающего нагрева шарикоподшипниковой стали.

Получение заготовок периодического профиля из никелевых и титановых сплавов является самостоятельной задачей в общей проблеме совершенствования технологии производства лопаток (однозамковых, двухзамковых). Выявлено, что при определенных схемах и режимах вибрационного деформирования (в частности, при виброволочении) наблюдается эффект периодического изменения диаметра прутка или проволоки по его оси. Установлено, что эффект периодического изменения диаметра прутка или проволоки при виброволочении связан с фрикционными колебаниями, потерей устойчивости при деформировании как при возникновении напряжений текучести в материале прутка, так и при образовании «шейки», а также как результат действия сил инерции. Получены зависимости, позволяющие определить условия неустойчивого деформирования и стабилизировать процесс получения периодического профиля путем управления параметрами процесса виброволочения.

В работе для повышения срока службы кристаллизаторов МНЛЗ на их узких стенках из меди М1 перед последним ремонтом создавали жаростойкий износостойкий слой напылением алюминиевого и хромоникелевого покрытий. Предварительно исследовали структуру покрытий, состав фаз, твердость и  микротвердость поверхностных слоев. Хромоникелевое газотермическое покрытие толщиной 0,5–0,6 мм было нанесено на поверхность пары узких стенок толстостенного кристаллизатора. Для получения требуемого класса чистоты поверхности стенок необходима их механическая обработка шлифованием, требуется проведение работ по увеличению толщины хромоникелевого покрытия. При толщине хромоникелевого покрытия более 0,8 мм возможно его отслоение. Поэтому для повышения прочности сцепления хромоникелевого покрытия с медной основой рассмотрели возможность использования алюминиевого подслоя. Таким образом, нанесение хромоникелевого покрытия с алюминиевым подслоем для повышения стойкости узких стенок кристаллизаторов МНЛЗ возможно при условии достижения связи пористого слоя с a- фазой или уменьшения пористости слоя.

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в жидком никеле, содержащем алюминий и титан. Показано, что присутствующие в расплаве алюминий и титан существенно снижают растворимость кислорода по мере повышения их содержания. Однако после достижения в случае алюминия 0,205 % и в случае титана 0,565 % концентрация кислорода в расплаве начинает возрастать по мере увеличения содержания алюминия и титана. Определены минимальные концентрации кислорода при раскислении расплава никеля алюминием (1,44·10–4 % O) и титаном (2,98·10–4 % O). Полученные результаты позволяют предложить оптимальный вариант легирования никелевых сплавов алюминием и титаном. Первоначально производят раскисление расплава алюминием в количестве, обеспечивающем минимальную концентрацию кислорода в расплаве (~ 0,2 % Al). Затем удаляют образовавшуюся оксидную фазу, чтобы предотвратить возможность повторного окисления расплава. И только после этого расплав легируют алюминием и титаном до требуемых их содержаний в сплаве.

Рассмотрены закономерности формирования избыточной фазы высокомарганцовистой стали в широком интервале скоростей охлаждения. Выявлено, что эта фаза, представленная фосфидной эвтектикой и вторичными карбидами, может выделяться как по границам зерен, так и внутри них. При низких скоростях охлаждения отливки формируется в основном фосфидная эвтектика и небольшое количество вторичных карбидов, кроме того, встречается избыточная фаза со смешанной морфологией. Она состоит из эвтектики и вторичного карбида с когерентной границей между ними. С увеличением скорости охлаждения избыточная фаза выделяется преимущественно в виде вторичных карбидов, при этом происходит уменьшение ее размеров. Также изучено влияние скорости охлаждения отливки на химический состав избыточной фазы. Определено, что с увеличением скорости охлаждения количество марганца в выделяющихся вторичных карбидах уменьшается. Соотношение железа к марганцу в выделяющейся фосфидной эвтектике не зависит от скорости охлаждения и практически не меняется.

Сформулирована и решена задача о нагреве термически массивного тела в противотоке. Математическая модель рассматривает нагрев тел классической геометрии (плита, цилиндр, шар) излучением и конвекцией одновременно, а также линейно зависящие тепло-физические характеристики от температуры. Исходные уравнения теплообмена в наибольшей степени реализуют процессы технологии нагрева металла в методических печах прокатного производства. Решение дважды нелинейной задачи реализовано методом эквивалентных источников – эффективным математическим аппаратом при решении различных, в том числе прикладных задач металлургической теплотехники. Тестирование приближенного аналитического решения в соответствии с алгоритмом МЭИ выполнено для следующих случаев: для метода Кавадерова – Калугина (случай чисто лучистого нагрева пластины) и численного решения в соответствии с алгоритмом явной конечно-разностной аппроксимации исходной системы дифференциальных уравнений. Сопоставление результатов вычислений по всем методам показало удовлетворительное согласование, а наличие решения в явном виде с возможностью его упрощения доказывает целесообразность применения в теплотехнических расчетах металлургических печей.

Рассмотрены подходы к решению центральной проблемы высшего уровня иерархии системы управления производственным комплексом. Это проблема выбора стратегии объемно-календарного планирования трубного производства: производство продукции «на склад» или производство продукции «под заказ». Для каждой стратегии характерны специфические риски потерь предприятием ожидаемых доходов. Представлено решение процедуры формирования оптимальной структуры производственной программы (портфеля заказов). Адекватная реализация этой процедуры существенно определяет эффективность работы трубного предприятия. Это касается, прежде всего, цехов с многономенклатурным производством холоднодеформированных труб. Логистика производства в таких цехах основана на использовании разнообразных комбинаций технологических маршрутов (прокатка, протяжка, термическая обработка, химическая обработка и др.). Решение задачи реализовано в форме процедуры многокритериального выбора. Для снижения размерности оптимизационных функциональных задач объемно-календарного планирования использована методика агрегирования сортамента трубного цеха. Методика основана на алгоритме синтеза метода главных компонент факторного анализа и автоматической классификации. Согласование производственного процесса и последовательности отправления готовой продукции заказчикам выполнено с помощью диалоговой итеративной многокритериальной процедуры. Использован метод интервального оценивания замещения критериев, адекватный функциональным возможностям реальных пользователей соответствующих служб, которые не имеют специальной подготовки в области теории принятия решений.