Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 60, № 3 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-3

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

175-180 4988
Аннотация

Цель настоящей работы - экспериментальное изучение возможности и целесообразности восстановительной обработки сталеплавильных шлаков для получения металлической и оксидной фаз, которые могут быть использованы в металлургической промышленности и индустрии строительных материалов. Объектом экспериментального исследования являлся шлак со шлаковых отвалов Златоустовского металлургического завода. Экспериментальные исследования включали в себя опыты по восстановлению образцов шлака углеродом. Состав экспериментальных образцов определялся посредством микрорентгеноспектрального анализа. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют утверждать, что масса металлической фазы, полученной в результате восстановления, может составлять до 20 % массы исходного шлака и даже несколько выше. При этом возможно практически полное восстановление железа, содержащегося в шлаке. Также в состав металла может перейти преобладающая или заметная часть таких элементов, как хром, никель, марганец, а также некоторые другие ценные компоненты. При этом жидкофазное восстановление шлака целесообразно проводить при температурах порядка 1500°С и выше с целью более полного восстановления металлов и образования консолидированной металлической фазы. Показана целесообразность проведения предварительного твердофазного восстановления шлака при температурах порядка 1100 - 1200°С. Этот процесс даст возможность перевести большую часть железа, находящегося в шлаке в форме оксидов, в форму, восприимчивую к магнитной сепарации. Последующая магнитная сепарация позволит отделить фракцию с повышенным содержанием ценных металлов от обедненной по ценным металлам оксидной фракции, которая может быть использована для производства строительных материалов. При проектировании агрегатов для реализации разрабатываемой технологии рекомендуется предусмотреть меры по утилизации больших объемов угарного газа и паров металлов, присутствующих в составе газовой фазы. Одним из путей утилизации СО может стать использование образующегося газа в качестве восстановителя для предварительного твердофазного восстановления шлака. Исследование позволило разработать схему глубокой переработки отвалов шлаков такого рода.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

181-186 732
Аннотация

Предложена математическая модель процесса обезуглероживания при непрерывной подаче окатышей и использовании топлив- но-кислородных горелок с учетом изменения по ходу плавки окисленности шлака и распределения кислорода на окисление компонентов расплава. Алгоритм и программу предложенной модели можно использовать для расчета управляемого окислительного рафинирования при электроплавке железорудных металлизованных окатышей в ванне дуговой печи. Рассмотрены рассчитанные по модели кривые составляющих процесса обезуглероживания металла, окисленности шлака и скорости нагрева металла от обезуглероживания в течение периода плавки стали до достижения конечной массы металла в ванне 150-т дуговой сталеплавильной печи при разных расходах окатышей и постоянного количества кислорода топливно-кислородных горелок на плавку. Данные подтверждают решающий вклад кислорода от топливно-кислородных горелок в обезуглероживание расплава. Общий вид кривых изменения составляющих процесса обезуглероживания совпадает с литературными и опытными данными. Это обстоятельство позволяет осуществлять эффективное управление электрическими параметрами электроплавки (током в электродах, ступенями напряжения и др.), что обеспечивает максимальное излучение электрических дуг на поверхность металла и шлака. Таким образом, подача кислорода через топливно-кислородные горелки позволяет реализовать технические решения по электроплавке окатышей в зоне высоких температур печи. При этом потоки окатышей, сыпучих материалов и газовых смесей концентрируются в области влияния электрических дуг на поверхности расплава, где процессы нагрева и плавления осуществляются с более высокими скоростями, чем во всех известных способах загрузки железорудных металлизованных окатышей в агрегат, что позволяет достигнуть более высоких технико-экономических и энерго-технологических показателей плавки металлизованных окатышей.

187-151 3384
Аннотация

Представлен анализ результатов численных и экспериментальных исследований на участке подгибки кромок линии 1420. В результате анализа установлено влияние прикромочной зоны заготовки на качество сварных готовых труб. Установлено, что геометрия кромок заготовки в дальнейшем влияет на параметры заготовки на формовочном участке прессов, сборочно-сварочного стана и механического экспандера. Определены контактные и неконтактные участки прикромочной области заготовки и инструмента пресса подгибки кромок. Выявлено, что отклонения по геометрии кромки в дальнейшем влияют на качество сварного соединения и геометрию прикромочной зоны после сборки и сварки. Данные отклонения в дальнейшем приводят к таким дефектам в прикромочной зоне, как смешение продольных кромок и отклонение от теоретической окружности. Проведен ряд математических и экспериментальных исследований по геометрическим параметрам трубной заготовки при подгибке кромок, где утверждается о том, что прикромочная область трубной заготовки при нагрузке имеет форму верхнего деформирующего инструмента, так как трубная заготовка при нагрузке облегает ее. Деформирующий инструмент пресса подгибки кромок имеет эвольвентый профиль, т. е. подогнутая часть кромки в момент нагрузки в области контакта должна иметь профиль эвольвенты. Для выявления характера распределения кривизны трубной заготовки были проведены исследования формоизменения трубной заготовки с использованием современных компьютерных систем на участке подгибки кромок. По результатам проведенных исследований определили область контакта деформирующего инструмента и трубной заготовки, а также координаты контура по всей ширине трубной заготовки. Областью контакта заготовки и деформирующего инструмента является прикромочная зона трубной заготовки, которая контактирует с нижним деформирующим инструментом - матрицей и верхним деформирующим инструментом - пуансоном. По результатам исследований выявлено, что прикромочная область трубной заготовки не полностью облегает верхний деформирующий инструмент и имеет как контактные, так и неконтактные участки. Следовательно характер распределения кривизны кромки трубной заготовки и профиля пуансона различный, а известные методики расчета требуют доработки. Определены основные параметры трубной заготовки при подгибке кромок. Проведен сравнительный анализ результатов измерений геометрии кромки экспериментальными и расчетными методами.

192-199 4815
Аннотация

Проведен анализ технологии дегазации стали 09Г2С, выплавленной в дуговой электропечи и обработанной на установке ковш- печь в условиях ЭСПЦ АО «Уральская Сталь». Выявлены основные параметры вакуумирования стали, определяющие эффективность удаления водорода на установке вакуумирования стали камерного типа: глубина и продолжительность вакуумирования, расход аргона, температура металла, толщина слоя шлака и величина свободного борта. Установлено, что наиболее существенное влияние данных параметров на содержание водорода происходит при увеличении продолжительности глубокой дегазации стали до 20 мин. Дальнейшее увеличение времени обработки не рекомендуется. Наибольший эффект остаточного давления во время дегазации наблюдается при одновременном снижении минимального давления до 2 мбар. Результаты вакуумирования стали значительно ухудшаются при возрастании остаточного давления. Повышение температуры металла до 1600 - 1620°С способствует удалению водорода, но при температуре выше 1620°С удаление водорода замедляется в значительной степени. Установлено количественное влияние параметров вакуумирования и получено уравнение регрессии, позволяющее прогнозировать результаты удаления водорода, а также подбирать величину параметров с целью достижения заданного содержания водорода в стали. Определены рациональные с экономической и технологической точек зрения уровни параметров вакуумирования, обеспечивающие получение стали с содержанием водорода 2,1 ppm: температура перегрева металла 100 - 110°С, длительность вакуумирования 20 мин при давлении в вакуум-камере не более 1,5 мбар, расход аргона на продувку 0,05 м3/т. Потери температуры металла определяются общей длительностью обработки, которая зависит от продолжительности глубокого вакуумирования, технических возможностей оборудования и организации процесса дегазации стали. Минимальное для изученной установки остаточное содержание водорода в стали, составляющее 1,6 ppm, обеспечивается при проведении вакуумной обработки стали с температурой перегрева 120 - 125°С в течение 40 мин при давлении в вакуум-камере не более 1 мбар и расходе аргона на продувку до 0,072 м3/т.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

200-206 3168
Аннотация

В настоящей работе на примере образцов сталей ответственных деталей железнодорожного транспорта рассмотрена методика определения поверхностных напряжений рентгеновским методом с учетом специальной подготовки поверхности в точке измерения. Рассмотрены особенности проведения измерений поверхностных напряжений рентгеновским методом, показана применимость для этого разработанного макета портативного рентгеновского дифрактометра. Работа дифрактометра основана на следующем принципе. Изменение угла дифракции при наличии механических напряжений приводит к смещению дифракционного пика на регистрируемом дифракционном спектре (рентгенограмме) относительно положения пика при отсутствии напряжений. Детектор фиксирует дифрагированное рентгеновское излучение и передает при помощи аналого-цифрового преобразователя в персональный компьютер дискретную информацию о распределении интенсивности излучения, улавливаемом детектором. Для компьютерной обработки регистрируемых дифракционных спектров разработана специальная программа STRESSCONTROLL, позволяющая графически отображать дифракционные спектры, регистрируемые детектором, управлять работой дифрактометра и рассчитывать напряжения с использованием баз данных по металлам и фазам. Компьютерная обработка дифракционных профилей заключается в определении положения центра тяжести. Алгоритм программы включает отделение фона, аппроксимацию массива данных в кривую и точное определение положения центра тяжести сглаженного профиля. Измерены поверхностные напряжения на фрагменте боковой рамы из стали 20ГЛ (после нормализации и объемно-поверхностной закалки), вырезанном из зоны буксового проема радиуса R55. Полученные результаты определений поверхностных напряжений для нормализованного фрагмента показали результаты, близкие к нулю, а для фрагмента с объемно-поверхностной закалкой получены значительные сжимающие напряжения. Таким образом, форма дифракционного пика, а также уровень поверхностных напряжений напрямую связаны с особенностями микроструктуры изучаемой стали. В этом случае рентгеновский метод определения поверхностных напряжений может являться индикатором состояния поверхности.

200-206 68
Аннотация

В настоящей работе на примере образцов сталей ответственных деталей железнодорожного транспорта рассмотрена методика определения поверхностных напряжений рентгеновским методом с учетом специальной подготовки поверхности в точке измерения. Рассмотрены особенности проведения измерений поверхностных напряжений рентгеновским методом, показана применимость для этого разработанного макета портативного рентгеновского дифрактометра. Работа дифрактометра основана на следующем принципе. Изменение угла дифракции при наличии механических напряжений приводит к смещению дифракционного пика на регистрируемом дифракционном спектре (рентгенограмме) относительно положения пика при отсутствии напряжений. Детектор фиксирует дифрагированное рентгеновское излучение и передает при помощи аналого-цифрового преобразователя в персональный компьютер дискретную информацию о распределении интенсивности излучения, улавливаемом детектором. Для компьютерной обработки регистрируемых дифракционных спектров разработана специальная программа STRESSCONTROLL, позволяющая графически отображать дифракционные спектры, регистрируемые детектором, управлять работой дифрактометра и рассчитывать напряжения с использованием баз данных по металлам и фазам. Компьютерная обработка дифракционных профилей заключается в определении положения центра тяжести. Алгоритм программы включает отделение фона, аппроксимацию массива данных в кривую и точное определение положения центра тяжести сглаженного профиля. Измерены поверхностные напряжения на фрагменте боковой рамы из стали 20ГЛ (после нормализации и объемно-поверхностной закалки), вырезанном из зоны буксового проема радиуса R55. Полученные результаты определений поверхностных напряжений для нормализованного фрагмента показали результаты, близкие к нулю, а для фрагмента с объемно-поверхностной закалкой получены значительные сжимающие напряжения. Таким образом, форма дифракционного пика, а также уровень поверхностных напряжений напрямую связаны с особенностями микроструктуры изучаемой стали. В этом случае рентгеновский метод определения поверхностных напряжений может являться индикатором состояния поверхности.

207-215 3914
Аннотация

В работе исследована стадийность формирования структуры монокристалла (110)[001] сплава с ОЦК-решеткой Fe-3 % Si при холодной прокатке непосредственно в очаге деформации. Для получения видимого «очага деформации» в момент прокатки образцов лабораторный стан резко останавливали. Для снижения коэффициента трения на части образцов использовалась смазка. Деформационная структура исследовалась методами металлографии и ориентационной электронной микроскопии. Связь экспериментальных данных с расчетным напряженным состоянием анализировалась в пакете Deform-3D при прокатке для различной величины коэффициента трения. Показано, что напряженное состояние в зависимости от коэффициента трения может значимо влиять на формирование мезоструктуры и развитие текстуры материала. В монокристалле, прокатанном при повышенном трении при сравнительно небольшой величине деформации, наблюдалось формирование полос деформации. Ориентационный анализ места сопряжения полос деформации показал наличие в этой области чередующихся, незначительно отличающихся ориентировками микрополос, отделенных друг от друга малоугловыми границами. В случае прокатки монокристалла (110)[001] со смазкой (пониженное трение) уже при незначительной деформации фиксировалось двойникование, по всей видимости, вызванное снижением вклада поверхностной энергии в общую энергию зарождения двойника. Показано, что двойники обеих систем в течение всего процесса деформации либо сохраняли строгую кристаллографическую связь L3 с матрицей, либо разориентация L3 в связи с локальными переориентировками кристаллической решетки преобразовывалась в близкие к ней специальные разориентации Е17Й, L43c. На основе экспериментальных данных предложена дислокационная модель формирования деформационной мезоструктуры при холодной прокатке монокристалла (110)[001], которая включает: образование микрополос на начальной стадии возникновения деформационных полос; формирование параллельных плоскости прокатки переходных полос с динамическим сохранением в них исходной ориентировки; образование наклонных к плоскости прокатки переходных полос с габитусом, параллельным плоскостям {112} матрицы, эквивалентных полосам сдвига, габитус которых составляет угол ~17: к плоскости прокатки.

216-222 2834
Аннотация

При помощи универсального комплекса Gleeble 3800 исследованы характеристики сопротивления деформации в температурном интервале 1200 - 800°С в азотсодержащей стали Cr-Ni-Mn композиции легирования. Посредством анализа диаграмм деформирования, а именно определения пороговой степени деформации, необходимой для начала процесса динамической рекристаллизации (ДР), установлены температурно-деформационные условия начала ДР в зависимости от скоростей деформации и рекомендованы оптимальные температурные режимы проведения горячей штамповки, ковки и прокатки в промышленных условиях. Установлено, что при степени истинной деформации е = 0,9 динамическая рекристаллизация в исследуемой стали в интервале скоростей деформации 10~2 + 2 с-1 происходит при температурах не ниже 900°С. Металлографические исследования подтвердили полученные экспериментальные данные и показали, что процессы структурообразования, происходящие в стали при изотермической деформации с разными скоростями, имеют отличия при температурах выше 900 :С. Чем выше температура и меньше скорость деформации, тем большее развитие получают релаксационные процессы. Установлено, что при скорости деформации 0,01 с-1, соответствующей операции штамповке на прессе, ДР в температурном интервале 1200 - 1100°С начинается при значениях деформации порядка е = 0,1 (около 10 % относительного обжатия). При понижении температуры до 1000 и 900°:С необходимо накопление деформации около 20 и 30 % соответственно. Увеличение скорости деформации до 0,1 с-1 (ковка) приводит к тому, что в интервале температур выше 1100°С ДР начинается при степени деформации около 20 %, при 1000 и 900°С - около 28 и 35 % соответственно. При скорости деформации 1 -2 с-1 (прокатка) ДР начинается в интервале температур 1100 - 1000°С при степени деформации около 30 %. Понижение температуры до 900°С, так же как и повышение до 1200°С, увеличивает пороговую степень до 36 %.

223-229 459
Аннотация

Рассмотрены способы повышения плотности и однородности строения литых заготовок ответственного назначения из высокопрочных легированных сталей. Показано, что только легирование не всегда обеспечивает необходимые механические и служебные свойства ответственных изделий, получаемых способом литья. Отмечается, что наиболее распространенный способ литья в песчаные формы не позволяет воздействовать на затвердевающий метал, а, следовательно, на структуру и свойства литого металла и возникающие при этом характерные трудно устранимые дефекты. Приведены основные технологические параметры литья в тонкостенные формы: толщина облицовочного слоя и металлической оснастки, способ подвода металла, технологические параметры заливаемого металла, способ создания направленного затвердевания отливки, а также количество и материал микрохолодильников. Приведены результаты исследования влияния внепечного воздействия на затвердевающий металл тяжелых корпусных отливок из специальной среднелегированной стали. Проанализировано качество металла отливок, полученных по следующим вариантам: суспензионной заливкой жидкого металла в металлооболочковую форму с принудительным охлаждением (комплексное воздействие), в металлооболочковую форму с принудительным охлаждением (внешнее воздействие), в объемную песчаную форму. Исследование макроструктуры показало, что наиболее крупное зерно получается в объемной песчаной форме, в центральной зоне отливки наблюдается усадочная пористость. Увеличение скорости кристаллизации и затвердевания приводит к измельчению структуры и повышению плотности металла по высоте и сечению отливки. Условия затвердевании влияют и на морфологию неметаллических включений и характер дендритной структуры. Отмеченные преимущества особенно заметны при комплексном воздействии на затвердевающую отливку. При этом происходит более резкое снижение температуры перегрева при вводе микрохолодильников и принудительном охлаждении тонкостенной формы, а также увеличение центров кристаллизации и повышение эффекта суспензионного питания на завершающей стадии затвердевания. Механические свойства стальных отливок, полученных с комплексным воздействием, особенно ударная вязкость и пластичность, значительно выше, чем у отливки, полученной в объемной песчаной форме. Повышение механических свойств объясняется ускоренным теплоотводом, измельчением структуры и повышением плотности металла отливки, а также более благоприятным распределением неметаллических включений. Не менее важным преимуществом разработанной технологии является повышение технологического выхода годного за счет снижения расхода металла на прибыли, повышение чистоты поверхности отливки и возможности отнесения этого способа в разряд малоотходных и ресурсосберегающих.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

230-240 2917
Аннотация

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах системы Fe-Co, содержащих титан. Впервые определены константы равновесия реакций взаимодействия титана и кислорода, коэффициенты активности при бесконечном разбавлении и параметры взаимодействия в расплавах различного состава при 1873 К. По мере роста содержания кобальта в расплаве константы равновесия реакций взаимодействия титана и кислорода уменьшаются от железа ((lgK(FeO·TiO2) = -7,194; lgK(TiO2) = -6,125; lgK (Ti3O5) = -16,793; lgK (Ti2O3) = -10.224) к кобальту (lgK (CoO· TiO2) = -8.580; lgK (TiO2) = -7.625; lgK (Ti3O5) = -20.073; lgK (Ti2O3) = -12.005). Определены значения содержаний титана в точках равновесия между оксидными фазами (Fe. Со)О· TiO2. TiO2, Ti3O5 и Ti2O3. Содержание титана в точке равновесия (Fe. Со)О · TiO2 ↔TiO2 уменьшается от 1,0· 10-4 % Тi в железе до 1,9-10-6 % Тi в кобальте. Содержание титана в точке равновесия TiO2 ↔ Ti3O5  повышается от 0.0011 % Тi в железе до 0.0095 % Тi в кобальте. Содержание титана в точке равновесия Ti3O5 ↔ Ti2O3, повышается от 0.181 % Тi в железе до 1.570 % Тi в кобальте. Рассчитаны зависимости растворимости кислорода в изученных расплавах от содержания кобальта и титана. Показано, что раскислительная способность титана при увеличении содержания кобальта до 20 % снижается. а затем возрастает по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. В железе, сплавах Fe - 20 % Со и Fe - 40 % Со раскислительная способность титана практически одинаковая. Кривые растворимости кислорода в железокобальтовых расплавах, содержащих титан, проходят через минимум, положение которого смещается в сторону более низких содержаний титана по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. Дальнейшие присадки титана приводят к возрастанию концентрации кислорода в расплаве. При этом, чем выше содержание кобальта в расплаве, тем резче возрастает концентрация кислорода после минимума по мере добавления титана в расплав.

241-246 4321
Аннотация

Для идентификации ассоциатов в бинарном металлическом растворе с положительными отклонениями от закона Рауля использовался вариант модели идеальных ассоциированных растворов, учитывающий самоассоциацию только одного компонента раствора. Кроме того, при определении химического равновесия компонентов по закону действующих масс использовались не относительные, а абсолютные характеристики масс. Это позволило в конечном итоге определять не эмпирические константы комплексообразования ассоциатов, а имеющие ясный физический смысл константы химического равновесия между ассоциатами и мономерами раствора. Однако такой прием потребовал введения в расчет дополнительной расчетной характеристики - суммы молей всех химических соединений в растворе. Было установлено, что эта величина численно равна обратной величине коэффициента активности неассоциированного компонента раствора. Возможность независимого определения подобной характеристики позволила заметно упростить исходную систему расчетных уравнений, т. е. исключить уравнение нормировки мольного состава раствора, сохранив лишь два уравнения материального баланса компонентов раствора. Полученный расчетный алгоритм позволил решать численным методом как «обратную» задачу (определение порядка и термодинамических свойств самоассоциата по опытным данным), так и «прямую» задачу (определение активностей компонентов раствора в соответствие с их термодинамическими свойствами). Справочная информация о термодинамических свойствах самоассоциатов в настоящее время практически отсутствует, поэтому решение прямой задачи пока будет полезным лишь для проверки результатов решения обратной задачи. Выполнена идентификация ассоциатов для одиннадцати бинарных сплавов, содержащих хром или медь, т. е. химических элементов, наиболее склонных к самоассоциации. Установлено, что каждый из упомянутых элементов может образовывать ассоциаты различных порядков величиной от трех до шестнадцати. Для сплавов, образующих ассоциаты с невысоким порядком (менее десяти), расчетная энергия образования ассоциата, приходящаяся на одну химическую связь, составила около 15 кДж/моль. Полная расчетная энергия образования ассоциатов для сплавов с высоким порядком ассоциатов (более десяти) составила около 360 кДж/моль. Отмечается, что концентрационная зависимость порядка ассоциации была не совсем стабильной и имела тенденцию к возрастанию при малых концентрациях ассоциируемого компонента. Тем не менее, абсолютная погрешность аппроксимации изотерм активностей анализируемых сплавов по принятой расчетной модели оставалась малой и находилась в пределах 0,004 - 0,025.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

247-249 2953
Аннотация

Методом ориентационной микроскопии исследована текстура листов малоуглеродистой низколегированной трубной стали с бейнитной структурой, полученных контролируемой термомеханической обработкой. Проанализированы образцы, склонные и не склонные к образованию расщеплений (вторичных трещин) в изломе при проведении механических испытаний. Показано, что образование расщеплений связано с наличием в материале вытянутых в направлении контролируемой горячей прокатки областей, состоящих из мелких кристаллитов с однородной ориентировкой (001 )[110]. Предположительно формирование областей является следствием особенностей g→α сдвигового превращения при различных параметрах обработки.

250-251 2785
Аннотация

Проведен анализ экспериментальных данных о концевой разностенности труб, полученных на ТПА-80 Синарского трубного завода. Приведены данные о длине утолщенных концов черновых и готовых труб. Конфигурация утолщенных концов представлена конической формой с прямолинейными образующими, получены уравнения линейной регрессии. Предложены формулы для расчета длины передних и задних утолщенных концов. Приведены данные о поперечной разностенности черновых и готовых труб.



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


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