Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 61, № 6 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

423-430 66
Аннотация
В статье представлены результаты математического моделирования и экспериментальных исследований, выполненных в ходе разработки технологии дифференцированного водо-воздушного охлаждения подшипниковых колец из стали ШХ15 производства ЗАО  «Вологодский подшипниковый завод». Наложение рассчитанных по разработанной в ОАО «ВНИИМТ» математической модели кривых изменения температуры по сечению подшипника на термокинетическую диаграмму распада переохлажденного аустенита показало, что в  широком  диапазоне режимов дифференцированного водо-воздушного охлаждения достигается требуемая микроструктура термо обработанного металла. Экспериментальные исследования термоупрочнения подшипниковых колец водо-воздушными струями проведены на специально  смонтированном опытно-промышленном устройстве с системой охлаждения, оснащенной смесителями и коллекторами с  плоско-факельными форсунками оригинальной конструкции, которые обеспечивают устойчивость факела и равномерность распыла водо-воз душной  смеси в широком диапазоне изменения расхода и давления воды и воздуха. Проведенное на различных режимах охлаждения термическое  упрочнение колец с последующим определением механических свойств и структурных характеристик стали подтвердило, что технология  водо-воздушного охлаждения позволяет достичь требуемых структурных и механических характеристик подшипниковых колец и является  конкурентоспособной экологически чистой альтернативой технологии объемной закалки в масляном баке.
431-438 55
Аннотация
Описаны основные нагрузки, действующие на стенки-бойки сборного кристаллизатора установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листов из стали для сварных труб. Изложена методика определения суммарных напряжений  в стенках-бойках установки от усилий обжатия и температурной нагрузки. Описаны температурные граничные условия для определения  температурных полей в стенках-бойках сборного кристаллизатора установки при получении листов из стали для сварных труб. Приведена  зависимость для определения плотности теплового потока от горячего металла очага деформации, действующего на рабочую поверхность  стенки-бойка при обжатии заготовки. Изложена методика определения значений эффективных коэффициентов теплоотдачи при охлаждении стенок-бойков водой. Описана процедура определения температурных полей и термоупругих напряжений на стенках-бойках установки с использованием пакета ANSYS. Описаны исходные данные для определения температурных полей и термоупругих напряжений в  стенках-бойках сборного кристаллизатора установки. Результаты расчета температурных полей и термоупругих напряжений выполнены в  пяти сечениях стенки-бойка и приведены для характерных линий. Показан характер распределения температуры по толщине стенки-бойка  при охлаждении его водой на холостом ходу и контакте с заготовкой при ее обжатии. Для рассчитанных полей температур определены  осевые и эквивалентные напряжения, возникающие в стенках-бойках без каналов при обжатии заготовки и охлаждении их водой во время холостого хода. Представлены величины и закономерности распределения осевых и эквивалентных напряжений по толщине приконтактного слоя и по высоте и толщине стенок-бойков при обжатии заготовки и на холостом ходу. Приведены величины и закономерности  распределения суммарных осевых напряжений по толщине приконтактного слоя, высоте и толщине стенок-бойков от усилий обжатия и  температурной нагрузки.

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

439-446 114
Аннотация
Дальнейшее развитие угольной электроэнергетики России, особенно в районах Сибири и Дальнего Востока в соответствии с  Энергетической стратегией, предопределяет необходимость решения проблемы утилизации золошлаковых отходов (ЗШО) во вновь реализуемых проектах. Общее количество золы и шлака в золоотвалах в России составляет более 1,5 млрд. т, а площадь, занимаемая такими  отходами, более 220 км2. При этом степень использования ЗШО не превышает 10 %. Показано, что основными решениями утилизации образующихся промышленных твердых отходов ТЭЦ считается их применение в производстве строительных материалов, дорожном  строи тельстве или комплексная переработка ЗШО с извлечением металлов и производством строительных материалов. Некоторые золы  уноса могут применяться в сельском хозяйстве. Физико-химические свойства золошлаковых отходов и, соответственно, направления их  применения, а также выбор технологии определяются минеральной частью ископаемых углей и способом их сжигания. Для использования  зол уноса в стройиндустрии необходимо переводить систему удаления ЗШО на сухой метод, сопровождающийся, с одной стороны, большим объемом капитальных вложений в оборудование и сооружения по хранению, классификации, дроблению и измельчению, преданию  золошлаковым отходам новых физико-химических свойств, а с другой стороны, увеличением организационных и транспортных барьеров.  Приведены примеры предлагаемых технологий по утилизации золошлаковых отходов в виде извлечения металлов и производства строительных материалов. Для получения железосодержащих концентратов применяется в основном одностадийная магнитная сепарация, но  качество концентрата при этом не соответствует современным требованиям. Наиболее технологически эффективными для экстракции  металлов из золошлаковых отходов являются технологии, основанные на методах флотации. В то же время из приводимых данных следует, что их применение может ограничиваться экономическими, организационными факторами и возникновением новых экологических  рисков. Сделан вывод о возможности использования вышеперечисленных технологий для уже действующих угольных ТЭЦ при наличии  государственной поддержки.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

447-453 64
Аннотация
Создание нового конструкционного материала для оболочек ТВЭЛ атомных реакторов на быстрых нейтронах является актуальной  задачей современной атомной энергетики. В последние годы был разработан трехслойный радиационностойкий и коррозионностойкий  материал на основе ванадиевого сплава и коррозионной стали, потенциально удовлетворяющий требованиям работы оболочек ТВЭЛов  быстрых реакторов в сверхжестких условиях эксплуатации (высоких температур, радиационного облучения и агрессивных сред). Важнейшим аспектом, определяющим работоспособность этого материала при эксплуатации, является качество соединения слоев различных материалов между собой, определяемое режимами деформационно-термической обработки. В настоящей работе изучено влияние  отжига на химический состав, структуру и сопротивление разрушению зоны соединения ванадиевого сплава со сталью в трехслойной  трубе сталь  –  ванадиевый сплав – сталь, полученной совместным горячим прессованием трехслойной трубной заготовки при 1100 °С.  В  качест  ве компонентов трубы использовали сталь 20Х13 для наружных слоев и ванадиевый сплав V – 4Ti – 4Cr для сердцевины. Структуру и  химичес кий состав в зоне соединения слоев исследовали методами оптической микроскопии и электронной микроскопии с микрорентгеноспектральным анализом. Прочность зоны соединения сталь – ванадиевый сплав оценивали при испытании на сжатие кольцевого  трехслойного образца с надрезом с измерением акустической эмиссии (АЭ). Показано, что при совместном прессовании между ванадиевым сплавом и сталью формируется «переходная» зона диффузионного взаимодействия переменного химического состава толщиной  10  –  15  мкм, которая представляет собой непрерывный ряд твердых растворов, без выделения хрупких фаз, что обеспечивает прочное соединение в трехслойном материале. На границе соединения сталь – ванадиевый сплав пор, расслоений и дефектов не обнаружено. Однако  при испытаниях на сжатие полукольцевых трехслойных образцов с надрезом после совместного горячего прессования в стальном слое в  вершине надреза образуется трещина. Отжиг при температуре 800 °С благоприятно влияет на формирование «переходной» зоны за счет  увеличения толщины зоны диффузионного взаимодействия, вследствие чего при механических испытаниях трехслойный материал ведет  себя как монолит без образования трещин и расслоений на границе между стальным и ванадиевым слоями.
454-459 55
Аннотация
Методами просвечивающей электронной микроскопии на различном расстоянии от поверхности катания по центральной оси проведены исследования изменения структуры, фазового состава и дефектной субструктуры головки дифференцировано закаленных рельсов  после пропущенного тоннажа 691,8 млн. т брутто. Подтверждено, что длительная эксплуатация рельсов сопровождается протеканием  одновременно двух процессов преобразования структуры и фазового состава колоний пластинчатого перлита: перерезания пластин цементита и растворения пластин цементита. Первый процесс осуществляется по механизму перерезания карбидных частиц и растаскивания  их осколков, сопровождается лишь изменением их линейных размеров и морфологии. Второй процесс разрушения пластин цементита  колоний перлита осуществляется путем ухода атомов углерода из кристаллической решетки цементита на дислокации, вследствие чего  возможно фазовое преобразование металла рельсов. Это происходит из-за заметной релаксации средней энергии связи атомов углерода  с  дислокациями (0,6 эВ) и с атомами железа в кристаллической решетке цементита (0,4 эВ). Рассмотрены стадии преобразования пластин  цементита: окутывание пластин скользящими дислокациями с последующим разбиением их на слаборазориентированные фрагменты;  проникновение скользящих дислокаций из решетки феррита в решетку цементита; растворение цементита с образованием наноразмерных  частиц. Отмечено наличие наноразмерных частиц цементита в ферритной матрице благодаря их выносу туда в процессе дислокационного  скольжения. С использованием выражений современного физического материаловедения и данных рентгеноструктурного анализа проведена оценка содержания атомов углерода на структурных элементах рельсовой стали. Показано, что длительная эксплуатация рельсов  сопровождается существенным перераспределением атомов углерода в поверхностном слое. В исходном состоянии основное количество  атомов углерода сосредоточено в частицах цементита, а после длительной эксплуатации рельсов местом расположения углерода, наряду  с частицами цементита, являются дефекты кристаллической структуры стали (дислокации, границы зерен и субзерен), а в поверхностном  слое стали атомы углерода обнаружены и в кристаллической решетке на основе α-железа.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

460-465 71
Аннотация
В настоящее время редкоземельные элементы в металлургии используют в виде мишметалла – естественной смеси редкоземельных (РЗМ) элементов (с атомными номерами от 57 до 71). Такая смесь содержит приблизительно 50 % церия (по массе). Основными элементами главным образом являются церий, лантан и ниобий. Конкретный состав определяется рудным месторождением. Негарантированный (непостоянный) состав модификатора, содержащего РЗМ, может существенным образом снизить эффективность его использования.  Экспериментально для каждого марочного состава стали соотношение различных РЗМ невозможно подобрать в силу больших затрат на  получение технически чистых редкоземельных металлов. Задача определения оптимальных концентраций каждого из редкоземельных  элементов и состава комплексной лигатуры может быть решена методом термодинамического моделирования. В работе представлены  результаты термодинамического моделирования процессов взаимодействия магния, алюминия и лантана с кислородом в жидком железе.  Рассмотрена термодинамическая модель раскисления стали композицией данных активных металлов. На основании имеющихся литературных данных по диаграммам состояния систем MgO – Al2O3 , MgO – La2O3 , La2O3 – Al2O3 установлены координаты точек инвариантных  равновесий в системе MgO – La2O3 – Al2O3 . Построена диаграмма состояния MgO – La2O3 – Al2O3 . Это позволило установить все возможные равновесия, реализующиеся при раскислении стали магнием, лантаном и алюминием, а также описать их уравнениями химических  реакций. Активность компонентов в жидких оксидных расплавах определяли с использованием теории субрегулярных ионных растворов,  учитывающей зависимость координационного числа катионов от состава оксидного расплава. Активности компонентов в сопряженных  с  оксидными системами металлических расплавах определяли по теории Вагнера с помощью параметров взаимодействия первого порядка. Значения констант равновесия реакций раскисления стали рассматриваемыми элементами установлены косвенными термодинамическими расчетами. На основании полученных данных построена поверхность растворимости компонентов в металлических расплавах системы Fe – Mg – Al – La – O, что позволило установить области составов жидкого металла, сопряженного с соответствующей оксидной фазой.

ИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХ

466-469 95
Аннотация
Уменьшение величины динамических нагрузок, возникающих при работе машин вообще и металлургических в частности, является  одной из основных задач общей проблемы повышения их надежности и долговечности. Проведен анализ работы рычажных механизмов  щековой дробилки, имеющих внутренние степени свободы, которые обусловлены наличием зазоров в шарнирах. Наличие неуравновешенных сил инерции движущихся масс при работе кривошипно-коромыслового механизма приводит к размыканию контактных поверхностей  в сочленениях шатуна с кривошипом и к последующему пересопряжению рабочих поверхностей этой кинематической пары, которое сопровождается соударением масс подвижных звеньев. Возникают значительные динамические нагрузки, являющиеся причиной поломок  деталей исполнительного механизма и источником упругих колебаний (вибраций) и генерации вредных акустических колебаний. С целью  устранения влияния зазоров в шарнирах на возникновение дополнительных динамических сил необходимо выявить закономерности появления импульсных нагрузок. Закономерности появления таких нагрузок в кривошипно-коромысловых механизмах с зазорами в сочленениях кинематических пар из-за нарушения контакта в результате пересопряжения рабочих поверхностей устанавливаются путем кинетостатического анализа. Проведен анализ работы шарнира кривошип – шатун с зазором кривошипно-коромыслового механизма щековой  дробилки. На основании полученных результатов определено, что условием нарушения контакта в сочленении элементов кинематической  пары кривошип – шатун является перемена знака силы реакции. Перебег зазора в шарнире кривошип – шатун происходит, когда оба звена  находятся на одной линии. Определение положений звеньев механизма, при которых происходит пересопряжение контактных поверхностей шарнира кривошип – шатун, позволяет рационально использовать механизмы для выборки зазоров с упругими элементами, которые в  течение всего цикла работы кривошипно-коромыслового механизма выбирают зазор в сочленении кривошип – шатун и тем самым  предот вращают появление дополнительных динамических нагрузок. При этом повышается надежность работы щековой дробилки в целом.
470-477 80
Аннотация
Представлены основные научные и практические результаты совершенствования вибрационных питателей-грохотов  для горно-металлургической промышленности на основе материалов динамического расчета вибрационного грохота-питателя с двумя разнонаправленными самобалансными вибраторами. Описаны методы теоретических обобщений с применением математической статистики,  физическое и математическое моделирование, выполнение расчетов и технико-экономических обоснований, лабораторные и натурные  экспериментальные исследования, промышленные испытания в условиях действующих предприятий по стандартным и новым методикам.  Предложены математическое моделирование и расчет параметров вибрационного питателя типа ПВГ. Рекомендовано при выборе динамических параметров питателя использовать коэффициент вибротранспортирования, который принимают в пределах (1,5  –  3,5)g, а при  тяжелых режимах нагружения – до 5g. Показано, что при приготовлении коксовой мелочи в корпусе дробления из его бункера поступает  от 10 до 50  % мелкого материала крупностью 0  –  3  мм, который дополнительно переизмельчается, снижая качество кокса. Вибрационный  питатель-грохот с пространственным колебанием рабочего органа позволит повысить эффективность грохочения материала на 15  –  20  %,  улучшить самоочищение сита. Вынуждающие силы вибровозбудителей направлены под разными углами (15 и 45°) к просеиваю щей поверхности и приложены друг относительно друга на расстоянии, равном половине ширины короба, т.е 600 мм. Установлено, что в зарезонансном режиме при постоянной амплитуде с ростом частоты коэффициент режима виброперемещения возрастает по квадратичной зависимости, при рабочей частоте 100 рад/с он также увеличивается от загрузочного края питателя к разгрузочному и от одного борта  к  другому, причем значения его изменяются в пределах 2,62 – 2,84.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

478-484 74
Аннотация
К числу важных задач создания ERP-системы относится планирование пилотного тестирования. Пилотные (их также называют  экспериментальными) проекты имеют целью тестирование основных функций создаваемой системы ограниченным количеством «продвинутых» пользователей. Ключевой задачей при планировании пилотного тестирования является определение его объема. Если объем  пилотного проекта мал, тогда принципиально важные функции системы могут быть не проверены, и вероятность обнаружения существенных ошибок при полном внедрении будет высокой. Если же объем велик, то значительно увеличивается объем работ по реализации  пилотного проекта, и не будет необходимой быстроты и гибкости тестирования основных функций, из-за которых и организуется пилотное  тестирование, и его эффективность будет близка к эффективности полного внедрения. Приводится математическая постановка задачи  определения объема пилотного тестирования, которая опирается на результаты решения задач формирования портфеля ИТ-сервисов и календарного планирования создания ERP-системы крупной металлургической компании. Решением рассматриваемой задачи являются множества подлежащих проверке сервисов и связей между ними, удовлетворяющие заданному ограничению на объем ресурсов, выделенных  на реализацию тестирования, и доставляющие оптимум заданному критерию. Процедура решения задачи базируется на методе сетевого  программирования, который опирается на структурно-подобное сетевое представление критерия и ограничений. Приведены процедура и  пример решения исследуемой задачи, в котором отдельные оценочные задачи решены методом дихотомического программирования. Полученные приближенные решения поставленной задачи могут быть улучшены посредством решения двойственной задачи сетевого программирования. С целью нахождения глобального оптимума исходной задачи может быть использован метод ветвей и границ, в котором в  качестве границ применяются значения целевой функции найденных приближенных решений. Рассмотренная задача может быть обобщена посредством учета предпочтений потребителей ИТ-сервисов относительно качества проверки различных связей сервисов. Эти предпочтения могут быть учтены с помощью введения «весов» соответствующих связей. Общая схема решения задачи при этом не меняется.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

485-489 55
Аннотация
Разработана методика формирования комплексных ситуационных моделей производительности волочильных станов как активной  человеко-машинной системы. Определена структура моделей, включающая машинное время волочения и время выполнения ручных операций, коэффициенты использования оборудования и трудовых операций; теоретические, технически возможные и нормативные такты и  производительности человеко-машинных систем. Приведены фрагменты табличной реализации предлагаемой комплексной нормативной  модели человеко-машинной системы.
490-493 51
Аннотация
Проведен термодинамический анализ влияния алюминия на растворимость кислорода в расплавах системы Ni – Cr. Алюминий  при весьма малых содержаниях практически не влияет на концентрацию кислорода в расплаве, которая определяется содержанием хрома.  При содержании алюминия выше 0,01 % для всех сплавов уже именно он определяет растворимость кислорода в расплаве. Минимальные  значения концентрации кислорода достигаются при содержании алюминия приблизительно 0,2 %. С ростом содержания хрома в расплаве  возрастает минимальная концентрация кислорода. Для сплавов Ni – 10 % Cr, Ni – 20 % Cr и Ni – 30 % Cr она составляет 2·10–3, 7·10–3 и  10–2  соответственно.
494-495 52
Аннотация
Проведено компьютерное моделирование раздачи внутренним давлением разностенных труб из стали, алюминиевого и титанового сплавов. Для моделирования использовался пакет прикладных программ ESI Virtual-Performance 2016.0, реализующий метод конечных элементов. Оценена сходимость и точность полученного решения путем сравнения с известными решениями. Проведен полный  факторный вычислительный эксперимент с варьированием факторов: исходной разностенности, тонкостенности и упрочняемости труб.  Получены уравнения регрессии внутреннего давления в момент разрушения и конечной разностенности от перечисленных факторов.  Установлено, что при раздаче разностенных труб разрыв происходит в области тонкой стенки. Минимальная стенка продолжает утоняться  при почти неизменной максимальной толщине стенки, что приводит к росту поперечной разностенности. Сделан вывод о том, что увеличение исходной разностенности труб ускоряет процесс разрушения в области тонкой стенки. Рекомендовано в трубопроводах, проводящих  жидкости высокого давления, применять трубы с минимальной исходной разностенностью.


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


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