Розроблено наукові та технологічні засади електрогідроімпульсної обробки (ЕГІО) основних металевих розплавів з метою підвищення властивостей металовиробів. Установлено механізми та закономірності фізико-хімічних процесів, що відбуваються у рідкому металі під впливом імпульсів тиску, що вводять в розплав хвилеводом електророзрядного генератора пружних коливань (ЕРГПК). Визначено структурі зміни у виливках зі сплавів на основі заліза та алюмінію. Створено математичну модель, що описує процес перетворення електричної енергії в акустичні хвилі тиску. Наведено критерії ефективної реалізації способу й оптимальні режими дії, що забезпечують сприятливі зміни структури та властивостей литого металу. Для суттєво різних за складом сплавів визначено загальні закономірності у змінах структури литого металу. Проведено промислову апробацію розроблених технологічних процесів ЕГІО сплавів чорних і кольорових металів та доведено їх техніко-економічну ефективність. Впроваджено створені технології та устаткування у ливарних цехах різних підприємств.

  Скачати повний текст

Проведено комплексні дослідження поведінки газів, розчинених у металі. Виконано теоретичне узагальнення та запропоновано нові рішення наукових і практичних завдань, які є базовими для розробки оптимальних режимів позапічної обробки сталей рядового сортаменту газовими сумішами, що містять аргон і азот, здійснено аналіз процесу дегазації металу за умов його затвердівання. Одержано теоретичні дані про механізм легалізації металу та встановлено термодинамічні та кінетичні залежності поведінки азоту протягом усього циклу виробництва металу та показано, що у разі заміни аргону у продувному газі азотом поводження CO і водню у пузирях цього газу практично не змінюється. Вміст CO і водню у пузирях продувного газу не залежать від співвідношення в ньому аргону й азоту. Запропоновано та науково обгрунтовано вплив заміни частини аргону азотом у цьому газі, що призводить до перерозподілу величин і напрямку потоків азоту в метал у пузирі продувного газу. Частка азоту, що надходить з даного газу в метал за цього зростає у початковий момент часу, але збільшення швидкості переходу азоту в метал у пузирі CO і через поверхню зумовлює загальне зниження концентрації азоту в металі. Здійснено математичний опис процесів дегазації металу та вперше розроблено комплексну модель видалення розчинених газів за різних стадій позапічної обробки з використанням продувних сумішей різного складу. За результатами моделювання показано наявність оптимального співвідношення газів у продувній суміші. Співвідношення аргону й азоту визначається сортаментом сталі та залежить від початкового вмісту азоту у відповідній марці сталі та може становити 3+1, 2+1, що забезпечує одержання якісної безперервної заготовки. На підставі результатів теоретичних досліджень установлено, що за умов вакуумної обробки сталі з продувним аргоном та без нього, відхилення реакції зневуглецьовування за цих випадків не є рівноважним, але практично близькі один до одного. Реакції видалення водню й азоту, розчинених в металі, близькі до рівноваги, а реакція видалення кисню у пузирі CO відхилена від рівноваги приблизно в 40 разів, через поверхню - в 5 000 разів і в пузир аргону - в 400 разів, нерівноважний стан реакції зневуглецьовування забезпечує появу значних об'ємів пузирів CO що призводить до збільшення потоку азоту в пузир CO та його подальшого видалення з металу. Зроблено припущення щодо можливого механізму цього переходу. Виявлено, що за умов використання продувної суміші, що містить аргон і азот за співвідношення 2+1 за вакуумної обробки не відбувається негативний вплив насичення азотом металу, що призводить до зниження механічних властивостей, оскільки азот практично повністю переходить у пузир CO.

  Скачати повний текст

Встановлено, що висока інтенсивність продування металу інертним газом призводить до перенесення кисню на межу шлак-метал струменевими краплями сталі, що утворюються в результаті розриву газових міхурів. Розкрито особливості процесу спінювання рафінуючого шлаку в сталерозривному ковші за умов набору вакууму.

  Скачати повний текст

Розроблено енергоекономічний режим роботи установки ківш-піч (УКП), що дозволяє удосконалити технологію позапічної обробки сталі та забезпечити регламентовану технологічними вимогами температуру металу перед розливкою. Зроблено оцінювання статей енергетичного балансу УКП, що дозволило визначити технологічні режими, які забезпечують максимальний енергетичний к.к.д. Із використанням методу динамічного програмування розроблено алгоритм визначення енергетичного режиму на кожному етапі обробки металу на УКП, що дозволяє видавати оперативні рекомендації з керування режимом нагрівання. Розроблено комп'ютерну імітаційну модель теплоенергетичних процесів і транспортних операцій позапічної обробки сталі, яку використано для оцінювання техніко-економічної ефективності запропонованої автоматизованої інформаційної системи (АІС) і перевірки одержаних аналітичних залежностей за умов стохастичності технологічних параметрів процесу. Розроблено структуру АІС ділянки позапічної обробки сталі. Здійснено дослідно-промислові випробування за умов ВАТ "ІНТЕРПАЙП НТЗ" розробленого енергоекономічного режиму обробки металу на УКП, якими підтверджено достовірність результатів наукового дослідження й обгрунтовано можливість зниження витрат електричної енергії на 18 %.

  Скачати повний текст

Дисертація містить результати теоретичних і експериментальних досліджень по моделюванню гідродинаміки ванни, фізико-хімічному моделюванню масообмінних процесів дегазації рідких розчинів. Розроблена математична модель процесу дегазації залізовуглецевих розплавів від водню продуванням неасимільованим газом крізь пористі шви днища сталерозливного ковша. В неї включені сучасні наукові розробки по взаємодії газорідиних систем. Результати холодного моделювання дозволили оптимізувати режими продування по гідродинаміці ванни, масообмінним процесам дегазації залізовуглецевих розплавів від водню, розробити ресурсозберігаючу технологію обробки сталі аргоном. Нова технологія обробки залізовуглецевих розплавів аргоном сприяє зниженню концентрації водню в середньому на 29%, об'ємній частці неметалевих включень в металі на 28%, що дозволяє збільшити вихід першого сорту рейок на 3,8%.

  Скачати повний текст

За результатами математичного моделювання визначено закономірності протікання тепломасообмінних процесів за умов застосування порошкових дротів і алюмінієвої катанки у період аргонного продування у сталерозливному ковші під час позапічної доводки металу. Метод розрахунку розроблено з врахуванням взаємовпливу процесів просторового переміщення дроту під дією гідродинаміки розплаву та його плавлення з подальшим усередненням розплавленої домішки в об'ємі ковшової ванни. Розроблено та підтверджено експериментально раціональні режими обробки розплавів порошковим дротом із силікокальцієм і алюмінієвою катанкою, що забезпечують зниження кількості домішки на обробку, зменшення тривалості аргонного продування та підвищення однорідності розподілу введеної домішки в об'ємі ковша.

  Скачати повний текст

Розроблено технологію інжекційної позапічної обробки сталі порошкоподібними твердими шлакотвірними сумішами (ТШС), які мають особливі фізико-хімічні властивості. Опрацьовано технологію їх виробництва та використання. Запропоновано фізико-хімічну модель ковшового рафінування металу за умов інжекції порошкоподібних вапновміщувальних матеріалів. Здійснено оцінку ступеня завершеності дифузійних процесів за комплексної обробки сталі кусковими та порошкоподібними ТШС. З використанням числового моделювання одержано дані стосовно необхідного ступеня диспергування реагенту та параметри інжекції порошкоподібного десульфуратора. Вивчено основні фізико-хімічні властивості порошкоподібних рафінуючих сумішей на основі вапна. Проведено пошук і випробування нових поверхнево-активних речовин, які дозволили запобігти гідратації порошкоподібного вапна протягом 24-х діб. З використанням сучасних методик високотемпературного моделювання проведено лабораторні дослідження десульфуруючої здатності багатокомпонентних шлакових сумішей, одержаних на основі вапна. Визначено фазовий склад шлаку, який сформувався у металі. Розроблено й удосконалено технологічні процеси підготовки порошкоподібних матеріалів на основі вапна й інжекційної обробки сталі.

  Скачати повний текст

Розроблено технологію комбінованої продувки (КП) рідкої сталі нейтральним газом (НГ) в ковші, що забезпечує найкраще перемішування та зменшення вмісту неметалевих включень (НВ). Встановлено, що КП НГ в ковші, особливо, почергова скрізь верхні та донні пристрої, усуває "застійні" зони і подовжує траєкторії циркуляційних потоків металу, тривалість повного змішування пропорційно скорочується. Розвинуто теорію процесів видалення НВ зі сталі за організації КП металу в ковші під шаром шлаку. Встановлено, що інтенсивність їх видалення прямо пропорційна потужності перемішування рідкої ванни. Визначено режим КП на основі аналізу гідродинаміки, перемішування металу в ковші, утворення та видалення НВ. Обгрунтовано і доведено, що основна тривалість КП здійснюється з максимальними витратами газу, наприкінці обробки доцільний післяпродувочний період та продувка металу з незначною інтенсивністю, що забезпечує збереження шлакового покрову на поверхні металу.

  Скачати повний текст

Наведено статистичні оцінки тривалості технологічних операцій позапічної обробки сталі (ПОС), теплофізичні константи та визначено зміни температури розплаву в ковші для кожної технологічної операції залежно від початкової температури розплаву в ковші, початкової температури внутрішньої поверхні футерівки та маси розплаву. Це дозволило розробити адекватні математичні моделі окремих операцій та подійно-імітаційну модель технологічного процесу на ділянці ПОС в цілому. Розглянуто залежності повільних змін рівня розплаву і високочастотних коливань його поверхні від тиску у вакуум-камері та витрати аргону на продувку. Видалення водню висвітлено як дію двох взаємозалежних процесів: через відкриту поверхню ванни та в пузирі аргону. Визначено коефіцієнти ефективності кожного процесу.

  Скачати повний текст

Розв'язано задачу удосконалення технології обробки сталі порошковим дротом у проміжному ковші МБЛЗ. Розроблено математичну модель та визначено гідродинамічну структуру, швидкість і напрямок руху циркуляційних потоків металу у приймальній секції трисекційного проміжного ковша залежно від геометричних розмірів секції та фільтраційних каналів, а також від зміни технологічних параметрів розливання протягом однієї та серії плавок. Результати математичного моделювання підтверджено серією промислових плавок на підставі вивчення розподілу наповнювача порошкового дроту (вуглець) за струмками МБЛЗ та довжиною слябів, що відливаються. За методом фізичного моделювання визначено швидкість і час спливання пузирів пару кальцію у рідкій сталі. Експериментально визначено довжину шляху та час перебування порошкового дроту до вивільнення наповнювача для малих швидкостей уведення (0,2 - 0,5 м/с). Розроблено спосіб уведення порошкового дроту у приймальну секцію проміжного ковша та технологію коригування сталі у вузьких заданих межах щодо кальцію, алюмінію, та вуглецю.

  Скачати повний текст