Індекс рубрикатора НБУВ: К323.92 + К222.320.8

Рубрики:

Виробництво модифікованого високоміцного чавуну

Вплив легувальних елементів і домішок на структуру і властивості сірого, високоміцного і модифікованого чавуну

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К61-18

Рубрики:

Ливарне виробництво (фасонне лиття металів)

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Реалізовано можливість посилення ефективності регулювання вмісту хімічних елементів у чавуні, що виплавляється в індукційних тигельних печах, шляхом врахування нестабільності хімічного складу компонентів шихти. Сформульовано ідеологію і алгоритм визначення маси компонентів шихти для виплавлення чавуну, які засновані на врахуванні ймовірнісних оцінок розподілу хімічних елементів у складі компонентів і застосуванні методу Монте - Карло для врахування нестабільності вмісту хімічних елементів у шихті. Розглянуто проблеми, пов'язані з постачанням металобрухту та іншої металевої сировини на ливарні підприємства і використанням їх при виплавленні чавуну. Наведено результати дослідження розподілу хімічних елементів у складі феромарганцю і феросиліцію, які використовують в шихті при виплавленні чавуну, призначеного для виготовлення гальмових колодок та "клину Ханіна" залізничного транспорту. Розвинуто методику врахування в ймовірнісному аспекті нестабільності хімічного складу металобрухту, феросплавів, інших компонентів шихти при визначенні їх кількості. Розроблено підходи до оптимізації процесу коригування хімічного складу чавуну при його виплавленні, які передбачають застосування "коефіцієнтів вагомості" вмісту кожного хімічного елемента у складі чавуну і надають змогу враховувати їх вплив на якість литва і на техніко-економічні показники його виробництва. Запропоновано при виплавленні чавуну, призначеного для виготовлення зазначених ливарних виробів, надавати найбільші коефіцієнти вагомості кремнію і марганцю. Рекомендовано ступінь угару елементів у процесі плавки чавуну прогнозувати і враховувати ще на стадії формування шихти. Визначено орієнтовний склад шихти для виплавлення сірого чавуну відповідного призначення і порядок завантаження шихтових матеріалів в індукційні тигельні печі. Головні цілі й завдання на нинішньому етапі розвитку ливарного виробництва в частині удосконалення технології, порядку, процедури, алгоритму регулювання хімічного складу чавуну при його виплавленні полягають у зменшенні собівартості литва. Зокрема й за рахунок впровадження на практиці методів коригування вмісту хімічних елементів у розплаві чавуну та врахування у ймовірнісному аспекті нестабільності якості компонентів шихти, насамперед феросплавів і металобрухту.

Науково-практичну конференцію "Литво. Металургія - 2021" було проведено у межах Запорізького Промислового Форуму - 2021 у м. Запоріжжя навесні минулого року. Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (ФТІМС НАН України) разом з Асоціацією ливарників України (АЛУ) та провідними технічними вузами України організували вже чергову XVII конференцію за ливарними напрямами, а у металургів це була десята щорічна подія. За вагомої підтримки Запорізької торгово-промислової палати (ЗТПП) ці комплексні заходи відбулися у виставковому центрі "Козак-Палац" та об'єднали представників академічної та вузівської науки і підприємств, які в той же час позиціонували свої розробки на одному з найбільших виставкових промислових майданчиків України. Серед основних організаторів конференції разом із ФТІМС НАН України - Міністерство освіти і науки України (МОН України), Національна академія наук України, НТУ "Харківський політехнічний інститут" (НТУ "ХПI", м. Харків), Національна металургійна академія України (НМетАУ, м. Дніпро, зараз - Український державний університет науки і технологій), Асоціація ливарників України (АЛУ, м. Київ), Одеський національний політехнічний університет (м. Одеса), Національний університет "Запорізька політехніка" (м. Запоріжжя), Білоруський національний технічний університет (м. Мінськ, Білорусь), Магдебурзький університет ім. Отто фон Геріке (м. Магдебург, Німеччина), AGN University of Science and Technology A. Mickiewicha (м. Краків, Польща).

Індекс рубрикатора НБУВ: К323.109

Рубрики:

Відходи доменного виробництва та їх використання

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Фізичним моделюванням вивчено процеси теплообміну між розплавом і валковим кристалізатором при валковій розливці-прокатці металів. На основі теоретичного аналізу теплообмінних процесів між бандажем валкового кристалізатора та охолоджувальною водою визначено можливі важелі їх інтенсифікації: швидкість руху теплоносія, площу та рельєф поверхні тепловідведення. Встановлено закономірності зміни параметрів теплообміну між металом, що твердіє, і водою, що охолоджує кристалізатор, залежно від способів впливу на нього. Показано, що помітне підвищення темпу тепловідведення спостерігається у разі зростання швидкості руху води до певного рівня (до 2,5 м/с). А при збільшенні площі тепловідведення ступінь інтенсифікації теплообмінних процесів в кристалізаторі не залежить від швидкості руху води. Підвищення інтенсивності теплообмінних процесів у кристалізаторі при штучній шорсткості поверхні теплообміну полягає в тому, що за набігання потоку рідини на виступ за ним утворюється вихор, що руйнує структуру в'язкого підшару, турбулізуючи його. Внаслідок цього у разі незмінної швидкості руху рідини в'язкий ламінарний підшар повністю руйнується або зменшується за товщиною, що сприяє підвищенню коефіцієнта тепловіддачі без збільшення гідравлічних втрат. Таким чином, встановлено, що з розглянутих варіантів інструментарію найоптимальнішим з погляду прискорення теплообмінних процесів є метод наведення штучної шорсткості на бандажах валків. Показано, що поряд з інтенсифікацією тепловідведення цей спосіб, за рахунок турбулізації в'язкого ламінарного підшару води, суттєво знижує утворення накипу на теплообмінній поверхні. І це, своєю чергою, збільшує періоди профілактичного обслуговування кристалізаторів. На основі одержаних результатів запропоновано практичні рекомендації щодо підвищення ефективності теплової роботи валкового кристалізатора при валковій розливці-прокатці металів.

Адитивні технології вважаються основою промислової революції XXI ст., тому вітчизняним науково-технологічним інститутам та інноваційним виробництвам варто активно розвивати цей напрям, щоб ліквідувати вже наявне відставання від наукоємних економік світу. Описано прогнозовані основні напрями розвитку та впровадження в промисловість і наше повсякдення адитивного виробництва (АВ), інформація про які підвищує нашу орієнтацію в цьому потоці високих технологій і які водночас сприятимуть модернізації ливарних процесів. Для найбільш простого і вигідного впровадження АВ в ливарному виробництві діючих цехів рекомендовано процес лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ), зокрема шляхом розробки і реалізації способів друку легковагих моделей з відходів пінополістиролу (ППС). При ЛГМ витрати на формовку в сухому вакуумованому піску чи не найнижчі з усіх відомих ливарних способів. Описано створений спосіб друку полімерних ливарних моделей, в якому за двоетапним режимом виготовляють циліндричні заготовки-стрижні, з яких потім одержують філамент для діючого принтера. Такі типи 3D-принтерів для друку з філаменту найбільш поширені і недорогі за вартістю. Полістирол, одержаний з відходів ППС і витрачений на друк моделей, має мінімальну зольність, що сприятиме забезпеченню якості виливків, виготовлених за методом ЛГМ. Для ЛГМ-процесу з друкованими моделями створено два способи лиття, що відрізняються від традиційних методів, описаних В. С. Шуляком. Запропоновано разову модель вивести за межі піщаної форми за допомогою трубчастого випору і тим самим уможливити вихід надмірної кількості газів від її газифікації в повітря цеху. Але при цьому слід встановити електричні запальники над отвором випорів і нейтралізувати гази від моделі шляхом їх спалення. Друковані моделі слід виготовляти з суцільним повздовжнім каналом чи порожниною (оболонкова модель, можливо з розпірками) і за аналогією з V-процесом модель функціонально розглядати як синтетичну товсту плівку, якою облицьовано поверхню піщаної форми.

Представлено аналіз головних аспектів створення титанових сплавів для ендопротезування, які б володіли найбільш оптимальним комплексом експлуатаційних характеристик і біосумісності та механічних властивостей. Відомі біомедичні сплави, які досі широко використовуються, мають у своєму складі токсичні компоненти - Al, V, Fe, Cr та Co. Очевидно, що максимальна біосумісність досягається завдяки легуванню титану нетоксичними елементами, перелік яких серед неблагородних металів дуже обмежений: Zr, Nb, Ta, Sn, Mo. Поєднання задачі забезпечення максимальної біосумісності та високих механічних властивостей вимагає знаходження оптимальних хімічних складів сплавів. При цьому важливо слідувати важливій сучасній умові забезпечення мінімального модуля пружності металу ендопротезу, що суттєво підвищує безпечність і довговічність його експлуатації. В ході аналізу літературних джерел було визначено, що даним вимогам найбільшою мірою відповідають сплави Ti - 13Nb - 13Zr, Ti - 24Nb - 12Zr та Ti - (24 - 26)Nb - (4 - 8)Zr - (7 - 8Sn). Їх межа міцності знаходиться на рівні 800 - 1000 МПа, а модуль пружності - на рівні 45 - 65 ГПа. Розглянуто підходи і методи додаткового зниження модуля пружності з одночасним підвищенням міцності. Встановлено, що найбільш ефективними є підходи, які базуються на інтенсивній пластичній деформації, зерноподрібненні після рекристалізації та термічній обробці, яка включає в себе гартування та короткотривале старіння.

Представлено розширений аналітичний огляд більшості відомих зв'язувальних компонентів (ЗК) для виготовлення ливарних форм і стрижнів. Формувальні та стрижневі суміші складають найбільші обсяги вантажопотоків у ливарних цехах, які значною мірою перевищують обсяги виробництва литва. З екологічної точки зору, ці матеріали представляють найбільшу небезпеку, яка полягає у виділеннях шкідливих та токсичних газових продуктів під час виготовлення форм та їх заливання, а також у поступовому забрудненні екосистем відпрацьованими сумішами. Вимоги щодо підвищення якості литва, забезпечення задовільних екологічних показників, доступності та вартості матеріалів були передумовами зростання або зменшення обсягів використання різних ЗК у різні історичні періоди. З метою порівняльного аналізу ЗК у роботі наведено загальновідомий комплекс вимог до них та визначено відповідність різних матеріалів цим вимогам. Також побудовано хронологічну схему використання ЗК та їх відносної поширеності у технологіях литва з початку ХХ ст. до цього часу. Проведено грунтовний аналіз найбільш вагомих наукових здобутків та технологічних рішень, які супроводжували використання різних ЗК. На основі цієї інформації пояснено причини появи та усунення цих матеріалів із технологій ливарного виробництва. Зроблено прогнозні припущення щодо використання усіх відомих матеріалів протягом наступного десятиріччя. Виявлено, що основною тенденцією буде поступове витіснення піщано-смоляних сумішей та заміна їх більш екологічними, які можуть базуватися не тільки на раніше відомих, але й на створених у майбутньому нових матеріалах. На основі проведеного аналізу установлено наукову та технологічну проблему світового масштабу, яка полягає в необхідності створення екологічних ЗК із високим рівнем функціональних властивостей для ливарного виробництва.

Досліджено способи оптимізації і удосконалено процес лиття за моделями, що газифікуються (ЛГМ), з розробкою методів застосування для ЛГМ 3D-друкованих моделей. Порожнисті оболонкові друковані полімерні моделі конструктори виконують такими у прагненні наблизити їх за масою до моделей з пінополістиролу (ППС) таким способом, що їх серцевини друкують як тонкі розпірки, які запобігають деформації стінок моделі та забезпечують газопроникність моделі для виводу газів крізь трубку випора за межі форми для нейтралізації газів методом спалювання. Виведення надлишку газів за межі форми для моделей з можливо більшою питомою вагою, ніж із ППС, відкриває шлях до запобігання негативним наслідкам, які ці гази можуть спричинити у процесі лиття. Особливістю є те, що підпірки для друку оболонок бажано друкувати так, щоб їх застосувати як розпірки між оболонковими стінками моделі, або розпірки робити вставками простої геометричної форми з ППС. Стінки моделі, які не мають порожнини, слід друкувати з газовідвідними каналами або виконувати в них спрямовану пористість моделі знизу вгору (при розташуванні моделі в ливарній формі) з результуючим виводом газів крізь випор з запальником на його виході. Наведено приклади виготовлення моделей, що випалюються, з застосуванням адитивної технології та виливків, що одержано за такими моделями. Друковані моделі мають високу чистоту поверхні та можуть виконуватись складної конфігурації. Нерідко вигідніше видрукувати одну модель замість виконаних традиційними технологіями кількох частин, з яких збирають рівноцінну друкованій модельну конструкцію. За приведеними схемами основних операційних циклів з прикладів виготовлення разових моделей на етапі технологічної підготовки при запусканні у виробництво нових виливків видно переваги у швидкості одержання перших виливків за 3D-друкованими моделями у порівнянні з моделями, одержаними в традиційній оснастці.

Індекс рубрикатора НБУВ: К61-18

Рубрики:

Ливарне виробництво (фасонне лиття металів)

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Виконано аналіз ефективності мікролегування і модифікування сталі різними матеріалами. Наведено дані лабораторних випробувань, запропоновано раціональні варіанти і технології введення мікролегуючих і модифікуючих добавок з метою одержання якісного металу. Мета роботи - експериментальне дослідження різних варіантів впливу суміші на основі вапна на коефіцієнт засвоєння ніобію з можливістю подальшої оптимізації технологічного процесу і підвищення якості металопродукції. Виконано високотемпературний експеримент із введення мікролегуючої добавки як осаджуючого методу у вигляді кускового матеріалу, так і вдування його у порошкоподібному стані. Вдування порошкоподібного фероніобію проводили як в чистому вигляді, так і з застосуванням сумішей на основі вапна. Виконано аналіз технологічних показників експериментальних плавок, який підтвердив перевагу інжекції порошкоподібних реагентів вглиб розплаву у порівнянні з осаджуючим методом у вигляді кускового. За результатами проведеного аналізу технологічних показників дослідних плавок визначено раціональні режими введення в сталерозливний ківш порошкоподібного фероніобію, який одночасно забезпечує як високий ступінь засвоєння частинок порошку рідким металевим розплавом, а спільно з вапном і високий ступінь видалення кисню. За результатами дослідних плавок підтверджено та уточнено особливості взаємодії порошкоподібних частинок, які вдуваються в рідкий металевий розплав. Визначено технологічні параметри процесу інжекції порошкоподібних матеріалів (фероніобій, вапно, плавиковий шпат), які з одного боку забезпечують високий ступінь засвоєння мікролегуючого елемента, а з іншого і значно зменшують забрудненість сталі оксидними неметалевими включеннями, знижуючи тим самим загальний вміст кисню в сталі.

Індекс рубрикатора НБУВ: К327.203-14

Рубрики:

Конвертерна плавка сталі

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проаналізовано фізико-хімічні процеси у високотемпературній реакційній зоні (ВРЗ), що утворюється в автотермічних сталеплавильних процесах з продуванням киснем, таких як конвертерне виробництво. Наведено важливі теоретичні і практичні аспекти дослідження ВРЗ в контексті створення нових ефективних металургійних технологій і систем проєктування та оптимізації плавки сталі. Виконано детальний термодинамічний аналіз і досліджено параметри ВРЗ рідкої сталеплавильної ванни: температуру, кратність шлаку та газу, хімічний склад металевої, шлакової та газової фаз. Розрахунки параметрів ВРЗ проведено з використанням дослідницького програмного комплексу "Excalibur", що базується на методі хімічних потенціалів Гіббса. Показано, що за допомогою збільшення інтенсивності продування киснем неможливо досягти довільного збільшення температури ВРЗ, а, відтак і температури сталеплавильної ванни. Досліджено вплив початкового вмісту вуглецю в металі та загального вмісту кисню на параметри ВРЗ. Доведено, що ступінь вигоряння вуглецю лінійно залежить від вмісту кисню у ВРЗ, а, отже і інтенсивності продування. Лише поблизу малих значень вмісту вуглецю спостерігається експоненціальне наближення до нульової горизонталі. Встановлено, що у вуглецевмісних ВРЗ після вигоряння вуглецю з металу при загальному вмісті кисню більше 5 % починається інтенсивний перехід заліза в газову фазу. При цьому спостерігається синхронне зниження вмісту вуглецю і підвищення вмісту заліза в газі. Зроблено висновок, що вуглець, який міститься в металі ВРЗ, є каталізатором переходу заліза в газову фазу і, відповідно, безповоротних втрат заліза у процесі виплавки сталі. Результати дослідження надали змоу побудувати раніше невідомі фрагменти рівноважних фазових діаграм стану високотемпературної області систем "залізо - кисень" та "залізо - кисень - вуглець".

Використання в агломераційній шихті великої частки дрібнодисперсного концентрату і відходів металургійного виробництва, коливання складу агломераційної шихти та якості її підготовки, відхилення від норми технологічних параметрів спікання та низька ефективність механічної обробки спеченого продукту, знижує продуктивність агломераційних машин, призводить до підвищення витрати палива, погіршує якість агломерату. За таких умов зростає значення попередньої підготовки шихти та необхідне застосування способів інтенсифікації процесу спікання. Наразі відома значна кількість способів інтенсифікації агломераційного процесу, ефективність кожного залежить від конкретних умов агломераційної фабрики, встановленого обладнання і сировинних матеріалів, які застосовуються. В роботі було досліджено ефективність різних способів підвищення інтенсивності агломераційного процесу і якості агломерату для умов акціонерного товариства "Покровський гірничо-збагачувальний комбінат" з визначенням раціональних технологічних заходів, спрямованих на покращання роботи підприємства. Дослідження проводилися на лабораторній агломераційній установці з використанням шихтових матеріалів та технологічних умов Богданівської агломераційної фабрики. За результатами досліджень встановлено, що крупність шихтових матеріалів, які застосовуються на агломераційній фабриці, перевищує максимально допустимий розмір. Це знижує техніко-економічні показники процесу спікання та не надає змоги одержувати агломерат високої якості. Для покращання показників роботи агломераційних машин в досліджуваних умовах рекомендується використовувати попередню підготовку шихтових матеріалів перед використанням, а саме - дроблення для одержання раціональної крупності часток. Крім того, використання вапна, як часткова заміна вапняку у флюсовій суміші, надасть змогуь підвищити якість агломерату.

Індекс рубрикатора НБУВ: К3-35 + Б1 в2:К

Рубрики:

Металургія

Охорона природи. Екологія

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К612.2 + К612.3

Рубрики:

Виготовлення спеціальних видів форм у ливарному виробництві

Виготовлення стрижнів у ливарному виробництві

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К391.91 + К616.3-1

Рубрики:

Виробництво композитних металокерамічних матеріалів і виробів

Спеціальні види лиття

Шифр НБУВ: Ж14585 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проаналізовано коефіцієнт тертя на поверхні контакту гальмових колодок, виготовлених з чавуну та композиційних матеріалів (гумоазбестової чи гумобезазбестової суміші), і коліс залізничного рухомого складу. Порівняно величини коефіцієнтів тертя у стандартах та технічних умовах на гальмові колодки. Зазначений у нормативних документах діапазон коефіцієнтів тертя (0,20 - 0,30) колодок з чавуну по поверхні коліс значно менший, ніж діапазони коефіцієнтів тертя колодок з композиту (0,34 - 0,65) і композиційних колодок з чавунними вставками (0,35 - 0,50). Показано, що загальна величина коефіцієнта тертя композиційних колодок з чавунними вставками, яка підсумовує коефіцієнти на ділянках тертя поверхні колеса з композитом та з чавуном, строго кажучи, є невизначеною, оскільки кожен матеріал по-різному реагує на однакові умови тертя. Запропоновано величину коефіцієнта тертя композиційної колодки з чавунними вставками розглядати з позиції вірогідного підходу у вигляді поля розподілу випадкової величини. Розглянуто механізм впливу вологи (води) на коефіцієнт тертя між поверхнями гальмової колодки і колеса. Виявлено закономірності змін сили і коефіцієнта тертя колодки по колесу на початковій стадії екстреного гальмування залізничного потяга. Представлено результати експериментального дослідження величин коефіцієнтів тертя композиційного матеріалу і чавуну з колісною сталлю. Підкреслено, що гальмові колодки з композиційного матеріалу сприяють зародженню дефектів на поверхні кочення коліс залізничного транспорту. Рекомендовано для забезпечення стабільності коефіцієнта тертя композиційних гальмових колодок регламентувати в стандартах і технічних умовах перелік і хімічний склад компонентів, речовин, з яких складається композиційний матеріал (гумосуміші), подібно тому, як формулюються у стандартах вимоги до чавунних колодок.

Одним із основних напрямів застосування алюмінію є авіакосмічна та транспортна промисловість, які постійно підвищують вимоги до властивостей литих виробів. Застосування алюмінію як основного матеріалу для виготовлення різноманітних конструкцій транспортних засобів надає змогу значно знизити масу конструкції, що призводить до зниження витрат пального. Щоб відповідати вимогам сучасного світу в роботі розглянуто дослідження в напрямі поліпшення якості та підвищення властивостей виробів із вторинного алюмінієвого сплаву АК12. Проаналізовано сучасні технології оброблення рідкого алюмінієвого сплаву. За результатами аналітичного огляду встановлено, що найбільший інтерес представляють модифікатори, які впливають на розміри первинного зерна і форму включень евтектичного кремнію. Встановлено, що процеси модифікування не змінюють хімічного складу сплаву, а сприяють зміні величини і форми структурних складових сплаву. В роботі розглянуто вплив ультрадисперсного модифікатора SiC розміром часток до 200 нм на ливарні властивості вторинних алюмінієвих сплавів: рідкотекучість, лінійну та об'ємну усадки. Рідкотекучість досліджували в піщано-глинисті (ПГФ) та металеві форми. Встановлено, що додавання 0,1 % SiC покращує рідкотекучість вторинного сплаву з 560 до 630 мм для ПГФ та з 230 до 295 мм для кокілю внаслідок очищення від неметалевих вкраплень. Подальше підвищення вмісту SiC до 0,2 % не призводить до явного підвищення рідкотекучості. Дослідженням лінійної усадки встановлено, що підвищення вмісту модифікатора до 0,2 % сприяє її зменшенню. В той же час підвищення температури заливання сплаву сприяє збільшенню загальної лінійної усадки, що пов'язано із тривалим часом знаходження металу в рідкому стані. Внаслідок швидкої кристалізації розплаву з додатковими центрами зародкоутворення у вигляді ультрадисперсного модифікатора, коефіцієнт об'ємної усадки зменшується з 28 до 20 %. Запропоновані технічні рішення модифікування сплавів вторинного сплаву АК12 можна застосовувати в процесах, що надасть змогу підвищити якість литої металопродукції за економного використання енергоресурсів і матеріалів на її виробництво.