Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 60, № 5 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-5

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

342-347 122
Аннотация

Получение черных металлов, добыча и переработка сырья относятся к экологически опасным производствам.Помимо выбросов газов в атмосферу и загрязнения водоемов, образуется много твердых отходов. Особую роль в доменных процессах играет хлор. Наличие  соединений хлора в колошниковом газе приводит к коррозии трубопроводов, воздухонагревателей и фурм доменных печей. Поведение хлора в доменной печи определяет свойства агломерата во время технологического процесса восстановления. Контроль содержания минерального хлора в осадках на фильтрах и пылеулавливателях (в виде хлора, связанного с металлами) важен для оценки токсичности отходов, а также для оценки процесса производства. В практике определения хлора используют ряд физических методов анализа: атомно-эмиссионная спектрометрия, масс-спектрометрия с индукционно связанной плазмой, методы нейтронно-активационного анализа. Однако наиболее широкое распространение получили химические методы: титриметрические, фотометрические, электрохимические, ионо-хроматографические. Разработка экспрессных и недорогих по стоимости методик определения хлора актуальна для анализа техногенных объектов, в том числе объектов металлургических производств. Объектами исследования в данной работе являлись пробы доменного  шлака предприятия по производству чугуна ПАО «Тулачермет», а также пылеобразные отходы чугунолитейного предприятия ПАО «Косогорский металлургический  завод».  Выполнен  предварительный  анализ  состава  исследуемых  проб рентгенофлуоресцентным  методом. Рассмотрено мешающее влияние сопутствующих компонентов. Предложена селективная методика ионометрического определения хлора с использованием твердокристаллического хлоридселективного электрода. В работе использовано разложение пробы высокотемпературным спеканием со смесью Na2CO3 и ZnO и последующее выщелачивание водой. Приведено описание данной методики. Правильность результатов анализа подтверждена методом варьирования навески (n = 10; tтабл = 2,26; P = 0,95), а также сопоставлением с результатами, полученными рентгенофлуоресцентным методом. Выполнена оценка показателей точности методики ионометрического определения хлора в объектах доменного производства. Рабочий интервал определяемых концентраций хлора составлял 0,037 – 1,340 % (по массе). 

 

 

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

348-354 205
Аннотация

Приведены данные по целесообразности получения и применения комплексных ферросплавов с точки зрения технологии их изготовления, применяемого сырья и взаимодействия со сталью. Обоснована необходимость получения комплексных ферросплавов с бором, показаны основные принципы определения их рационального состава. На основе изучения физико-химических свойств сплавов и особенностей их взаимодействия с обрабатываемым расплавом определены основные составы комплексных борсодержащих ферросплавов  –  ферросиликомарганецбора,  ферросиликобора,  ферросиликомарганецхромбора.  Проведено  сравнение  характеристик (температур плавления, плотности, времени плавления ферросплава в жидкой стали и др.) комплексных борсодержащих ферросплавов с наиболее применяемым ферробором, показаны преимущества комплексных сплавов. Отмечено, что в составе комплексного борсодержащего ферро-сплава (КБФ) следует иметь активные элементы (Si, Al, Ti), способствующие связыванию кислорода и азота стального расплава в прочные соединения, предотвращающие их взаимодействие с бором. Содержание бора в ферросплаве рекомендовано от 0,7 до 2  %, что позволяет увеличить количество присаживаемого в сталь КБФ и, как следствие, повысить надежность и стабильность усвоения бора. Изучение окисления борсодержащих сплавов показало, что при повышенной температуре (1430 – 1570  °С) ферросиликобор окисляется значительно меньше (в 4 – 7 раз), чем ферробор. Приведены данные о промышленной технологии получения и применения ферросиликобора при  выплавке  борсодержащей  стали  в  условиях  сталеплавильного  цеха.  Изучен  коэффициент  усвоения  бора  из  комплексных  сплавов  при  микролегировании  стали.  Использование  ферросиликобора  обеспечило  без  изменения  существующей  технологической  схемы  раскис-ления металла ферросилицием высокую степень усвоения бора в пределах 77,8 – 96,3 % (в среднем 86,6 %). При концентрации бора в  металле на установке внепечной обработки стали 0,0021 – 0,0027 %, содержание его в металле на разливке составляет не менее 0,0020  %. Установлено, что ввод бора в металл комплексным сплавом ферросиликомарганецбора увеличивает степень его усвоения по сравнению с использованием ферробора в 1,6 раза (в среднем с 48 до 77 %). 

 

 

355-363 169
Аннотация

Проведены исследования влияния руководящего уклона промышленного железнодорожного пути на температуру в зоне контакта  колеса  карьерного  локомотива  с  рельсом.  В  результате  теоретических  и  экспериментальных  исследований  установлено,  что величина руководящего уклона промышленных железнодорожных путей влияет на изменение температуры в зоне контакта системы колесо – рельс локомотивов и характеризуется температурным коэффициентом уклона kу . Для определения значений kу на шахтном локомотиве модели SCHÖMA-350 (Германия) были проведены экспериментальные исследования на предприятии ОАО «МОСМЕТРОСТРОЙ» в условиях шахт строящихся станций Московского метрополитена. При разных скоростях движения и уклонах рельсового пути измерялись температура и скорость скольжения в зоне контакта системы колесо – рельс. Установлено, что с увеличением уклона рельсового пути температура в  зоне контакта системы колесо – рельс увеличивается, поэтому допускаемая скорость пробуксовки тяговых колесных пар локомотива с приработанными профилями в условиях карьеров будет выше. Показано, что новые профили рабочих поверхностей колеса и рельса, исходя из критерия непревышения температуры в зоне контакта 300 °С для условий, характерных параметрам открытых горных работ, не обеспечивают рациональные условия эксплуатации. Величина температурного коэффициента уклона kу в интервале уклонов карьерных рельсовых путей от 0 до10  ‰ равна kу = 0. Показано, что определять температуру в зоне контакта системы колесо –рельс для условий открытых горных работ следует по формулам, рекомендованным для железных дорог общего пользования. Результаты расчетов, выполненных по разработанной методике, показывают удовлетворительную сходимость с результатами экспериментальных исследований. Погрешность аппроксимации коэффициента влияния горных условий КГУ в диапазоне от 25 до 45  ‰ не превышает ±5  %. Результаты исследований, проведенных по разработанной методике, в зависимости от области интересов приняты к использованию на предприятиях ОАО «Урал-асбест» и ООО «ЗУМК-Инжиниринг» (Группа предприятий Западно-Уральского концерна, Россия). 

 

 

364-368 117
Аннотация

В работе исследовано влияние повреждаемости структуры низколегированных и углеродистых сталей, образующейся при циклической деформации изгибом, на коэрцитивную силу и электросопротивление. Образцы из низколегированных и углеродистых сталей  (09Г2С, 10Г2С1 и Ст3сп) деформировали циклически по схеме чистого изгиба по симметричному циклу со степенью разовой деформации 2 и 5  %. Повреждаемость стали оценивали по отношению числа циклов изгиба к числу изгибов при разрушении. Увеличение повреждаемости до 0,2 – 0,3 сопровождается интенсивным упрочнением, а затем происходит стабилизация. Упрочнение стали обусловлено развитием дислокационной структуры (увеличением плотности дислокаций). По мере формирования ячеистой дислокационной структуры интенсивность упрочнения понижается. Коэрцитивная сила с увеличением степени деформации при растяжении возрастает по затухающей кривой. Аналогично изменяется электросопротивление. При циклической деформации коэрцитивная сила изменяется сложным образом. Это объясняется характером изменения дислокационной структуры и возникновением напряжений сжатия вблизи поверхности образца и напряжений растяжения в центре. Поскольку при изгибе деформация равномерно возрастает от центра к поверхности, то до некоторой степени деформации происходит процесс «залечивания» дефектов. Поэтому возникает некоторый слой в центральной части образца с  частично восстановленной структурой. Вследствие постоянного смещения нейтральной линии деформации с сторону сжатых волокон ширина слоя восстановленной структуры становится меньше. Кроме того, количество циклов деформации приводит к снижению степени разовой деформации, при которой происходит восстановление структуры стали. При циклической деформации электросопротивление вначале немного возрастает, затем стабилизируется, а потом скачкообразно возрастает. Такое скачкообразное изменение электросопротивления сталей при циклической деформации, повидимому, обусловлено возникновением вакансий при смене направления деформирования. Процесс стабилизации значений электросопротивления связан с частичным восстановлением структуры, которое при циклической деформации обуславливает меньшее упрочнение стали, чем при односторонней деформации. На основании проведенных исследований сделан вывод о возможности осуществлять контроль повреждаемости структуры по изменению физико-механических свойств сталей. 

 

 

369-373 164
Аннотация

Для процесса формовки сварных прямошовных труб большого диаметра на линии ТЭСА 1420 предложены методики расчета геометрических параметров кромки заготовки и профиля деформирующего инструмента. Представлен сравнительный анализ геометрии кромки при подгибке на кромкогибочном прессе с использованием рабочих поверхностей инструмента, выполненных по эвольвентной и однорадиусной схемам. Однорадиусная схема позволяет получить геометрию кромки, удовлетворяющую требованиям качественной формовки. Для участка кромкогибочного пресса представлена методика расчета, которая позволяет вычислить геометрические параметры кромки при нагрузке и разгрузке. Определены высота подогнутой кромки, остаточные радиусы кривизны, координаты точек нагрузки и разгрузки наружного и внутреннего контура кромки трубной заготовки. В работе определены координаты кромки, сформованной инструментом, с профилем, выполненным по эвольвенте. Эвольвентный профиль инструмента является универсальным при переходе с одного типоразмера трубы на другой из унификационной группы труб. Далее в расчетах выполнен переход от профиля контура кромки, полученного по эвольвенте, к профилю, полученному по многорадиусной схеме, после чего определены фиксированные координаты точек заготовки после распружинивания. По полученным координатам проведена оценка выходных геометрических параметров кромки. Для унификационной группы 1220 – 1420 мм рассчитаны продольные деформации кромки для типоразмера 1220×10 мм и показано, что унификационные принципы гораздо проще реализуются при однорадиусном профиле инструмента. По участку кромкогибочных прессов разработана и опробована в промышленных условиях методика расчета параметров кромки трубной заготовки при использовании инструмента с контактным профилем, выполненным по эвольвенте. Предложена однорадиусная калибровка профиля кромкогибочного инструмента, обеспечивающая фиксированные координаты кромки, которая аналогична координатам при эвольвентном профиле пуансона. Расчетное значение средневзвешенного радиуса кривизны заготовки обеспечивает максимальное приближение координат профиля заготовки в фиксированных точках по обеим калибровкам (максимальное расхождение значений координат по предложенным схемам не превышает 6 – 7 %).

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

374-379 119
Аннотация

Исследованы структура и механические свойства стали 35Х12Г3МВФДР. Показано, что в состоянии после нормализации, либо закалки в стали присутствует до 35  % (об.) аустенита и по этому признаку она относится к мартенситно-аустенитному классу. При термических воздействиях (отпуск, длительные температурные выдержки или изотермическая закалка) аустенит превращается в мартенсит за время, не превышающее 2 ч. Мартенсит стали 35Х12Г3МВФДР обладает большой термической устойчивостью: первые признаки его превращения в сорбитообразную структуру наблюдаются после 25 ч при изотермической закалке при 640 °С, а полный его распад про- исходит после 50 ч. Распад мартенсита сопровождается снижением характеристик жаропрочности и твердости. Старение закаленной и отпущенной стали 35Х12Г3МВФДР при температурах 670 – 720 °С приводит к снижению твердости с 61 – 65 HRA до 55 – 60 HRA за время 1600 – 3200 ч, предела текучести при 20 °С с 1350 МПа до 750 – 850 МПа, а при 720 °С с 310 МПа до 160 – 230 МПа за первые 600  ч выдержки, после чего снижение механических характеристик прекращается. Состояние мартенситной структуры стали 35Х12Г3МВФДР определяет ее сопротивление ползучести при 700 °С. Так, сохранение мартенсита в структуре стали при малых временах изотермической закалки (до 24 ч при 640 °С) не снижает предел ползучести в сравнении с состоянием после простой закалки с последующим высоким отпуском и имеет значения 86,2 ± 9,4 МПа и 89,3 ± 8,8 МПа соответственно. В то же время распад мартенситной структуры в результате длительного старения (1600 ч при 670 °С) приводит к снижению данной характеристики до 63,9 ± 7,1 МПа. В отличие от мартенсита, аустенит в исследуемой стали 35Х12Г3МВФДР термически нестабилен и претерпевает превращение в мартенсит уже после 1 – 2  ч в зависимости от температуры нагрева.

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

380-386 108
Аннотация

Для анализа термодинамических свойств жидких металлических систем с отрицательными отклонениями от закона Рауля применялась модель идеальных ассоциированных растворов. Для определения химического равновесия компонентов по закону действующих масс использовались не относительные, а абсолютные характеристики масс. Это позволило непосредственно определять константы равновесия между ассоциатами и мономерами раствора и, таким образом, устанавливать величину свободной энергии, затрачиваемую на образование ассоциатов из мономеров. Допущение идентичности такой энергии с энергией образования соответствующего интерметаллида из простых веществ приводит к полному исключению из модели каких-либо подгоночных параметров и дает возможность использовать справочную термодинамическую информацию, содержащуюся в известных базах данных. Ранее было сформулировано правило фаз ассоциированного раствора, согласно которому число типов ассоциатов в каждой точке бинарного раствора не должно быть более двух. Однако число известных интерметаллидов для некоторых сплавов может превышать указанный «лимит» в несколько раз. Следовательно, необходимо найти критерии для выявления ассоциатов, стабильно присутствующих в растворе. Для изучения систем с большим числом ассоциатов в растворе была использована справочная информация об интерметаллидах десяти систем типа А – В, в которых один из компонентов был алюминий или медь. Оценка возможности самопроизвольного протекания химических реакций с участием ассоциатов показала, что в области раствора с преобладающей концентрацией компонента А могут сохраняться только ассоциаты типа АрВ и АВ, а в области с преобладающей концентрацией компонента В – ассоциаты АВ и АВq (р и q – стехиометрические коэффициенты, чаще всего равные двум или трем). Два стабильных «периферийных» ассоциата АрВ и АВq также взаимодействуют между собой, образуя в зоне контакта небольшую неравновесную область, содержащую все три упомянутые ассоциаты. Стабильные ассоциаты можно также определять без анализа протекающих реакций, а считать таковыми ассоциаты с наименьшей величиной энергии образования. Поэтому интерметаллиды сложного состава типа АрВq могут вообще не рассматриваться в роли потенциальных ассоциатов. Системы, имеющие только один стабильный «периферийный» ассоциат, характеризуются, как правило, знакопеременными отклонениями от закона Рауля у одного из компонентов раствора.

 

387-390 122
Аннотация

Термодинамические данные об условиях образования нитридов TiN и VN в расплавах железа были получены в МИСиС в диссертационной работе В.Н. Серьезнова на усовершенствованной установке Сивертса с помощью компенсационного метода измерения давления и объема газов с использованием высокочувствительного нуль-прибора (датчика давления). Применение этого высокочувствительного и надежного метода в исследованиях взаимодействия газа с металлом было впервые предложено и реализовано в Челябинском НИИ металлургии профессором А.Г. Пономаренко. Полученные в работе экспериментальные данные использованы для вычисления коэффициентов активности Ti и Vв разбавленных растворах на основе железа. При этом за основу взяты уточненные справочные данные об энергии Гиббса образования нитрида ванадия из элементов. Полученные значения коэффициентов активности = 0,055 и = 0,24 хорошо согласуются с литературными значениями.

 

391-397 100
Аннотация

Приведен термодинамический анализ взаимодействия фаз при плавке чугуна в литейном производстве в вагранках и электропечах. Автором проведены исследования влияния активностей компонентов на процессы плавки чугуна при различных составах взаимодействующих фаз, соответствующих условиям плавки в вагранках, индукционных и дуговых печах. Влияние каждого из факторов на взаимодействие фаз было изучено в условиях наличия температурных флуктуаций. Установлено влияние активностей компонентов на значение свободной энергии Гиббса как в равновесных условиях, так и при наличии температурных флуктуаций. Это имеет особенно существенное значение при контактировании жидкого металла, шлака и углерода. Показана роль температурных флуктуаций на взаимодействие металла с газовой фазой, шлаком и углеродистыми твердыми материалами. Условия плавки чугуна характеризуются наличием температурных флуктуаций, которые нарушают всю равновесную картину процесса. Макрофлуктуации температуры со значительным временем релаксации наблюдаются в дуговых печах. Такие макрофлуктуации можно рассматривать как пространственно-временную неоднородность температурного поля. В газовом пламени также имеют место флуктуации температуры. Флуктуации температуры возникают при контакте капель металла с раскаленной поверхностью кусков кокса. На основе исследований разработана, запатентована и внедрена в производство принципиально новая конструкция газовой вагранки с гетерогенной холостой огнеупорной колошей.

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

398-409 119
Аннотация

Поставлены и решены задачи моделирования термического эффекта воздействия энергетического импульса на поверхность пластины из сплава ВК10(КС). В качестве модельных выбраны задачи для однородных уравнений параболической и гиперболической теплопроводностей, волнового уравнения в цилиндрическом теле конечных размеров с граничными условиями III рода. Действие энергетического импульса от внешнего источника моделируется внезапным возникновением начальной высокой температуры на одном из торцов цилиндра, которая распределяется по его телу по законам, выражаемым различными уравнениями теплопроводности. Получены приближения температурных полей в виде отрезка функционального ряда из собственных функций задач, определены градиенты полей. Одновременное наличие в уравнении теплопроводности частных производных по времени первого и второго порядков (гиперболическое уравнение) и постановка задачи для него с граничными условиями III рода и начальным условием на торце цилиндра обеспечивают две моды решения задачи, обе диффузионного типа. Для значения времени релаксации теплового потока 10–11 с практически полное охлаждение цилиндрического образца (карбида вольфрама) по первой моде составляет минуты, по второй 10–10 с. Можно заключить, что моды решения задачи для уравнения гиперболической теплопроводности не соответствуют реальной картине распространения тепла. Однако линейная комбинация этих мод как решение задачи сохраняет возможность получить диффузионную динамику, адекватную реальному процессу. Градиенты температурного поля в решениях задач для уравнения параболической теплопроводности и волнового уравнения находятся в одном порядке значений. Температурное поле бегущей тепловой волны для нескольких первых ее отражений в экспериментальных образцах следует принимать в расчет при оценке фазовых превращений и температурных напряжений. Результаты теоретического анализа сопоставлены с изменениями микроструктуры приповерхностного слоя пластины из сплава ВК10(КС), подвергнутой электровзрывному нагружению плазмой титановой фольги.

 

410-415 120
Аннотация

В данной статье рассмотрены вопросы, связанные с реиндустриализацией производства на примере создания рабочей модели технического проекта современного участка термообработки штампового инструмента из специальных сталей. В ходе реиндустриализации требуется восстановить или модернизировать производственные мощности, утраченные или устаревшие в процессе деиндустриализации, произошедшей в постиндустриальный период. Разработка носит актуальный характер, так как термическая обработка является составной частью большинства технологических процессов изготовления и восстановления различного инструмента. С помощью современного отечественного оборудования есть возможность осуществления качественной термической обработки широкого спектра специальных сталей с целью обеспечения требуемых механических свойств изделий. В работе рассмотрены все основные группы штамповых сталей с точки зрения эксплуатационных свойств: стали повышенной износостойкости, вторично твердеющие стали с высоким сопротивлением смятию, стали с повышенной ударной вязкостью, стали умеренной теплостойкости и повышенной вязкости, стали повышенной теплостойкости и вязкости, стали высокой теплостойкости. Проанализированы требования к их свойствам и возможные пути достижения этих свойств с помощью различных видов термической обработки. На основании этого анализа, сопоставив знания о конкретном назначении штамповых сталей, требуемых при их эксплуатации свойствах и возможных путях их достижения с помощью термической обработки, подобрано современное оборудование для достижения требуемых результатов. С помощью современного отечественного оборудования есть возможность осуществления качественной термической обработки широкого спектра штамповых сталей с целью обеспечения требуемых механических свойств изделий. В настоящее время важно создание современных производств, объединяющих в себе колоссальный накопленный научно-производственный опыт и современные прогрессивные технологии и оборудование. Это достаточно сложная задача, как с технической, так и с экономической точки зрения.

 

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

416-419 100
Аннотация

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co – Cr, содержащих алюминий. В качестве базовых рассмотрены сплавы Ni – 10 % Co – 15 % Cr, Ni – 15 % Co – 10 % Cr, Ni – 20 % Co – 15 % Cr и Ni – 40 % Co – 10 % Cr. Рассчитаны зависимости растворимости кислорода в расплавах системы Ni – Co – Cr от содержания алюминия при 1873 К. Алюминий при весьма малых содержаниях практически не влияет на концентрацию кислорода в расплаве, дальнейшее повышение содержания алюминия приводит к весьма существенному снижению концентрации кислорода в расплаве. Определены содержания алюминия, при которых происходит смена механизма реакции раскисления в исследуемых расплавах.

 



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