Browse
Recent Submissions
Item Energy Efficient Water-Cooled Elements for Foundry Class Electric Arc Steelmaking Furnaces(НМетАУ, Дніпро, 2021) Timoshenko, Sergii; Nemtsev, Eduard; Gubinskij, MikhailENG: Analysis of recent research and publications. Low energy efficiency of foundry class electric arc steelmaking furnaces (EAF) mainly is caused by heat loss in massive refractory lining during forced downtime. A low-power transformer doesn’t allow, in the conditions of classical technology, practice of traditional water-cooled elements in order to replace partially the lining, what determines increased refractory consumption. Known mathematical models of heat and mass transfer in the EAF working space don’t pay sufficient attention to the features of thermal state and energy loss in water-cooled elements in relation to foundry class furnaces. Purpose. Work aims to improve energy efficiency and refractory savings in foundry class EAF due to water-cooled elements design improvement. Method. Work is based on numerical modeling of heat exchange by radiation in the working space of the EAF and thermal state of water-cooled elements with spatial structure. Research findings. On the base of radiation heat exchange study, a multiple regression equation for power of heat loss with cooling water was obtained, taking into account capacity of the furnace, steelmaking bath shape factor (diameter to depth ratio), duration of technological period of the heat and averaging coefficient of heat flux through working surface of water-cooled element. For traditional one-row, two- and elaborated three-row panels averaging coefficient is 0.82, 0.67 and 0.61, respectively. Practical significance. Three-row water-cooled wall panels with a spatial structure are elaborated, which provide a decrease in heat loss with cooling water by 14 %, in comparison with two-row ones and by 40% in comparison with traditional one-row panels with dense structure. Estimates of optimal relative cooled surface for 3-12-ton EAF working space, providing refractory savings up to 25-30% due to three-row water-cooled panels installation, are substantiated.Item On Some Aspects of the Study of Pulverized Coal and Fuel Mixtures Combustion in a Drop Tube Furnace(НМетАУ, Дніпро, 2021) Stupak, Yurii O.; Khokhlova, Tatyana S.ENG: Analysis of the operation of fluid friction bearings (FFB) of mills 630 showed that the loss of oil on the cages 630 reaches up to 10 tons per year. The reason for this is the imperfection of the seal design, which in turn does not provide the required mode of lubrication of the FFB and leads to high-intensity wear of the surfaces of the sleeve and bearing liner. Which leads to the failure of the FFB before the deadline for replacement of the sleeve and liner. The aim of the study is to determine the load of FFB by mathematical modeling to determine the energy and power parameters of rolling on the example of channel No14, determine the coefficient of friction, study the wear of the surface of the sleeve and liner FFB and provide recommendations for possible ways to improve FFB seals 630. To determine the energy and power parameters of the rolling profile of the channel profile, mathematical modeling was performed using the software product QForm 9. The QForm program is designed for mathematical modeling, based on the finite element method, technological processes of metal forming by taking into account thermomechanical processes of heating and cooling of metal, including in the process of deformation, as well as the interaction of the deformable workpiece with technological tools and equipment. The greatest rolling forces and, accordingly, the load on the FFB will act in the cage No4 and reach 2.8 MN when the roll is captured. The obtained result indicates that the increase in the load acting on the bearing does not significantly affect the change in the coefficient of friction in it, which is in the range of 0.0027 - 0.00274. The value of the friction coefficient μ will be most affected by the viscosity of the oil η and the value of the radial gap δ. The calculation confirmed the transition to the maximum friction during wear to a radial gap of 4 mm, which was observed during the operation of the FFB. The value of the gap δ = 1.8 mm, at which the replacement of the liner and the bearing sleeve will be obtained after 8.8 years of operation. But operational data show that such a gap is reached in 3 years of operation. The reduction in bearing life is due to inadequate friction, namely non-compliance with the viscosity parameters of the oil and its insufficient amount in the bearing. The reason for this is the leakage of oil due to unreliable sealing and ingress of abrasive and coolant rolls. An improved design of seals using V-shaped cuffs is proposed.Item Дослідження підшипників рідинного тертя робочих клітей 630 стану 550(НМетАУ, Дніпро, 2021) Самсоненко, Андрій Анатолійович; Гануш, Василь Іванович; Бергеман, Сергій ВолодимировичUKR: Аналіз експлуатації підшипників рідинного тертя (ПРТ) станів 630 показав, що втрати мастила на клітях 630 досягають до 10 тонн за рік. Причиною цього є недосконалість конструкції ущільнення, а це в свою чергу не забезпечує необхідний режим змащування ПРТ і призводить до високоінтенсивного зносу поверхонь втулки та вкладиша підшипника. Що призводить до виходу з ладу ПРТ раніше встановленого строку заміни втулки та вкладиша. Метою дослідження є визначення навантаженості ПРТ шляхом математичного моделювання для визначення енерго-силових параметрів прокатки на прикладі швелеру No14, визначення коефіцієнту тертя, дослідження процесу зносу поверхні втулки та вкладиша ПРТ та надання рекомендації, щодо можливого шляху удосконалення ущільнення ПРТ клітей 630. Розрахунок піддвердив перехід до граничного тертя при зносі до радіального зазору в 4 мм, що спостерігалось при експлуатації ПРТ. Запропонована удосконалена конструкція ущільнень з використанням V-подібних манжет.Item Дослідження на фізичній моделі особливостей впливу запиленості середовища на якісні показники газового, палаючого факелу(НМетАУ, Дніпро, 2021) Молчанов, Лавр Сергійович; Голуб, Тетяна Сергіївна; Синегін, Євген Володимирович; Семикін, Сергій ІвановичUKR: Процес кисневого конвертування супроводжується виділенням значного обсягу газів, що містять в основному продукти реакцій окислення вуглецю, які формують палаючий факел над горловиною конвертера. При цьому з конвертера виділяється значна кількість пилу різного складу і фракції в залежності від технологічних особливостей продувки, дослідження і облік впливу якої необхідний для розуміння якісних характеристик факела і конвертерного процесу вцілому. У роботі наведені результати дослідження на фізичної моделі, що імітує палаючий факел в запиленому середовищі, шляхом введення твердих порошків різних речовин, на якісні показники горіння факела: візуальні і теплопередачу. Досліджено подачу в палаючий факел порошків хлориду натрію, оксидів заліза, кремнію та алюмінію, чистих порошків заліза, кремнію та алюмінію, сажі і графіту. Встановлено, що введення різних компонентів в факел з температурою нижче, ніж температура факела, навіть при можливому візуальному збільшенні яскравості характеристик, що зокрема встановлено при введенні хлориду натрію або порошку заліза, сприяють зниженню теплопередачі від факела за рахунок відбору тепла на нагрівання і згоряння частинок, що вводяться.Item Study of the Designs of Bottom Blowing Devices for Oxidative Blowing in Teeming Ladles(НМетАУ, Дніпро, 2021) Molchanov, Lavr; Arendach, Natalia; Synehin, YevhenENG: It is discussed in the article the concept proposed for the production of ultra-low carbon steel, which involves the production of crude steel in basic oxygen furnace followed by oxidative blowing with an oxygen-argon mixture in a teeming ladle to decrease a carbon content in steel to less than 0.03%. High efficiency of the proposed technology is possible only under the intensive process of metal decarburization, which consists of the three stages: supply of reagents to the gas bubble, chemical interaction of reagents on theinterfacial surface and removal of reaction products. At low carbon concentrations in the metal, the limiting link of the process is carbon mass transfer to the interfacial surface, which can be intensified by melt stirring. The objective of this article is to study the influence of design of the blowing devices, namely, the position and shape of the pores, on the efficiency of metal homogenization in the teeming ladle. Blowing devices with a circular hole, a slit and undirectional porosity were considered. To perform physical simulation by Buckingham's theorem, similarity numbers were chosen to describe the considered process. In particular, it is proposed to use dimensionless volume flow and a modified homochronicity number. Based on the physical simulation on the “water” model, it was found that the best results of homogenization of the chemical composition of the liquid metal in the teeming ladle show blowing devices with undirected porosity. They are ideal for oxidative purging in a crowded ladle with a mixture of argon and oxygen required for the production of ultra-low carbon steel with an oxygen content of less than 0.03%. The purpose of further research is to develop the design of the mixing chamber of the purge device, in which oxygen and argon are pre-mixed before injection into the liquid metal.Item Підвищення післяремонтної довговічності насосів підживлення аксіально-поршневих гідромашин(НМетАУ, Дніпро, 2021) Мельянцов, Петро Тимофійович; Лосіков, Олександр Михайлович; Назарець, Віктор Семенович; Сидоренко, Віктор КононовичUKR: Проводиться експериментальне підтвердження ефективності впровадження конструктивних заходів по зниженню об’ємних витрат в качаючому вузлі насоса підживлення через його торцевий зазор. Запропоновано конструкцію стенду та методику для обкатки і випробування насосів підживлення.Item Моделювання процесу дезінтеграції рудної породи в барабанному млині з використанням методу скінчених елементів(НМетАУ, Дніпро, 2021) Маліч, Микола ГригоровичUKR: Розглянуто особливості руху рудних матеріалів в барабанному млині. Розроблено математичну модель процесу подрібнення рудних матеріалів з позиції балансу енергетичних величин процесу руйнуванняЗа використанням методу скінчених елементів показано, що виділений в будь-якому місці елемент завантаження піддається деформації з боку сусідніх елементів завантаження (шматків руди) в умовах всебічного нерівнокомпонентного стиснення контактними силами. Проаналізовано вплив напрямку сил контактного тертя при стисненні на ефективність руйнування рудної маси. Данні сили суттєво впливають на появу максимальних зсувних (дотичних) напружень, які залежать від максимальних нормальних напружень, що виникають в шматках рудної породи. Показана можливість керування режимами навантаження для підвищення ефективності процесу подрібнення.Item Розподілені алгоритми розв’язку прикладних задач в екстремальній постановці(НМетАУ, Дніпро, 2021) Іващенко, Валерій Петрович; Швачич, Геннадій Григорович; Іващенко, Олена ВалеріївнаUKR: Для дослідження теплофізичних властивостей матеріалів за допомогою обернених методів було виведено відповідний клас математичних моделей. Процедура обробки математичних моделей зведена до екстремальної постановки, що дозволило розробити ефективні алгоритми розв'язування коефіцієнтних задач довільного порядку точності. Представлені результати розв’язування тестових задач на основі запропонованого підходу. Виведено додаткові умови, які дозволяють розділити досліджувану проблему на дві задачі: а) температурну; б) потокову. Перша з них дає можливість розв’язувати коефіцієнтну задачу на всьому заданому діапазоні зміни температури за допомогою управляючого параметра у вигляді коефіцієнта дифузії; друга спрямована на визначення коефіцієнтів теплопровідності або теплоємності. Дослідження математичних моделей 1 і 2 проводили із застосуванням методу прямих. Запропоновані моделі дозволяють розв’язувати задачі в екстремальних постановках. Для розв’язання заданих задач методами математичного моделювання розроблено пакет прикладних задач. Створення пакету було здійснено з урахуванням вимог об'єктно-орієнтованого програмування. Процедура моделювання була реалізована на основі застосування багатопроцесорної обчислювальної системи. Пакет прикладних програм призначений для опрацювання теплофізичних експериментів оберненими методами.Item Дослідження впливу кристалічних решіток на фрактальні характеристики матеріалів(НМетАУ, Дніпро, 2021) Журба, Анна ОлексіївнаUKR: Значний інтерес представляють кристалічні тіла, які характеризуються впорядкованим розташуванням атомів. До кристалів можна віднести мінерали, всі метали, солі, більшість органічних сполук і велику кількість інших твердих тіл. Закономірна і досконала геометрія кристалів говорить про наявність закономірностей і в їх внутрішній будові. Ці впорядковані структурні частинки, що розташовані правильними рядами в строгій ієрархічній послідовності і мають ось симетрії другого, третього, четвертого і шостого порядків. Строго математично доведено, що відмічені порядки осей в тому або іншому поєднанні для кристалів єдино можливі. Інших порядків осей симетрії, поворот навколо яких переводив би грати кристала самі в себе, в класичній кристалографії не існує. Тому є сенс побудувати поверхні другого, третього, четвертого порядків симетрії та провести аналіз їх фрактальних характеристик. Цікавим дослідженням є побудова фрактальних розподілень таких поверхонь.Item Фізичне моделювання гомогенізації сталі при фінішному легуванні у виливниці(НМетАУ, Дніпро, 2021) Андрюхін, Роман Павлович; Молчанов, Лавр Сергійович; Синегін, Євген ВолодимировичUKR: У статті обговорюється технологія фінішного легування сталі при розливанні зверху та сифоном. За рахунок зменшення активності кисню в металі через порівняно нижчу від попередніх етапів сталеплавильного переділу температуру розливки досягається зменшення угару феросплавів та збільшується ступінь засвоєння корисних елементів феросплавів. Ключовим аспектом для досягнення максимальної ефективності розглянутої технології є швидке розчинення феросплавів та рівномірний розподіл легуючих компонентів у металі. Метою цього дослідження є визначення найбільш раціональної з погляду часу усереднення металу за хімічним складом технології введення добавки. Для вирішення поставленої задачі було застосовано метод фізичного моделювання на водній прозорій моделі із використанням флуоресцентного барвника. За результатами серії експериментів було визначено раціональний спосіб розливки та режим введення легуючої добавки для забезпечення найшвидшого її розподілення в металі.