Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 58, № 9 (2015)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-9

 
617-624 203
Аннотация
Высшее образование на Среднем Урале было учреждено по декрету В.И. Ленина 19 октября 1920 г. В структуре Уральского университета был предусмотрен Политехнический институт с химико-металлургическим факультетом. Организаторами учебного процесса на металлургическом отделении были видные русские ученые и руководители металлургических заводов Урала: В.Е. Грум-Гржимайло, И.А. Соколов, Б.П. Сергиевский, А.Ф. Головин, С.С. Штейнберг. Последовательно рассмотрена деятельность коллектива преподавателей в период индустриализации страны, во время Великой Отечественной войны, в послевоенное время и после создания Института материаловедения и металлургии в составе Уральского федерального университета имени первого Президента Б.Н. Ельцина.

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

625-629 232
Аннотация
Парниковый газ CO2 образуется во всех технологических процессах черной металлургии. Выделены три типа эмиссий диоксида углерода различных переделов черной металлургии: процесса, транзитная и сквозная. Сквозная эмиссия диоксида углерода того или иного передела является суммой интегральных эмиссий процесса и транзитной. Предложена классификация переделов черной металлургии по механизму образования эмиссии диоксида углерода. Выделено пять типов переделов, к которым можно отнести нагревательные печи, конвертеры, мартеновские печи, доменные печи, коксовые батареи. Приведены значения сквозных эмиссий диоксида углерода для шести сочетаний переделов, на выходе которых получается сталь.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

630-637 260
Аннотация
Современный изменяющийся рынок сырьевых материалов диктует необходимость разработки новых технологий производства чугуна, металлизованного железа и стали, чтобы обеспечить дальнейшее устойчивое экономическое развитие металлургических предприятий. Одной из главных современных задач черной металлургии является сокращение потребления энергии и энергетических ресурсов и уменьшение выбросов парниковых газов в атмосферу, являющихся основным фактором изменения климата на Земле, что представляет сегодня новые риски для энергоемкой черной металлургии, потребляющей громадное количество углеродсодержащего топлива. Развитие и внедрение новых альтернативных технологий производства железа в какой-либо форме и стали может помочь металлургическим компаниям продолжить их устойчивую экономическую работу. Для того, чтобы контролировать изменения климата и риски, связанные с этим, Инженерно-консалтинговой компанией Хатч (Hatch) и Уральским федеральным университетом были разработаны новые технологии и методы моделирования для определения возможного сокращения энергопотребления и уменьшения выбросов диоксида углерода в атмосферу. Технология, позволяющая определять уменьшение выбросов диоксида углерода, была названа G-CAP™ (Процесс сокращения выбросов парниковых газов), а технология улучшения топливно-энергетических показателей − En-MAP™ (План управления энергопотреблением). Оценка работы многих металлургических предприятий показала наличие значительных ресурсов по сокращению выбросов парниковых газов и уменьшения потребления энергии. С другой стороны, предприятия с лучшими показателями работы вероятно уже исчерпали возможности внедрения мероприятий с малым экономическим риском даже в условиях значительной стоимости платы за выбросы диоксида углерода в атмосферу. В этих условиях совершенно необходимо оценить все риски, связанные с разработкой и внедрением новых металлургических технологий. В данной работе представлен сравнительный анализ энергетической эффективности и эффективности снижения выбросов парниковых газов в атмосферу для ряда металлургических процессов, внедряемых в промышленность в настоящее время или близких к внедрению. Разработанные технологии G-CAP™ и En-MAP™ были использованы для количественной и качественной оценки возможностей снизить энергетические затраты и выбросы парниковых газов.
638-644 275
Аннотация
Актуальность задачи интенсификации рафинировочных процессов при ковшевой обработке стали и повышения производительности современного сталеплавильного производства в целом выдвигают проблему аналитического описания массообменных процессов при рафинировании металла в условиях газового перемешивания, являющегося основным на современном этапе. Анализ производственных данных с привлечением имеющейся информации и моделей не позволил сделать вывод об адекватности реальным условиям. В работе приведены методические подходы и результаты оценки объемного коэффициента массопереноса как обобщенного показателя, определяющего динамику рафинирования металла в условиях газового перемешивания. На базе большого массива промышленных данных по шлаковой десульфурации низко- и среднеуглеродистого металла на установке ковш-печь и вакуумной деазотации на установке VD с привлечением разработанных моделей перемешивания и рафинирования получены новые соотношения, связывающие интенсивность продувки перемешивающим газом с величиной объемного коэффициента массопереноса как для условий открытых процессов ковшевой обработки, так и для вакуумной дегазации. Приводятся результаты проверки адекватности предложенных моделей рафинирования на основе полученных соотношений связи интенсивности продувки и показателей массопереноса, показавшие достаточное соответствие рекомендованных режимов и достигнутой эффективности рафинирования.
645-651 220
Аннотация
Представлены результаты анализа материального, элементного по кислороду и теплового балансов рабочего пространства современной дуговой сталеплавильной печи емкостью 120 т. Показано, что приход теплоты при окислении железа и других компонентов шихты настолько значителен, что тепловой режим и технологический процесс в целом приобретают признаки автогенного. Существенные потери с химическим недожогом свидетельствуют о неудовлетворительной организации аэродинамических потоков в объе ме рабочего пространства печи. С использованием компьютерной программы SolidWorks Flow simulation рассмотрены аэродинамические потоки и температурные поля в зоне нахождения холодной шихты, расположенной между электродами и внутренней поверхностью стены печи. Рекомендован рациональный способ установки газокислородных горелок, фурм подачи кислорода и эжекторов для ввода углеродсодержащих материалов в ванну печи.
652-657 195
Аннотация
Для более полного использования железных руд Бакальского рудоуправления предложен обжиг во вращающейся печи в присутствии добавок твердого топлива. Исследования особенностей кинетики тепловой обработки образцов в атмосфере воздуха при скорости нагрева 10 град/мин позволили выделить семь технологических стадий: сушка; подогрев; диссоциация карбонатов; окисление ферритов; формирование труднорастворимых силикатов; расплавление, которые сопровождаются изменением их теплового состояния и условий уплотнения. Исследования изменений линейных размеров сидеритовых образцов в процессе нагрева позволили определить условия упрочнения их структуры в выделенных стадиях тепловой обработки. Представлены результаты промышленных испытаний обжига мелкой фракции сидерита класса 10 – 0 мм во вращающейся печи, отапливаемой природным газом в присутствии добавок кокса. Показана возможность достижения выхода обожженной фракции до 62,07 % при тепловом КПД агрегата 77,27 %.
658-661 224
Аннотация
Рассмотрены термодинамика и кинетика восстановления оксидов железа и разработана методика оценки изменения степени использования монооксида углерода в зависимости от интенсивности доменной плавки. Адекватность модели подтверждается сопоставлением результатов моделирования и производственных данных о работе доменных печей объемом 2200 и 3200 м3 . Показано, что при высокой степени развития процессов косвенного восстановления изменение интенсивности плавки будет сопровождаться существенными колебаниями теплового состояния.

ИНЖИНИРИНГ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

662-666 227
Аннотация
Получена экспериментальная зависимость конвективной теплоотдачи от открытой поверхности вала печного высокотемпературного вентилятора в окружающую среду при различной частоте его вращения. Показано, что в сопоставимых условиях средний коэффициент теплоотдачи от поверхности вращающегося вала на 40 – 60 % больше, чем при обдуве потоком воздуха в поперечном направлении одиночного неподвижного цилиндра. Предложена методика расчета охлаждения вращающегося вала и получена математическая формула, пригодная для оценки его температуры в районе подшипников в зависимости от конструктивных параметров вентилятора и режимов работы печи. Расчетами показано, что при увеличении числа оборотов вращения вала температура нагрева подшипников интенсивно снижается в диапазоне от 100 до 600 об/мин. В случае дальнейшего повышения частоты вращения вала температура подшипников практически стабилизируется. Из анализа предложенной расчетной зависимости следует, что для снижения нагрева подшипников при выбранной частоте вращения и диаметре вала необходимо увеличивать длину открытой поверхности вала или применять материалы с возможно меньшим коэффициентом теплопроводности. Представленные зависимости могут быть использованы при разработке высокотемпературных вентиляторов для нагревательных и термических печей.
667-671 204
Аннотация
Расчет внешнего теплообмена в пламенных печах всегда осложняется недостаточными сведениями о характеристиках конвективного теплообмена. Особенно важно знать указанные характеристики в связи с применением на современных нагревательных печах скоростных горелок, обеспечивающих истечение газовоздушной смеси со скоростью 100 – 150 м/с. Представлена методика и результаты исследования сложного внешнего теплообмена на действующей промышленной печи, оснащенной скоростными рекуперативными горелками и футерованной керамоволокнистыми блоками. Даны рекомендации по применению представленной методики и результатов исследований.
672-676 215
Аннотация
Сформулирована задача нестационарного теплообмена в зоне расплава доменной печи, учитывающая особенности процесса фильт рации чугуна и шлака через коксовую насадку. Общая закономерность заключается в апериодическом (не колебательном) характере переходных процессов теплообмена в слое. Однако это положение справедливо только при условии постоянства отношения теплоемкостей потоков материалов и газа по высоте рассматриваемого участка слоя, что в полной мере не отражает характера развития теплообменных процессов по высоте доменной печи. Показано, что апериодический (неколебательный) переходный процесс в доменной печи наблюдается в том случае, если возмущение оказывает одинаковое по знаку воздействие на нижнюю и верхнюю ступени теплообмена, а колебательный – если оно оказывает противоположное влияние на эти зоны теплообмена. Величина перерегулирования при этом будет тем больше, чем существеннее по величине и по знаку это различие.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

677-681 205
Аннотация
В работе проанализировано влияние дополнительного легирования алюминием и кремнием стали 35ХН1М2ФА с целью изучения влияния указанных легирующих элементов на процессы образования аустенита. Сталь 35ХН1М2ФА, используемая в тяжелом и энергомашиностроении, была выбрана для изучения в связи с необходимостью дополнительного улучшения комплекса механических свойств, в особенности пластичности и ударной вязкости. Методом высокотемпературного структурного анализа получены данные о соотношении α- и γ-фаз в анализируемых сплавах. На основании результатов исследования рассчитаны критические точки Ас1 и Ас3 и сделан вывод о том, что дополнительное легирование алюминием стали 35ХН1М2ФА приводит к расширению межкритического интервала температур, в то время как дополнительное введение кремния в сталь смещает межкритический интервал температур в высокотемпературную область. Изучение изменения параметра кристаллической решетки аустенита показало, что ее минимальный параметр в стали 35ХН1М2ФА наблюдается при температуре 740 °С. Кремний, и в особенности алюминий, повышают эту температуру до 760 и 780 °C соответственно.
682-687 208
Аннотация
Рельсовая накладка представляет собой изделие несимметричного профиля с элементами разной массы – шейка, верхняя и нижняя головки. Нормативные документы предъявляют строгие требования к механическим свойствам и прямолинейности готовых накладок. С использованием оптического и растрового электронного микроскопов исследована микроструктура накладки после прокатки (без термообработки), после термоупрочнения по традиционной технологии – закалке в баке с маслом, а также полученной по технологии ускоренного водяного охлаждения, впервые реализованной для такого рода изделий. В результате установлено, что высокая степень дисперсности фаз и малый размер зерна наилучшим образом обеспечивают получение стабильных механических свойств, что характерно для технологии ускоренного водяного охлаждения. Прямолинейность готовых изделий в данном случае достигается благодаря управляемости процессом охлаждения.
688-695 213
Аннотация
Приведены результаты анализа расчетных выражений, полученных разными исследователями, для определения величины гидравлического сопротивления плотного слоя, состоящего из различного вида частиц (шаровидные частицы, окатыши, частицы произвольной формы). В качестве критерия для выявления общих закономерностей зависимости гидравлического сопротивления слоя от температуры и скорости фильтрации был использован приведенный коэффициент гидравлического сопротивления. Показано, что на характер зависимости гидравлического сопротивления слоя от порозности практически не влияет форма частиц. Рекомендована формула, с помощью которой достаточно надежно можно рассчитывать коэффициент гидравлического сопротивления слоя окатышей при их естественной засыпке и отсутствии значительного количества мелочи, а, следовательно, определять потери энергии в самом слое и в целом по всему газовоздушному тракту обжиговых установок.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

696-702 233
Аннотация
Приведена физико-математическая модель расчета термонапряженного состояния рабочих валков холодной прокатки при нагреве в камерной печи скоростного (градиентного) нагрева под закалку. Нагревательная печь выполнена из двух раздвигающихся половин и совмещена со спрейерной установкой. Валок, подвергающийся нагреву, устанавливается на роликах и вращается в процессе нагрева и закалки. Сопоставлены два режима нагрева – форсированный и более рациональный, у которого введено ограничение скорости нагрева валка в начальной стадии. Предложен ступенчатый график повышения температуры греющей среды при нагреве валка, в котором максимальные растягивающие напряжения не превышают приемлемых значений порядка 300 МПа. В целях снижения термических напряжений при нагреве валков рекомендуется ограничивать скорость нагрева на начальной стадии тепловой обработки.
703-709 183
Аннотация
Рассмотрены требования, структура и архитектура АРМ «Технолог доменного цеха» компьютерной системы поддержки принятия решений MES-уровня, внедренной в АСУП доменного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Представлено краткое описание основных модельных подсистем, а также допущения, принятые в процессе математического моделирования. Использование разработанной системы позволяет инженерно-технологическому персоналу оперативно проводить анализ производственных ситуаций доменного цеха, решать ряд технологических задач по управлению тепловым, газодинамическим и шлаковым режимами доменной плавки, а также производить расчет оптимального состава доменной шихты, что в конечном итоге обеспечивает повышение технико-экономических показателей работы доменного производства.
710-715 277
Аннотация
В Уральском федеральном университете разработана экспертная система (ЭС) для анализа и проектирования технологии сортовой прокатки, которая может быть использована при оптимизации действующих и проектировании новых технологических процессов сортовой прокатки. Для функционирования ЭС созданы базы знаний о предметной области, основанные на теоретических и экспериментальных исследованиях, а также на обобщении опыта производства сортовых профилей на действующих станах. Комплексная математическая модель расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки, созданная на основе современных представлений о механике деформируемого тела, позволяет рассчитывать полный комплекс технологических и энергосиловых параметров моделируемого процесса. Программное обеспечение ЭС разработано для операционной системы Windows с использованием среды визуального программирования Borland C++ Builder.


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


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