Предложена методика расчета напряжений в обожженных зональных офлюсованных окатышах на основе возникновения при их охлаждении напряженного состояния на границе зон с разной температурой кристаллизации шлаковых включений. Проведены расчеты напряженного состояния для качканарских окатышей с разным расположением гематитовых и магнетитовых зон. Показано, что при охлаж дении обожженных зональных окатышей на воздухе на границе магнетитового ядра и гематитовой оболочки возникают растягивающие нормальные напряжения в радиальном направлении, способствующие отрыву ядра от оболочки. Установлено, что наличие трехзонной структуры окатышей (магнетитовое ядро – гематитовая оболочка – поверхностная магнетитовая пленка) способствует перераспределению нормальных напряжений по их сечению. Увеличение толщины поверхностной магнетитовой пленки уменьшает растягивающие напряжения в радиальном направлении на границе ядра и оболочки, в результате чего прочность окатышей повышается. При охлаждении обожженных окатышей с гематитовым ядром и магнетитовой оболочкой в нейтральной атмосфере на границе зон возникают растягивающие нормальные напряжения в тангенциальном направлении, способствующие снижению прочности окатышей.

Рассмотрен процесс модифицирования стали природными материалами, содержащими барий и стронций. С применением методов термодинамического моделирования рассмотрен процесс восстановления бария и стронция кремнием и алюминием. Изучено влияние процесса обработки стали барийстронциевым модификатором на формирование структуры и механические свойства стали. Результаты исследований реализованы при выплавке стали марок 25Г2С и Г13 в дуговой электропечи литейного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», а также ОАО «Юргинский машиностроительный завод» при выплавке сталей марок 35ХГСЛ, 30ХГСЛФЛ, 12НД2ФХ с применением двушлаковой технологии. Анализ результатов промышленных испытаний показал, что барийстронциевый модификатор воздействует на микроструктуру и неметаллические включения, обеспечивает повышение запаса конструктивной прочности сталей, оцениваемой значениями пределов текучести, прочности и ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах. Для выявления присутствия в стали бария и стронция был выполнен анализ структуры стали методом экстрактных реплик с использованием просвечивающей электронной дифракционной микроскопии. Наличие бария и стронция в объеме зерна свидетельствует о взаимодействии этих элементов с металлическим расплавом с определенным влиянием на структурообразование металлической матрицы.

На основании выполненного термодинамического анализа оксидных двойных и тройных систем, имеющих в качестве компонента оксид La2 O3 , сформирована база энергетических параметров теории субрегулярных растворов оксидных расплавов, сопряженных с областью существования металлических расплавов. Установлены температурные зависимости констант равновесия для гетерогенных реакций раскисления стали. Построены поверхности растворимости компонентов в кислородсодержащей стали (ПРКМ) для систем Fe – Al – La – O – С, Fe – Ca – La – O – С, Fe – Mg – La – O – С, Fe – Si – La – O – С, Fe – Cr – La – O – С. Построены диаграммы комплексного раскисления стали сплавами и смесевыми модификаторами, содержащими активные и легирующие элементы: Ca, Mg, Si, Al, Cr, La. Анализ выполнен для хорошо раскисленного и обессеренного металла. При обычной схеме раскисления, в результате которой РЗМ вводятся после введения в металл кальция, кремния и алюминия, образовавшиеся включения, представляющие собой конгломерат алюминатов кальция и магния, служат подложкой для выделения мелких фракций, активно взаимодействуют с жидкой составляющей включений, растворяются в ней и поэтому оксид La2 O3 в виде самостоятельной фазы в металлических включениях отсутствует.

Проанализировано состояние исходных термодинамических данных базовых химических реакций взаимодействия кремния с кислородом, протекающих с образованием монооксида и диоксида кремния. В качестве базового параметра для оценки фазово-химических равновесий в системах, содержащих кислород, принимается парциальное давление кислорода в газовой фазе. Для кремнистых сплавов со значениями X|Si| = 0,1 – 1,0 в диапазоне температур 1700 – 2300 К рассчитаны равновесные значения PSiO и PO2 в газовой фазе, состоящей из кислорода и монооксида кремния. Для систем сплав – шлак – углерод – газ определено влияние активности оксида кремния в шлаковом расплаве на равновесный состав газовой фазы. Показано, что в высококремнистых сплавах (aSi > 0,2) наибольшее влияние на состав газовой фазы оказывает температура. На диаграмме фазово-химических равновесий системы Si – O – C показано, что границы моновариантных равновесий SiO2 – C – газ, SiO2 – SiC – газ и SiO2 – Si – газ при уменьшении активности SiO2 в шлаковом расплаве смещаются в сторону высоких температур и при заданной температуре концентрации монооксида кремния и кислорода понижаются.

Методом растровой электронной микроскопии исследована неметаллическая фаза в вакуумированной аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т и 03Х18Н10. Приведены данные о составе неметаллических включений в литых пробах металла из сталеразливочного ковша, вакуумирования и разливки на МНЛЗ, а также в пробах холоднокатаного листа толщиной 1,2 мм. Показано, что в пробах стали 08Х18Н10Т из промежуточного ковша МНЛЗ неметаллическая фаза представлена в основном скоплениями нитридов титана, внутри кристаллов которых содержатся оксиды алюминия и титана, а также редкими глобулями небольшого размера в оболочке из оксидов титана. В холоднокатаном листе включения располагаются в основном по всему сечению шлифа и состоят из мелких (5 – 6 мкм) кристаллов нитридов титана. Литые пробы металла аустенитной безтитанистой стали 03Х18Н10 достаточно чистые по содержанию неметаллических включений. Неметаллическая фаза представлена в основном мелкими включениями алюмокальциевого силиката. В холоднокатаном листе толщиной 1,2 мм неметаллическая фаза представлена крайне редко встречающимися очень мелкими глобулями размером 2 – 3.мкм. Результаты исследования сопоставлены с составом неметаллической фазы невакуумированной стали аналогичных марок на тех же стадиях передела.

Выполнено исследование особенностей применения вихревых газовых струй для повышения эффективности нанесения огнеупорных покрытий на футеровку конвертеров. С использованием численного моделирования рассмотрена аэродинамическая картина в рабочем пространстве агрегата и особенности движения капель конвертерного шлака при подаче нейтрального газа через специальную фурму с элементами вихревого аппарата. Уточнены закономерности движения капель шлака различного размера к футеровке конвертера, определена зависимость между параметрами движения капель шлака и характеристиками вихревой струи. Установлено, что траектория движения капель шлака независимо от их размера определяется в основном степенью закрутки вихревой струи. Показана принципиальная возможность повышения технологической гибкости процесса нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертеров при использовании вихревых газовых струй.

Проведена оценка экологического риска от загрязнения атмосферного воздуха производственной деятельностью металлургического предприятия ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» от всех организованных и неорганизованных источников выбросов цехов: рудоподготовки, агломерации, доменного, сталеплавильного, прокатного, литейного. Неканцерогенный экологический риск хронической интоксикации, не превышающий приемлемый уровень, составлял 75 % от всех организованных источников выбросов (208 шт.), высокий риск – 22,1 %, очень высокий – 2,9 %. Неканцерогенный риск от всех неорганизованных источников выбросов (39 шт.) имел превышение предельно допустимого уровня в 40 раз. Для снижения организованных выбросов предлагается в цехах рудоподготовки, агломерации и доменном увеличение высоты дымовых труб, в сталеплавильном, прокатном и литейном – регулирование геометрических параметров горловины трубы Вентури и СИОТа. Предложенные рекомендации по технологическим приемам малозатратны и позволят снизить содержание в воздухе рабочей зоны вредных веществ и приблизиться к достижению оптимальных условий труда (первый класс).

В работе выявляется характер динамического взаимодействия между механическими и электрическими параметрами привода при возникновении в механической части конвейера внезапных повреждений. Дана оценка возможности использования характера изменения системы электрических параметров электродвигателя в качестве диагностирующего сигнала. Составлена совместная модель для исследования динамических процессов в системе питающая сеть – асинхронный двигатель – ленточный конвейер. Питающая сеть и асинхронный двигатель описаны моделью пространства состояний четвертого порядка с получением на выходе значения момента на валу электродвигателя. Для механической части ленточного конвейера были определены моменты инерции и податливости связей между зве- ньями. Путем постепенного выделения элементов с минимальным моментом инерции и распределения момента инерции этих элементов и податливостей между соседними элементами была получена 3-х массовая система, моделирующая механическую часть исследуемого агрегата. Составленная динамическая модель решена в среде Matlab Simulinc. Получены данные об энергетических показателях привода в динамических процессах, следующих за возникновением аварийных ситуаций в механизме.

Предложены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния концентрации напряжений на повреждаемость титановых сплавов. Исследовали образцы титановых сплавов ОТ4 (α-класс) и ВТ3-1 (α + β-класс) с различными радиусами концентраторов напряжений. Оценено влияние концентрации напряжений на параметры акустической эмиссии при использовании образцов различных радиусов. Показаны графическая зависимость объема материала, вовлекаемого в деформацию, от распределения максимальных местных напряжений и диаграмма распределения основных параметров АЭ для образцов с различными радиусами концентраторов напряжений из сплавов ОТ4 и ВТЗ-1 в зависимости от номинального разрушающего напряжения. Приведены результаты теоретического и экспериментального исследований влияния концентрации напряжений α на повреждаемость титановых сплавов ОТ4 и ВТ3-1. Результаты исследований могут быть использованы для разработки методик диагностирования конструкций с точки зрения определения наименее опасной формы концентратора напряжений.

С помощью метода молекулярной динамики получены значения энергии миграции вакансии и межузельного атома в упорядоченном сплаве CuPt. При миграции вакансии и межузельного атома в сплаве CuPt преимущественно мигрируют атомы меди. Межузельный атом формирует в упорядоченном сплаве CuPt конфигурации, нехарактерные для чистых металлов: избыточный атом меди стремится сформировать краудион вдоль направления <110> в плоскости (111), содержащей атомы меди; при введении атома платины формируется гантельная конфигурация из двух атомов платины в направлении <111>, перпендикулярном плоскости (111), содержащей атомы платины. Обнаружена высокая анизотропия миграции межузельного атома: межузельный атом в упорядоченном сплаве CuPt мигрирует, как правило, вдоль плоскостей (111), содержащих атомы меди. При упругом растяжении вдоль этой плоскости отчасти подобная анизотропия появляется при миграции вакансии, а межузельный атом в этом случае мигрирует преимущественно вдоль оси растяжения.

Работа посвящена управлению объектами с рециклом. Приведена классификация объектов с рециклом с выделением четырех типов: рецикл «по концентрации», «по массе», «по параметрам», «комбинированный». Для первых трех классов объектов представлены структуры систем автоматического регулирования, проведен анализ влияния неопределенности моделей на эффективность работы этих систем. Для объектов с рециклом «по концентрации» проведен анализ системы автоматического регулирования для объекта без самовыравнивания в прямой цепи и с самовыравниванием; для объектов с рециклом «по массе» и «по параметрам» проведен анализ системы автоматического регулирования для объекта без самовыравнивания в прямой цепи. Получены численные оценки зависимостей критерия эффективности от величины соотношения параметров (коэффициент передачи и постоянная времени) модели объекта и объекта управления для всех случаев.

26 января 2016 г. исполняется 70 лет Александру Марковичу Глезеру, доктору физико-математических наук, профессору – крупному ученому и лидеру научной школы в области изучения и разработки многофункциональных материалов нового поколения.