Метал та лиття України

Модернізація агломераційної фабрики ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ»: організаційні, технологічні, екологічні та техніко-економічні аспекти

2024-03-08T20:01:18+00:00

Запропоновано короткостроковий промисловий проєкт модернізації агломераційної фабрики ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ» (Україна, м. Кам’янське). Реалізація проєкту здійснюється в трьох напрямах —удосконалення технології спікання агломерату, капітальний ремонт агломераційної машини № 7 та удосконалення процесу газоочищення технологічних газів та аспірації основних вузлів пиловидалення. Виконання проєкту передбачає наступні етапи: інжинірингові роботи; постачання устаткування та виготовлення технологічних металоконструкцій; будівельно-монтажні роботи та введення модернізованої агломераційної машини в експлуатацію. Для капітального ремонту агломераційної машини № 7 пропонується виконати: ремонт поздовжніх та поперечних ущільнень агломераційної машини; ремонт газового колектора, вакуум-камер, пилових мішків, компенсаторів в зоні спікання, вакуум-камер в зоні охолодження; відновлення термічної ізоляції на газовому колекторі, вакуум-камерах, пилових мішках. Для очищення технологічних газів на агломераційній фабриці ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ» пропонується: заміна ексгаустера; установка нового газоочищення; удосконалення аспіраційних систем; демонтаж барабанів гасіння і охолодження обороту. Показано можливість шляхом удосконалення процесу газоочищення технологічних газів та аспірації основних вузлів пиловидалення досягти вмісту пилу на викиді в атмосферу не більше 30 мг/м³, вмісту СО — до 6500 мг/м³, вмісту SOx — не більше 500 мг/м³ та знизити загальну запиленість на агломераційній фабриці на 20 %. Наведено техніко-економічне обґрунтування доцільності модернізації агломераційної фабрики ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ». Встановлено, що впровадження технології спікання агломерату за рахунок використання енергозберігаючих заходів призведе до зниження на 1,08 % собівартості 1 тонни агломерату, що в свою чергу вплине на зниження собівартості 1 тонни чавуну.

Чисельні дослідження кінетики десульфурації сталі при пневматичному перемішуванні

2024-03-08T20:20:09+00:00

Аналіз останніх досліджень і публікацій. В умовах малих металургійних заводів (ММЗ) видалення сірки у ряді випадків лімітує процес доведення сталі. Кінетика десульфурації визначається питомою потужністю перемішування сталеплавильної ванни. Вплив геометрії ванни на енергоефективність перемішування розплаву і десульфурації сталі при фіксованій масі плавки досліджено недостатньо.

Мета і метод. Мета роботи — підвищення енергоефективності виробництва сталі в умовах ММЗ за рахунок мінімізації часу десульфурації. Метод полягає в чисельному моделюванні кінетики видалення сірки з урахуванням геометричних параметрів сталеплавильної ванни та режимних параметрів пневматичного перемішування.

Новизна і наукове значення досліджень. У контексті кінетики десульфурації сталі отримали розвиток уявлення щодо енергетичної складової процесу через питому потужність пневматичного перемішування рідкої ванни N_mix. Показано обмеженість моделі ізотермічного розширення газової бульбашки, що спливає, стосовно оцінки N_mix в промислових умовах. Запропоновано математичну модель для оцінки N_mix через усереднену швидкість циркуляції сталі і силу Архімеда, як функцію відносного вмісту газу в двофазній області при струменево-бульбашковому режимі продувки ванни аргоном. Модель спрямована на оптимізацію витрати аргону за критерієм максимальної питомої потужності пневматичного перемішування. Такий режим забезпечує мінімальну тривалість десульфурації при заданих параметрах шлаку і геометрії системи сталеплавильна ванна-донна пориста пробка.

Практична цінність. Визначення оптимальної витрати аргону через пористу пробку для забезпечення максимальної питомої потужності пневматичного перемішування сталеплавильної ванни даної геометрії і маси у контексті мінімізації тривалості десульфурації сприяє підвищенню енергоефективності технології виробництва сталі в умовах ММЗ.

Методи захисту та оздоблення алюмінієвих профілів

2024-03-08T20:29:01+00:00

Проведено огляд науково-технічної інформації щодо способів нанесення спеціального захисного покриття на алюмінієві профілі для підвищення їх властивостей та покращення товарного вигляду виробів, що використовуються в якості декору. Найбільш поширеними серед них є: анодування (анодне оксидування), фарбування, забарвлення, лазерне оброблення, хімічне травлення, електрополірування тощо. Показано, що майже всі методи обробки починаються з проведення спеціальної підготовки поверхні профілів: знежирення, промивання, травлення та освітлення (деоксидація). Анодування — електрохімічний процес, при якому на поверхні алюмінію формується міцна пориста оксидна плівка, що забезпечує більш надійний захист поверхні порівняно з природною оксидною плівкою. Цей процес дозволяє покращити зовнішній вигляд алюмінієвого профілю, підвищує корозійну стійкість профілів, надає поверхневому шару зносостійкості, а також тепло- та електроізоляційні властивості, збільшує міцність зчеплення з поверхнею виробу лакофарбового покриття. Анодований алюміній легко піддається очищенню та витримує короткочасний вплив таких температур, за яких чистий алюміній плавиться. Описано технології анодування, що використовуються для досягнення необхідного кольору покриття. Фарбування є процесом нанесення рідкого або порошкового органічного покриття на поверхню профілю, яке повинно чинити опір впливу сонячного світла, вологи, агресивних середовищ, змін температури та фізичних ушкоджень. Порошкові покриття мають практично такі ж експлуатаційні характеристики, що і рідкі з того ж матеріалу, проте вартість їх нижча. Вони наносяться електростатичним способом. Інгредієнтами порошку є сполучні речовини (смоли та полімер), органічні та неорганічні пігменти для забезпечення кольору покриття, присадки, що покращують технологічні властивості порошку. Найчастіше для алюмінієвих профілів, що піддаються порошковому фарбуванню, застосовується процес хроматації — нанесення конверсійного покриття. Хроматний шар покращує адгезію між поверхнею профілю та покриттям, підвищує корозійну стійкість пофарбованого профілю. Товсте хроматне покриття має хороший опір корозії, але меншу адгезію порівняно з тоншим шаром. Використовують «жовте» та «зелене» хроматування, які, перш за все, відрізняються складом, кількістю компонентів і часом оброблення. Розглянуто технологічні особливості нанесення порошкового покриття. Абразивне очищення використовується як самостійний спосіб надання особливого вигляду поверхні профілю, а також для підготовки поверхні перед анодуванням або фарбуванням. Абразивне очищення проводиться шляхом обдування поверхні профілю високошвидкісним потоком сухих металевих або неметалевих частинок, в якості яких, як правило, використовується промитий кварцовий пісок або оксид алюмінію. Цей вид оброблення може застосовуватися перед фарбуванням не тільки для очищення, але й для одержання матової текстури. Обробка лазером дозволяє виготовляти вироби без шорсткості та зазубрин, підвищити корозійну стійкість, зносостійкість і міцність алюмінієвих профілів за рахунок поверхневого легування хромом, нікелем, дисіліцидом ніобію тощо. Насичення поверхневих шарів сплаву легувальними елементами відбувається в результаті дифузії і масопереносу в рідкій фазі при можливому конвективному або чисто механічному перемішуванні розплаву в зоні дії лазерного випромінювання. Хімічне полірування здійснюється в розчинах кислот. Малі концентрації важких металів у розчині посилюють поліруючий ефект, особливо при обробці сплавів з незначним вмістом міді. Зазвичай у ваннах використовується повітряне перемішування, хоча кращим є механічний спосіб. Занадто інтенсивне перемішування може призвести до смугастості та пітингу металу профілю. Технологічний процес електрополірування включає попередню обробку (очищення, промивання) і, власне, електрополірування. Профіль поміщають у ванну, через яку проходить постійний струм, де він виконує роль аноду. Цей вид оброблення застосовується як самостійна операція, так і в технологічних процесах поверхневої обробки, що включають анодування. Типові режими електрополірування суттєво залежать від хімічного складу алюмінію та його сплавів. Патентні дослідження, проведені авторами даної роботи, показали, що незважаючи на різноманіття способів поверхневої обробки, досягнення блискучої поверхні профілів є складною технічною задачею, вирішення якої значною мірою залежить від хімічного складу алюмінієвого сплаву.

Концептуальні засади валкової розливки-прокатки високоміцних алюмінієвих сплавів

2024-03-08T20:36:27+00:00

У цій роботі представлені результати, що показують можливість отримання тонколистових заготовок з широкого спектру алюмінієвих сплавів методом валкової розливки. У ході досліджень виконано аналіз технологічних рішень відомих на сьогоднішній день способів безперервного лиття-прокатки листової металопродукції. На лабораторній установці двовалкової розливки металів відпрацьовані фізико-технологічні параметри (температура та швидкість розливки, інтенсивність тепловідведення тощо), що забезпечують стійкий процес отримання листової заготовки невеликої товщини (1—5 мм) з алюмінієвих сплавів, що досліджуються. Вперше в металургійній практиці методом валкової розливки отримані литі листові заготовки з широкоінтервальних алюмінієвих сплавів Д16 (≥130 °С) і В95 (≥160 °С).

В ході досліджень для визначення еволюції структур дослідних зразків зі сплавів, що вивчаються, проведені їх металографічні дослідження на всіх етапах технологічного ланцюжка «валкова розливка + гаряча прокатка + термічна обробка». Враховуючи, що між первинною структурою литих заготовок та якістю кінцевої металопродукції існує спадковий взаємозв'язок встановлено, що для всіх вивчених алюмінієвих сплавів основою структур на стадії «валкова розливка» є a-фаза. Встановлено, що при швидкості охолодження, характерній валковій розливці, a-фаза в литих заготовках має однорідну дрібнозернисту структуру. При цьому невеликі включення дисперсних інтерметалідних та евтектичних фаз, які присутні у структурі литих заготовок, рівномірно розподілені за їх перерізами.

Для оцінки процесів, що відбуваються у заготовках на стадії «гаряча прокатка», визначено закономірності зміни кількісних характеристик структур залежно від ступеня їхньої деформації, а саме: E — частку інтерметалідних фаз; D — розмір кристалів інтерметалідів; A — параметр форми інтерметалідів; R — розмір дендритних осередків; Ar — параметр форми дендритних осередків. Також було встановлено, що на стадії «термічна обробка» дослідних зразків після їхньої гарячої прокатки відбувається часткова рекристалізація a-Al твердого розчину, а також зменшення вмісту інтерметалідів і сфероїдизація інтерметалідних фаз, що залишилися.

Зрештою, зміни, що відбувалися в структурах дослідних зразків, позитивно вплинули на якість кінцевої стрічки, що й було підтверджено рівнем їх механічних характеристик.

Механізм підвищення зносостійкості сталі 110Г13Л модифікуванням, дисперсійним і дисперсним нітридним зміцненням

2024-03-08T20:42:42+00:00

Проаналізовано сучасний стан промислового виробництва зносостійких литих деталей із високомарганцевих сталей з використанням різних технологій їх легування, мікролегування та модифікування з метою підвищення зносостійкості не тільки в умовах ударно-абразивного, але і в умовах суто абразивного зносу. Показано, що незважаючи на велику кількість технологій виробництва зносостійких деталей із цих сталей, прості й високоефективні способи відсутні. Перспективними напрямами є дисперсійне зміцнення металу модифікуванням і мікролегуванням сталей, зокрема азотом і ванадієм, дисперсне зміцнення легуванням сталей титаном, ніобієм тощо та використання оптимальних режимів термічного оброблення. Для умов інтенсивного ударно-абразивного зносу важливим є встановлення закономірностей впливу ступеня ударної деформації на формування поверхневого мартенситного шару у виробах після мікролегування та модифікування сталей азотом, дисперсійного й дисперсного нітридного зміцнення металу. Показано, що дисперсійне нітридне зміцнення металу модифікуванням сталі азотом або спільним додаванням в неї азоту й ванадію та дисперсне зміцнення металу після одночасного додавання азоту, титану та ніобію суттєво диспергують аустенітне зерно сталі як у литому стані, так і після гартування. Зміна структури сталей внаслідок зміцнення металу суттєво впливає на їх механічні властивості після різних режимів термічного оброблення. Дисперсійне нітридванадієве зміцнення підвищує на 15...17 % міцність і на 45...50 % пластичність, а дисперсне нітридне зміцнення — на 45...60 % пластичність при збереженні рівня міцності та незначному зниженні ударної в’язкості. Показано вплив ступеня ударної деформації на формування e та a-мартенситу, встановлено чітку залежність між підвищенням ступеня ударної деформації та збільшенням кількості a-фази в здеформованому шарі. Ударне деформування біля 16,6 % підвищує в деформованому шарі від 40 % до 98 % кількість a-мартенситу, що забезпечує підвищення твердості деформованого шару від 24 HRC до 36 HRC. Відзначено, що модифікування азотом, дисперсійне нітридне та ударно-деформаційне зміцнення високомарганцевих сталей підвищують в 1,5...2,0 рази їх зносостійкість в умовах сухого тертя ковзанням і в 1,7...2,0 рази в умовах абразивного зношування з використанням незакріпленого й закріпленого абразиву.

Аналіз розподілу дефектів та неметалевих включень високоміцної TWIP-сталі Fe-25Mn-12Al-1,5C після електрошлакового переплаву

2024-03-08T20:57:00+00:00

TWIP-сталі відносяться до переліку найбільш інноваційних матеріалів сучасності завдяки поєднанню високого рівня механічних характеристик та низької густини. До найбільш високоміцних належать сплави, які містять близько 25—30 %мас. марганцю та біля 10 %мас. алюмінію. Одержання таких сталей ускладнюється особливостями їх хімічного складу. Через високий вміст марганцю та алюмінію вони схильні до ліквації компонентів за густиною, мають більшу кількість усадкових дефектів та підвищену кількість сульфідних, нітридних та оксидних неметалевих включень. Це обумовлює застосування ефективних способів рафінування, до яких відноситься електрошлаковий переплав (ЕШП).

В роботі показано порівняння структури, типу та кількості неметалевих включень литого сплаву Fe-25Mn-12Al-1,5C індукційної виплавки та після рафінуючого електрошлакового переплаву. Електронна мікроскопія зразків та локальний хімічний аналіз фаз показали наявність великої кількості неметалевих включень — сульфідів, фосфідів та оксинітридів. Після проведення рафінуючого переплаву було встановлено, що електрошлаковий переплав сприяє помітному зменшенню вмісту азоту і сірки в складі неметалевих включень, проте в цілому він виявився недостатньо ефективним способом рафінування досліджуваних матеріалів.

Серед недоліків способу ЕШП можна відзначити достатньо великі розміри самих неметалевих включень, слабку здатність до рафінування від фосфідних домішок та умови кристалізації, за яких формується направлено закристалізована структура. Також було встановлено, що в зонах наближених до дна і стінок кристалізатора, метал ЕШП рафінується гірше, ніж його центральні об’єми. Проблемною зоною можна назвати верхню частину злитка, усадкову та підусадкову зони, збагачені газоусадковими дефектами.

Загалом показано, що метод ЕШП не здатен необхідною мірою вирішити проблему рафінування високомарганцевих TWIP-сталей з високим вмістом алюмінію.

Розвиток технології виробництва теплоізоляційних матеріалів для використання в металургії та машинобудуванні

2024-03-08T21:07:58+00:00

Розглянуто задачі металургійних, машинобудівних, ливарних підприємств України щодо теплозбереження в зазначених галузях промисловості у воєнний і повоєнний періоди та на перспективу. Показано, що можливості розвитку тепло- та енергозбереження в металургії і машинобудуванні за рахунок поширення використання ефективних теплоізоляційних матеріалів із мулітокремнеземистого волокна повною мірою на практиці не реалізовані. Перспективною сферою застосування теплоізоляційних виробів є будівництво, реконструкція та модернізація діючих металургійних агрегатів у доменному, сталеплавильному, прокатному перетинах. Розроблено і реалізовано на практиці технологію виробництва сучасних теплоізоляційних матеріалів із мулітокремнеземистого волокна, які є працездатними при температурах до 1600 °C, іноді навіть вище. Показано можливості змінювати температуру експлуатації виробів із мулітокремнеземистих матеріалів (вати, повсті, плит, фетру, картону тощо) шляхом варіювання вмістом сполук алюмінію, хрому, цирконію у шихті для виплавлення мулітокремнеземистого матеріалу. Запропоновано конкретні технічні рішення щодо економії енергії, які дозволяють за рахунок використання теплоізоляції із мулітокремнеземистого волокна забезпечити зменшення витрат на обігрів печей на ~ (40…45) %. Викладено досвід заводу ТОВ «СИНТИЗ» щодо реалізованих заходів у напрямі модернізації руднотермічної печі СКБ 6098. В результаті удосконалення системи управління піччю витрати електроенергії зменшилися на ~ (5…15) %. Напрям подальшої модернізації виготовлення мулітокремнеземистого волокна полягає в об’єднанні окремих локальних систем управління технологічним процесом в єдину замкнуту автоматизовану систему управління виробництвом цієї продукції. Актуальними є також науково-дослідні роботи у напрямі удосконалення технології виробництва теплоізоляційних матеріалів і виробів з них на основі використання природної сировини.

Енергетична та екологічна безпека в контексті розвитку атомної енергетики

2024-03-08T21:16:32+00:00

Проаналізовано основні причини світової енергетичної кризи, зв’язок енергетичної та екологічної безпеки в контексті глобального розвитку суспільства. Акцентовано увагу на різке відставання атомної енергетики від відновлюваної з точки зору залучення інвестицій. Розглянуто структуру атомної енергетики світу. Проаналізовано типи, технології та терміни експлуатації атомних реакторів, а також перспективи впровадження в атомну енергетику нових технологій і конструкцій агрегатів. Показано, що більшість експлуатованих атомних реакторів не завжди відповідають сучасним вимогам у контексті технологічної ефективності та екологічної безпеки. Проаналізовано причини неконтрольованого поширення ядерного озброєння, можливі аварії на атомних електростанціях, а також небезпеку накопичення ядерних відходів. Проаналізовано причини та наслідки аварій на АЕС «Фукусіма» в контексті роботи реакторів у регіонах з високою сейсмічною небезпекою. Показано, що для того, щоб бути затребуваними у виробництві електроенергії, ядерні технології потребують змін. Вважається, що майбутнє атомної енергетики — реактори на швидких нейтронах, ядерні реактори на хвилі, що біжить, а також технології з використання замість збагаченого урану ізотопу торію. Особливе місце в структурі атомної енергетики мають посісти малі модульні реактори (Small modular reactors, SMR), невеликі за розмірами та потужністю (наприклад реактор Oklo Aurora, який проходять процес ліцензування у США та Канаді). Зазначено, що для повної реалізації потенціалу сучасних атомних технологій у глобальному масштабі знадобляться нові, гнучкіші правила регулювання, ліцензування та фінансування, а також оновлення глобальної основи ядерної безпеки та нерозповсюдження ядерної зброї.