Статті КТОМП (ДМетІ)

Permanent URI for this collectionhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14585

ENG: Articles

Browse

Now showing 1 - 40 of 63

Analysis of the Mechanism for the Occurrence of a Functional Response during Plastic Deformation of Metals and Their Alloys
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipro, 2023) Kuznetsow, E. V.
ENG: Purpose. Perfection the method for designing technological operations of metal pressure processing by establishing a functional connection between the parameters of force action and the characteristics of the natural deformation behavior of workpieces during their shape forming process. Methodology. A combined analytical approach, which is based on a synthesis of the results of fundamental and applied research in the field of physics of deformable solids, metal forming technology, as well as in related fields of natural science, is used. Findings. It is shown that the nature of the adaptive functional response of metals and their alloys to deforming influence is determined by the magnitude of possible changes in the thermodynamic potentials of the disturbed volume of the substance. From a technological point of view the most favorable response occurs when the deforming influence on the workpiece is carried out taking into account the natural ability of its substance to relaxation. Originality. The functional relationship between changes in the thermodynamic potentials of the volume of a metal or alloy and its adaptive behavior during the deformation process, as well as in the postoperative period, is described. Practical value. The findings make it possible to optimize the technological processes of machining of metals and their alloys by pressure, taking into account the natural properties and behavioral characteristics of each concrete material under concrete production conditions.
Complex Solid-Phase Reduction in a Blast Furnace of Self-Healing Pellets of Cold Agglomeration Containing By-Product Carbon Materials of Metallurgical Production
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Vaniukov, Anton A.; Ivashchenko, Valerii P.; Ivanova, Liudmyla Kh.; Kovalov, M.; Tsybulia, Ye.
ENG: The reactions of direct and indirect reduction occurring during the heat treatment of self reducing pellets (SRP) have been studied. In this investigation Blast furnace (BF) sludge which contains particles of coke, has been included in the SRP blend as a source of solid reductant. In the SRP as a part ot the blast furnace burden occur the reactions simultaneously: inside of SRP-direct reduction by Csolid; gasification of carbon and indirect reduction by CO; and outside of SRP-indirect reduction of iron bearing oxides by reducing gas coming from the hearth of blast furnace through the column of charged materials. The experiments was performed continuously from the start temperature (~200 ˚C) to the experimental temperature (500 ˚C; 700 ˚C; 900 ˚C; 1100 ˚C) in argon free environment. Upon reaching the desired temperature argon was replaced by hydrogen during 30 minutes. After that the reduced probe of SRP was cooled in argon. The objective of the present work is to research a quantitate ratio of degree direct reduction inside of SRP and degree of indirect reduction outside of SRP on the top of the blast furnace.
Determination of Bronze БрА7К2О1,5Мц0,3 Crystallization Interval Limit Values and Phase Transformations
(Dnipro University of Technology, Dnipro, 2025) Kimstach, Tetiana V.; Uzlov, Kostiantyn I.; Bilyi, Oleksandr P.; Solonenko, Liudmyla I.; Repyakh, Serhii I.
ENG: Phase transformations temperatures, crystallization intervals, etc. are any alloy’s fundamental parameters. Alloys’ casting, technological and operational properties are related to them. Nevertheless, unlike two-component bronzes, such requirements for multi-component structural, non-magnetic, corrosion-resistant bronze БрА7К2О1,5Мц0,3 are absent. Purpose. For Cu-Al-Si-Sn-Mn system bronzes, crystallization intervals quantitative values (liquidus and solidus temperatures, crystallization interval size and solid phase relative share in it) have been established. БрА7К2О1,5Мц0,3 bronze’s alloying components’ synergistic and selective influence on its crystallization interval and relative fluidity indicators changing has been determined. Methodology. Well-known methods and research techniques, including thermography, differential thermal analysis, spectral chemical analysis, images analysis digital method have been used in this work. Bronzes fluidity has been assessed using spiral test. Bronze’s alloying elements’ synergistic and selective influences on its characteristics have been determined using chemical elements ratio in it (KR criterion) and experimental data results processing by Excel computer program. Findings. In bronze БрА7К2О1,5Мц0,3 with KR criterion value rising from 0.35 to 0.84, there increase liquidus, solidus temperatures and crystallization interval from 32 to 49 °C. Bronze’s alloying elements’ (Al, Si, Sn, Mn) synergistic and selective influences on its crystallization interval limit values have been determined. It has been established that conditionally-veritable fluidities of БрА7К3О1,5Мц0,3 and БрА9Ж3Л bronzes are practically the same. For Cu-Al-Si-Sn-Mn system bronzes with KR = 0.35‒2.07, solid phase relative volume fraction (φSP) in crystallization temperature range is 60‒63 %. Originality. For the first time, limiting values and phase transformations for БрА7К2О1,5Мц0,3 bronze’s crystallization interval and alloying elements synergistic and selective influence on these indicators have been determined. Practical value. Based on БрА7К2О1,5Мц0,3 bronze’s chemical composition selected, mathematical models have been proposed for its liquidus and solidus temperatures calculating and for transition from dependences of solid phase t(φSP) volume fraction in crystallization temperature range to temperatures’ absolute values t(φSP). Their use will allow increasing the indicators of foundry and technological parameters accuracy forecasting.
Determination of Conditions for Preventing Chemical Wear of Induction Furnace Lining in the "Cupola Furnace – Induction Furnace" Duplex Process
(TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv, 2025) Nikolaev, Denis A.; Selivorstov, Vadim Yu.; Dotsenko, Yuriy V.; Osypenko, Iryna O.; Kuznetsow, Eugene V.
ENG: The object of research is the melting of cast iron in the “cupola furnace – induction furnace” duplex process. The need to study such a duplex process is dictated by the condition of ensuring the required quality of cast iron in the event that a low-quality or uncontrolled charge is used. This condition cannot be met if the induction furnace is used as the only melting unit. But the problem is that in the process of induction melting of cast iron, in particular at the stage of overheating and holding the melt, a crucible reaction may begin, which leads to chemical wear of the lining. The need to reduce the carbon content in the melt discharged from the cupola furnace requires an increase in temperatures, which creates risks for the onset of a crucible reaction. Based on statistical calculations of cupola melting parameters, it was found that in the melt discharged from the cupola furnace into the induction furnace, the average carbon content is C = 3.47% with a standard deviation SC = 0.14%, and the average silicon content is Si = 2.05% with a standard deviation SSi = 0.21%. At the same time, with a probability of 96%, the carbon content is C = (3.33–3.75)%, and the silicon content corresponds to the range Si = (1.84–2.46)% with a probability of 98%. It was found that the equilibrium constant is in the range (0.15–0.21) with a probability of 97.8% at an average temperature T = 1355°C with a standard deviation of temperature ST = 6°C. With such melt parameters, which are supplied to the induction furnace, the risks of the onset of a crucible reaction do not arise. It was determined that even at temperature regimes sufficient to remove FeO, the risk of the onset of a crucible reaction is minimal. In order to ensure conditions that prevent the onset of a crucible reaction, the following recommendations should be followed for the content of carbon and silicon in high-temperature melting when the temperature is in the range T > 1480°C: C > 0.3% and Si < 0.3%. The results of the study can be used in the melting sections of foundries equipped with cupola furnaces and induction furnaces.
Determining Physical-Chemical Patterns during the Formation of Brazed Joints between Tungsten and Carbon-Carbon Composite Material
(TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv, 2026) Huba, Roman M.; Kamkina, Liudmyla V.; Bushtruk, Serhii I.; Troian, Andrii O.; Asmolovskyi, Serhii Yu.; Oslavskyi, Serhii Yu.
ENG: This study investigates experimentally produced brazed joints between carbon-carbon composite material (CCCM) and tungsten in a vacuum. The task addressed is to obtain high-temperature brazed joints capable of operating at temperatures of 1400–1600°C in a vacuum under conditions of high thermal cycling loads. Existing methods for joining CCCM with tungsten testify for a virtual lack of experience in brazing such materials, especially for structures of thermal emission equipment. In this work, a method was used to produce a metallized layer zone with partial melting using a mixture of Ti-Nb-Zr powders on the inner surface of an CCCM sample. Subsequently, the CCCM and tungsten samples were brazed with a Ti-Nb filler metal at a temperature of 1840°C in a vacuum. The results of microstructural analysis revealed that the brazed joint exhibits a zonal structure. Zone I – a reaction carbide layer (width 10–12 μm), zone II – diffusion layer (width up to 70 μm), zone III – reaction layer adjacent to tungsten (width up to 30 μm). The results of phase formation modeling conducted at a temperature of 1840°C indicate the predominant formation of TiC, NbC, Nb6C5, and Nb2C. Additionally, the distribution of C, Ti, Nb, and W in the brazed joint was determined. The results of the microhardness study confirmed the accuracy of the simulation and showed that microhardness values decrease from Zone I (2300 HV) to Zone III (500–600 HV). The proposed solutions demonstrate that the metallized layer helps retain solder in the joint gap; reduces thermomechanical stresses; and promotes the formation of a gradual hardness gradient. Together, these characteristics improve the ductile properties of the brazed joint. The results of this study could be applied in the field of instrument engineering, specifically in the manufacture of cathode components whose emitters are made from ultrafine powders of rare-earth borides or their alloys.
High-Entropy Alloys. A New Concept for the Design of Innovative Structural Materials
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2026) Kamkina, Liudmyla V.; Proidak, Yurii S.; Mianovska, Yana V.; Guba, Roman M.; Bezshkurenko, Oleksii G.
ENG: Modern technologies require state-of-the-art materials that meet their conditions, regardless of operating conditions. Alloys with high entropy can replace traditional materials, work under impacts, dynamic loads, elevated temperatures, etc. These alloys are used for the manufacture of tools, molds, dies, mold casting in parts that require high strength, resistance to oxidation and wear, can also be used in environments with high corrosion resistance parameters (plumbing, marine conditions), in aggressive conditions and in the chemical industry. High entropy alloys are quite easy to investigate and control, and can be obtained by the same methods as traditional alloys, such as: casting, rapid melt quenching, film sputtering, electrolysis, and mechanical alloying. Electroslag remelting (ESD) can greatly improve the purity, hardening structure, and transverse mechanical properties of steel. However, the increasing demands on the mechanical properties of steel are prompting metallurgists to make more efforts to eliminate defects in steel microstructures such as shrinkage and segregation. The combination of directional crystallization technology with electroslag melting technology effectively eliminates macrosegregation in the cast ingot through a shallow molten metal bath controlled by directional crystallization. Increasing the strength of alloys can be achieved either by alloying a solid solution (elements in the internodes) or by isolating the solidification phases or artificially introducing microparticles. Curing phases (carbides, nitrides, carbonitrides, intermetals) can be endogenous (formed from elements introduced into the melt in a liquid state or during its solidification and subsequent cooling) or exogenous (usually introduced into the melt just before crystallization begins, and there is also an increase in size and deterioration in the distribution of solidification phases.
Improvement of Pig Iron Production Technology by Using the Useful Properties of the Potential of Secondary Resources of Raw Materials and Fuels
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2026) Mishalkin, A. P.; Ivashchenko, Valerii P.; Yaroshenko, O. V.; Petrenko, Vitalii O.; Chumak, D. D.
ENG: The scientific and technical relevance of the study lies in determining the directions for improving the ways of using the useful properties of secondary resources in order to intensify the blast furnace process, increase its energy efficiency and reduce pollutant emissions. At the same time, economic efficiency is achieved by reducing the cost of purchasing primary raw materials and reducing waste generation, which corresponds to modern concepts of sustainable development on the way to "green" metallurgy. Purpose of the study. Scientific and practical substantiation of directions for improving the technology of pig iron production through the use of useful properties of secondary resources of raw materials and fuels that have a man-made origin. It is aimed at increasing the level of energy efficiency and improving the slag regime of the blast furnace process, reducing the man-made load on the environment of industrially developed regions of Ukraine. To achieve this goal, the following theoretical and practical tasks will be solved in the study: 1. The analysis of the current state of use of secondary resources of mineral raw materials and fuel in blast furnace production in the conditions of world and domestic metallurgical enterprises has been carried out. 2. The physicochemical properties of the most common types of secondary resources (man-made wastes of metallurgical origin: dust, sludge, scale, production of metallurgical lime: fractions from gas cleaning devices and heat treatment products of waste of plant origin, which are sources of pyrocarbon) have been investigated. Further - determination of the spectrum of their probable purpose, impact on the features and indicators of the blast furnace process, as well as justification of rational ways of their preparation and use. 3. Rational shares of substitution of traditional raw materials and fuels with secondary materials in the blast furnace process are substantiated, the use of which will not reduce the quality of pig iron and will not increase the specific consumption of coke. Their influence on physicochemical and heat-gas-dynamic processes, which is reflected in the characteristic zones of the blast furnace, has been studied. 4. The optimal technological schemes and recommendations for the methods of introduction and rational specific consumption of innovative materials based on man-made wastes have been determined, which will ensure the maximum level of use of their useful properties in the material and thermal balances of the blast furnace process. 5. The technological and environmental advantages of introducing into the blast furnace process a monomaterial, the composition, physicochemical features and spectrum of purpose of which are formed by heat treatment of a mixture of man-made industrial waste, are evaluated and their prospects as a substitute for the corresponding part of pulverized coal fuel (PCF) and fluxes are determined. Research methods. When conducting a comprehensive study, the following methods will be used: - analysis and generalization of materials of scientific and technical literature and patent sources, coordination of their results in accordance with modern trends and the best results of the practice of using secondary resources in blast furnace production; - physicochemical methods of analysis chemical, thermogravimetric, to determine the composition, structure, metallurgical value, probable spectrum of purpose and reactivity of secondary resources of materials - substitutes for iron ore raw materials, coke and pulverized coal fuel (PCF); - thermodynamic forecasting and kinetic modeling of the behavior of experimental materials of secondary origin under the conditions of their heat treatment to assess the influence of their properties on the course of physical and chemical processes and transformations to the thermal and gas-dynamic regime of the blast furnace. The expected results of the study should also include: - development of scientifically grounded recommendations for the effective use of useful properties of the initial potentials of secondary resources of raw materials and fuel in blast furnace production; - establishment of quantitative ratios regarding rational levels of substitution of traditional fuel and raw materials with secondary ones, without reducing the productivity of the furnace and the quality of pig iron while reducing the specific consumption of lime and PCF; - development of a method for the implementation of a complex technological scheme for the preparation, heat treatment of experimental mixtures based on components of mineral raw materials and fuel, followed by the use of an innovative product in the conditions of blast furnace production of pig iron; Scientific novelty of the work. For the first time, systematically, on the basis of the results of an analytical and practical study, the energy efficiency of production and use in the blast furnace process of a two-component monomaterial based on dispersed waste from the production of lime and materials – waste of plant origin, obtained by implementing the effect of their pyrolysis under conditions of joint heat treatment of the initial mixture layer, was substantiated, tested on high-temperature models, poured thermal, in an inclined rotary drum-type furnace. For the first time, a resource-efficient and results-efficient approach has been used to assess the efficiency of the use of materials based on secondary resources of metallurgical and plant origin, based on an integrated combination of the results of thermodynamic forecasting, physical modeling and taking into account the provisions of the exergical methodology for assessing the energy efficiency of the objects of study. Methodological bases have been developed for the selection of rational schemes for the introduction of complex materials based on secondary materials into the blast furnace charge and in the air blast flow to stabilize gas-dynamic conditions in the charge layer, intensify recovery processes with a decrease in the specific consumption of coke per ton of liquid pig iron. The regularities of the influence of the composition and dispersion of secondary resources on the gas-dynamic and thermal parameters of blast furnace smelting have been revealed, which makes it possible to increase the accuracy of predicting the furnace course. It has been proved that the use of materials based on secondary resources of mineral raw materials and fuels can provide the effects of increasing the energy efficiency of pig iron production and reducing the environmental burden, which meets the requirements of sustainable development and the concept of "green metallurgy".
Improving the Corrosion Resistance of Hot-Rolled Steel Pipes
(Sergeieva&Co, Karlsruhe, Germany, 2023) Bohdan, D. A.; Balakin, Valerii F.; Balakhanova, T. V.; Kuznetsov, Yevhen V.; Nykolayenko, Yuliia М.
ENG: Purpose. Substantiation of the use of surface plastic and dynamic surface deformation (SPD, DSD) combined with anticorrosion inhibitory treatment of general-purpose carbon steel pipes to increase wear resistance of pipelines. Methodology. Samples of hot-formed steel taken from test pipe fragments were subjected to various modes of surface plastic and dynamic surface deformation using corrosion inhibitors. Plastic deformation was carried out with a brush tool with different values of brush pressing against the pipe and processing time. Studies of the protective ability of inhibitors were carried out by an accelerated method with periodic moisture condensation according to DSTU ISO 6270-2:2015. A comparative metallographic study of the metal structure of pipes subjected to PPD and DPD with inhibitors was carried out. Results. The results of experimental studies of the surface corrosion resistance and metallographic structure of 139x5 mm pipes made of steel grade 20 using three types of inhibitors and various modes of dynamic plastic deformation are presented. Scientific novelty. The dynamic surface deformation of metal, which refines its grain structure, creates conditions for formation of "penetration channels" for the inhibitor into the metal structure. The use of DPD makes it possible to reduce the grain size in the surface layer, which suggests possibility of controlling the depth of the inhibitor penetration and, as a result, the corrosion resistance of pipes, depending on the operational requirements. Practical value. It has been established that the use of dynamic surface deformation in combination with a certain inhibitor makes it possible to increase the corrosion resistance by 11–19 times.
Influence of an Electromagnetic Field on Direct Reduction of Iron Oxide Using Hydrogen as a Reducing Agent
(Wiley-Blackwell, USA, 2026) Levchenko, Mykyta; Gryshyn, Oleksandr M.; Velychko, Oleksandr H.; Grek, Oleksandr S.; Nadtochiy, Anzhela A.; Volkova, Olena
ENG: This work investigates the effect of electromagnetic fields (EMF) of varying frequencies on the reduction process of iron oxides and industrial iron ore in a hydrogen atmosphere using thermogravimetric analysis. Both extremely low-frequency (50 Hz) and middle-frequency (25 kHz) EMFs were found to increase the reduction degree and accelerate the reduction reaction compared with experiments without EMF. The application of extremely low-frequency EMF did not cause additional thermal heating of investigated samples. However, with middle-frequency EMF, heating of charged material was observed, which was effectively compensated for by the furnace's automatic power regulation. Experiments with industrial iron ore confirmed that EMF application had a positive effect on reduction process even above the Curie temperature, indicating that the effect is not governed by magnetic properties of iron. These findings demonstrate that EMF-assisted hydrogen reduction can enhance reaction kinetics and reduce hydrogen consumption, offering a promising pathway toward more energy-efficient and sustainable steelmaking.
Influence of Ice Structure on Vitability of Frozen Sand-Water and Sand-Clay Mixtures
(Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, 2024) Solonenko, Liudmyla I.; Uzlov, Kostiantyn I.; Kimstach, Tetiana V.; Mianovska, Yana V.; Yakymenko, D. Yu.
ENG: Purpose. To establish influence regularity of sand, water and clay preparation conditions on vitability of frozen mixtures made from combinations of these components and to increase the castings quality in foundries, as well as to improve technologies for artificial freezing of soils for underground constructions. Methodology. In this research, sand, clay, and water are used. Ice quality is estimated visually after water freezing at -15 °C in glass tubes. Frozen mixtures’ vitability at -15 °C is studied on beam-type samples. As indicators of survivability, the time to 1 mm bending of samples on supports and the time to their destruction are accepted. The time is recorded with a stopwatch, the temperature with an alcohol thermometer, the mass with electronic scales and the deflection arrow with a clock-type indicator. Findings. The presence and amount of water-soluble impurities in rare water significantly influence the nature, size and distribution of gas bubbles in ice, as well as frozen sand-water mixtures vitability. Frozen mixtures’ survivability increases with water content in them increasing, and, for sand  water mixtures, survivability is maximum if ice has a homogeneous structure. Among mixtures with clays, the mixture with non-swollen kaolin clay has the greatest vitability. Regarding survivability, recommendations for manufacturing products from frozen foundry mixtures have been developed. Originality. For the first time, deformation change kinetics (bending arrows) under the influence of beam-type samples’ self-mass from mixtures of quartz sand and water and quartz sand, clay and water frozen at -15 °C, which have been previously prepared in different ways, have been investigated. Insights into the influence of various factors and ice quality on the vitability of frozen mixtures have been further developed. Practical value. The obtained results can be useful for expanding ideas about natural frozen soils’ behavior during their cyclic temperature changes, soils artificially frozen during mine shafts elaboration, escalators’ and junctions’ tunnels, etc. when constructing subways. In foundries, the developed recommendations will reduce technological losses and will improve casting quality made using frozen casting molds and cores from sand-water or sand-clay-water mixtures, castings’ patterns and their pouring systems from sand-water mixtures.
Investigation of Physico-Chemical Characteristics of Iron-Containing Technogenic Raw Materials in the Conditions of JSC “AMT”
(Croatian Metallurgical Society (CMS), Zagreb, Croatia, 2023) Mukhametkhan, M.; Mukhametkhan, M.; Zhabalova, G.; Kamkina, Liudmyla V.
ENG: The results of experiments conducted to determine the efficiency of the use of man-made waste, including largescale in volume among the waste of metallurgical production, melted films and sludge of the oxygen converter shop are presented. During the study of the sludge of the converter shop, the chemical, phase, granulometric composition and density of rolling scale and sludge of the oxygen converter shop were revealed.
Method of Sequential Approximation in Modelling the Processes of Heat Transfer and Gas Dynamics in Combustion Equipment
(MDPI, Switzerland, 2022) Rimar, Miroslav; Yeromin, Oleksandr O.; Larionov, Grigoriy; Kulikov, Andrii; Fedak, Marcel; Krenicky, Tibor; Gupalo, Olena V.; Myanovskaya, Yana V.
ENG: The behavior of the processes taking place in furnaces determines the efficiency of fuel chemical energy utilization, the quality of the final products and the environmental safety of the production. Mathematical models of the processes of gas dynamics and heat transfer in the working space of heating equipment are quite complex, and do not allow the establishment of a direct analytical relationship between the quality indicator of the process (F) and the influencing parameters (xi). To simplify the procedure for obtaining the values of the function F depending on the change of parameters xi, a method of successive approximation is presented in the article. The main idea of the method is that the representation of the function around a point from the domain of the function can be extended to the entire domain for many problems of mechanics. The relative error in the definition of the function acquires its maximum value at the border of the area, and a reasonable narrowing of it allows control of the size of the error. Thus, the advantages of using the method are obvious; it is able to provide approximation of the function in a multiplicative form with a controlled error. The distribution of the method to the field of heat transfer problems is presented in this paper. The successful implementation of this method for solving problems of this kind shows that the solution of practical problems may be generalized for the entire domain of the function, despite the fact that the errors of such a representation increase to 5–7% when approaching its limit, which, however, may be considered acceptable for engineering calculations.
The Phenomenon of Thermodynamic Action during Plastic Deformation of Metals and Their Alloys
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Kuznetsow, Eugene V.
ENG: The most important problem of modern technology for mechanical processing of structural materials is to increase the efficiency of shaping operations. Its full value solution requires the establishment of a functional relationship between the parameters of the force influence on the workpiece and the characteristics of the natural adaptive behavior of the processed material. In this regard, using metals and their alloys as an example, the mechanism and general laws of thermodynamic excitation of solid crystalline bodies during plastic deformation are considered. The relationship between the change in the thermodynamic potentials of the substance of the deformed volume and its behavior during the process of shape forming, as well as in the postoperative period, is described. It is shown based on the synergetic method of analyzing highly nonequilibrium systems that from a technological point of view the most favorable adaptive functional response arises in the case when the deforming influence is exerted taking into account the natural ability of the workpiece substance to relaxation. The got results create the basis for improving the operations of mechanical processing of metals and their alloys by taking into consideration the properties and features of the natural deformation behavior of each concrete material under concrete conditions. They are applicable not only for metal forming operations, but also in cutting technology.
Physical and Chemical Audits and Comparative Analyses of Scrap Remelting Technology Indicators for High-Alloyed Steel with Special Purposes Using the Duplex-Slag Process and the Resource-Saving Mono-Slag Process
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Projdak, Yurii S.; Gorobets, Anton P.; Zhadanos, Oleksandr V.; Kamkina, Liudmyla V.; Yaroshenko, Y. O.
ENG: The goal. The research purpose is a physicochemical audit and comparative analysis of the indicators of the technologies for remelting scrap of high-alloy special-purpose steels using a two-slag process and a resource-efficient single-slag process to create an innovative technology for the electric steelmaking process. Methodology. The research used miscellaneous methods and modern equipment for studying the physical chemistry of metallurgical processes, including optical metallography methods on the “Neophot-24” installation, to assess the microstructure of the metal and the mineralogical composition of the slags. Experimental and industrial smelting was carried out to determine the balance of alloying elements by certified chemical and spectral analysis of the metal and slag. Results and scientific novelty. To ensure the rational composition of the slag of reduced basicity during melting, a mixture with the following composition was synthesized from oxides classified as "chemically pure": 50%СаО-35%SiO2-5%Al2O3-5%MgO-5%FeO. This allows for the reduction of the loss of alloying elements and increases the efficiency of remelting. According to the results of the analysis conducted by the requirements of DSTU 8966:2019 regarding the contamination of the metal with non-metallic inclusions and their crystalline and chemical composition, it was found that the vast majority of inclusions are represented by silicates with a size of 7-10 μm. These indicators depend on the size and conditions of crystallization of the ingot. Changes in the content of alloying elements due to the remelting process were analyzed. It was confirmed that the losses of expensive alloying elements (Cr, Mo, W, V) depend not only on their chemical affinity for oxygen but also on the formation of compounds of the type СаО*МеО in the slag, where МеО oxide has an acidic nature of interaction. New knowledge has been obtained regarding the physical properties and phase composition of lime-iron slag of the CrO-FeO-SiO2-(Ме)O system where Me-Mn, Cr, V, Mo. The obtained scientific results significantly complement the research of domestic and foreign scientists due to the novelty of the approach and practical orientation to the needs of specific industries. Practical value. The developed technological solutions for predicting the optimal composition of the metal dump for metal scraps of alloyed special-purpose steels will increase the technical and economic performance of steelmaking in electric furnaces and promote the reuse of valuable materials. This is important in the context of the constant increase in the cost of raw materials and efforts aimed at reducing the impact on the environment, as well as on the sustainable development of Ukraine (solving environmental problems, reducing greenhouse gas emissions, reducing the consumption of ferroalloys, etc.).
Physico-Chemical Justification and Experimental Verification of a Waste-Free Method of Oxidative Dephosphorization of a High-Phosphorus Manganese Alloy
(National Metallurgical Academy of Ukraine, Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Kamkina, Liudmyla V.; Velychko, K. A.; Velychko, A. G.; Jiang, Zhouhua
ENG: The purpose of the study: physicochemical justification of the process conditions and development of a rational algorithm for a single-stage waste-free method of oxidative dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Methods: thermodynamic analysis of the main reactions during oxidative refining of manganese alloys with a high phosphorus content. Experimental verification of the main stages of refining. Results: The physicochemical essence of the refining process of a high-phosphorus manganese alloy, which consists in creating conditions for oxidation in the alloy of manganese, carbon and silicon, is considered. The thermodynamic forecast of the course of reactions under the given conditions of oxidative refining of the associated metal confirms the possibility of obtaining three products: low-phosphorus manganese slag, ferric melt and phosphorus-containing slag with a phosphorus oxide content of 18-20% (phosphorus fertilizer). Scientific novelty: Based on the results of high-temperature mathematical modeling, it was established that the most rational oxygen consumption, which ensures the achievement of the tasks, is ~ 13 m3. As an oxidant, it is advisable to use oxygen blown by air, which is introduced into the converter bath using an inflatable nozzle from above. In this case, the total air consumption per 100 kg of alloy should be about 50 m3. Practical value: In the work, based on the thermodynamic forecast of the behavior of the elements of the accompanying alloy in oxidizing conditions, assessment of the thermal side of the process and further experimental verification, results were obtained that confirm the possibility of creating a waste-free technological scheme for refining a high-phosphorus alloy. In this case, it is advisable to carry out the refining of the alloy in conditions close to the conditions of modern production of low-phosphorus manganese slag, in which the temperature of the accompanying alloy is 1320...1350°C.
Regularities of Solid-Phase Reduction of Iron Oxides under Conditions of Combined Chemical-Catalytic and Energetic Influence
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Grishin, Oleksandr M.; Projdak, Yurii S.
ENG: Purpose. The purpose of the work is a physicochemical analysis of the intensification of the process of solid-phase iron reduction under the conditions of the joint influence of catalytic additives and an electromagnetic field (EMF). Methodology. The experiments were conducted in an alternating magnetic field with a frequency from industrial to ultrasonic using the thermogravimetric method. The process of reduction of various iron ore materials was studied in the temperature range of 873-1373 К Results. The results of laboratory experiments indicate the influence of the electromagnetic field and intensifying catalytic additives on the process of solid-phase reduction of various iron ore materials. The non-additivity of the results of the joint influence of additives and an intensifying EMF is shown. The study of the influence of various process parameters on the rate and degree of reduction of iron ore materials is carried out. Scientific novelty. The joint intensifying effect of catalytic additives and EMF on the process of solid-phase iron reduction is experimentally shown. A physicochemical justification of the non-additivity of the joint influence on the kinetics of the reduction process is proposed. Practical significance. Intensification of the processes of solid-phase reduction of iron ore raw materials provides a significant increase in the productivity of direct iron production technologies - process intensification and process productivity.
Regulation of Carbon and Phosphorus Content in Manganese Alloys when Processed in an Oxidizing Gas Environment or Oxide System
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2024) Velychko, K. A.; Mianovska, Yana V.; Kamkina, Liudmyla V.
ENG: Purpose: Determination of rational methods for reducing the carbon and phosphorus content in manganese alloys. Research methodology: thermodynamic calculations and experimental studies of decarburization and dephosphorization of a high-phosphorus manganese alloy. Research materials: As a high-carbon ferromanganese with a high phosphorus content, an associated metal (manganese alloy) obtained during the production of low-phosphorus slag at the Nikopol Ferroalloy Plant was used. Rolling scale was used as an oxidant (composition, wt. %: FeO – 59.5; Fe3O4 – 38.9). Research results: The features of dephosphorization of manganese alloys were considered. According to the adopted “classical” technology, a useful product of dephosphorization of manganese concentrates is manganese slag with a low phosphorus content. Oxidation of phosphorus dissolved in the metal can occur as a result of its interaction with oxygen in the gas phase, while the oxidation of this slag, the higher its basicity, the greater the probability of phosphorus oxidation. Considering the basicity of the slag, the higher the FeO content in it, the better the conditions for removing phosphorus from the metal. The process of dephosphorization of the associated metal includes the oxidation of phosphorus, the binding of phosphorus oxide into strong compounds (phosphates) and their transition to the slag phase. Scientific novelty: The composition of the associated metal includes silicon, which has a much higher affinity for oxygen than phosphorus; Then, naturally, it will first be oxidized with the formation of silicon oxide with a melting point much higher than the temperature of experimental studies. Practical significance: The results obtained show that when oxidizing the associated metal with iron scale at a specific consumption of 114 kg/t of metal, the total degree of extraction: silicon 88.16%, phosphorus 71.03%. At the same time, the manganese content in the metal decreased by 6.48% due to the reduction of rolling scale.
Research on the Properties of Ferronickel Production Slags and Development of Technological Schemes for their Enrichment
(Ukrainian State University of Science and Technologies, Dnipro, 2025) Shevchenko, D.; Ovcharuk, Anatolii M.; Nadtochii, Anzhela A.; Prykhodko, S.; Shutov, V.
ENG: Objective. Determination of the physicochemical properties of slags, phase composition, and forms of nickel presence in them, development of enrichment modes and equipment parameters. Research Methods and Equipment. X-ray spectral microanalysis (RSMA) on the SELMI REM-106I installation was used to determine the distribution of nickel between the metallic and oxide phases in the presented slag samples. Dry and wet gravity and magnetic separation using modernized magnetic separators established the possibility of slag enrichment and the distribution of nickel between the enrichment products. Research Results. This work has conducted research on the gravitational-magnetic separation of electro-furnace and refining slags of ferronickel production in the conditions of the Pobuzhsky ferronickel plant. The efficiency of implementing the developed technological schemes in production was shown, providing additional extraction in the amount of 119 tons or 9.8% of the total annual nickel production at the plant. Slag samples were ground in experimental ball mills to fractions of –0.16; 0.16÷1.6 and +1.6 mm and subjected to enrichment by gravity and magnetic separators with a magnetic induction on the drum surface of 0.3-0.6 T (Tesla) of the MBS-300 and MS-500 types with a total metal phase yield of up to 30%. Scientific Novelty. RSMA established that nickel, both in electric furnace granulated slags and in refining slags, is in the metallic phase and is represented by metal nuggets in combination with iron of various shapes and sizes. Enrichment of electric furnace and refining slags by a combined method using a high-intensity magnetic field will allow obtaining a metal concentrate containing 0.9-38% nickel. The combined enrichment method using high-intensity magnetic separators is one of the most promising for enriching both primary mineral raw materials and secondary materials of ferrous and non-ferrous metal production. Practical Significance. The developed and proposed for implementation technological schemes for enrichment of electric furnace slags using the “wet” technology and refining slags using the “dry” technology allow for the utilization of about 1200 tons of nickel per year or the extraction of 31.6% and 94.65% of nickel from slags, respectively.
Аналіз впливу стабілізації вихідних властивостей агломерату на фізико-хімічні процеси в характерних зонах доменної печі
(ТОВ «Про формат», Київ, 2025) Мішалкін, Анатолій Павлович; Маловік, Д. В.; Чистяков, Володимир Григорович; Петренко, Віталій Олександрович
UKR: У статті досліджено стабілізацію фізико-хімічних властивостей залізорудного агломерату та окатишів, як основних компонентів доменної шихти на фізико-хімічні процеси в характерних зонах доменної печі, що є актуальною проблемою для подальшого удосконалення технології виплавки чавуну. Отримання якісного агломерату є комплексною задачею, а її вирішення базується на стабілізації його вихідних властивостей. Обґрунтовано, що до найбільш ефективних за впливом на результати процесу доцільно віднести підвищення механічної міцності, термічної, фізико-хімічної та гранулометричної стабільності агломерату, які впливають на умови та поведінку компонентів в характерних зонах при відповідних умовах доменної печі. Досліджено стабілізацію фізико-хімічних характеристик агломерату як одного з важливих факторів забезпечення найбільш раціонального використання його фізико-хімічного потенціалу при проходженні через високотемпературні зони доменної печі. Визначено ключові реологічні властивості гранулярних потоків доменної шихти, що є важливим в плані обґрунтування ефективних способів завантаження та технічних рішень щодо розподілу шихтових компонентів в доменній печі. Досліджено вплив фракційного складу шихти та співвідношення основних її компонентів на газодинамічні умови, особливо, в сухій зоні, найбільш протяжної зони фізико-хімічних перетворень доменної печі, що є одним із ключових факторів, що визначають ефективність доменного процесу. У дослідженні застосовано теоретико-аналітичні методи з акцентом на фізико-хімічну складову, які охоплюють аналіз, узагальнення та інтерпретацію отриманих результатів у контексті відповідності теоретичних концепцій та положень практичним результатам. Отримано узгоджені уявлення про особливості поведінки компонентів шихти в доменній печі. Порівняння таких даних, отриманих різними дослідниками, в подальшому, може бути використане для ідентифікації відповідних параметрів. Останні як показники, що визначають умови раціонального використання ефектів, джерелом яких є взаємодія корисних властивостей фізико-хімічного потенціалу вихідної шихти та факторів зовнішньої дії, дозволять визначити надійні інтерпретації явищ, прогнозувати результати та показники доменного процесу. Також, стануть основою для наукового обґрунтування підходів до вибору ефективних способів стабілізації властивостей агломерату з встановленням надійних зв’язків між способами завантаження, розподілу компонентів вихідної шихти та газодинамічними умовами в печі. Обґрунтовано, що для забезпечення стабільності ходу доменного процесу необхідно забезпечити постійність гранулометричного, хімічного складу, мінералогії вихідних залізорудних матеріалів (агломерату та окатишів), коксу, а також високу якість і однорідність агломерату. Систематичний контроль і поточне регулювання цих параметрів є основою для подальшої оптимізації доменного процесу, раціонального за питомими витратами ресурсів сировини та енергії та ефективного за результатами реалізації властивостей його вихідного фізико-хімічного потенціалу. Доведено, що стабілізований, зокрема, за крупністю, пористістю, міцністю, хімічним складом, агломерат сприяє підвищенню продуктивності печі, зниженню витрат палива та поліпшенню якості чавуну шляхом оптимізації фізико-хімічних процесів у доменній печі за рахунок стабільності ходу газів, що є носіями енергії, зниження флуктуацій температури в характерних зонах печі, поліпшення умов відновлення оксидів заліза, зменшення пилоутворення та втрат заліза, економію коксу. Узагальнення результатів досліджень дозволить уточнити фізико-хімічні особливості взаємодії компонентів гранулярних потоків в мінливих умовах доменної печі.
Аналіз розвитку реакції окислення вуглецю низьковуглецевої сталі в ковші під вакуумом
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Величко, Олександр Григорович; Камкін, Володимир Юрійович; Рудько, Катерина Вячеславівна; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Об’єкт дослідження -процес вакуумування сталі в ковші. Мета дослідження –визначити степінь наближення реакцій дегазації до рівноваги та показники видалення за статтями. Методи дослідження -теоретичні дослідження базуються на основних положеннях фізичної хімії і теорії металургійних процесів, термодинамічні розрахунки нерівноваги реакцій дегазації. Наукова новизна - при вакуумних процесах дегазації істотну роль грає наближення відповідних реакцій до рівноваги, в промислових вакуумних установках рівновага між вуглецем і киснем, розчиненими в сталі, не досягається із-за виключно малих концентраціях взаємодіючих речовин швидкість хімічної реакції зменшується на-стільки, що не дозволяє за час обробки навіть наблизитися до стану термодинамічної рівноваги. Практична значимість - для забезпечення високого ступеня реалізації розкислювальної здатності вуглецю в умовах вакууму необхідно: застосовувати основну футеровку сталерозливних ковшів; підтримувати високу основність шлаку і мінімальний вміст оксидів заліза в ньому; перемішувати розплав в ковші інертним газом для полегшення умов зародження продуктів реакції окислення вуглецю.
Аналіз стану термічно резервної зони доменної печі при використанні в шихті рудовугільних композицій
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Ванюков, Антон Андрійович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Іващенко, Валерій Петрович; Мяновська, Яна Валеріївна; Сазонов, П. О.
UKR: Розглянуто виникнення та існування зон у доменній печі, обумовлене закономірностями теплообміну. У середній зоні доменної печі температура потоку газу, що виходить, залишається відносно постійною і в ній не відбуваються хімічні процеси. Це "термічно резервна зона", верхня частина цієї зони – "хімічно резервна зона" представлена вюститом, який не відновлюється. Резерв цієї зони – утворення газової фази. При добавках у шихту рудовугільних композицій відбувається відновлення оксидів заліза (t=1000 °C) за реакцією Fe2O3+C=Fe3O4+CO2 та газифікації вуглецю СО2+С=2СО (Реакція Будуара). Газова фаза (СО), що утворюється, інтенсивно відновлює оксиди заліза. Композити для доменної плавки виробляються із суміші доменних шламів із добавками цементу. Суміш переробляється рудовугільні котуни або брикети. Доменна плавка на металургійних заводах України, Південної Кореї, Японії показала, що використання рудовугільних композитів є ефективною добавкою в шихту доменної плавки для зниження витрати коксу. В основі ефекту рудовугільного композиту лежить теорія "Тісного контакту" (Coupling Phenomenom) між вуглецевими і залізовмісними матеріалами в окатиші-композиті. Їхня взаємодія відбувається, як показали дослідження, при температурах 250-420°C в атмосфері СО. З урахуванням реакції Будуара температура в термічно резервній зоні доменної печі знижується на 80-200°C. Таким чином, у хімічно резервній зоні – відновлення в'юститу відбувається не при 1000°C, а при 920-800°C і вона зміщується ближче до зон формування чавуну і шлаку. У статті проаналізовано термограми у доменній печі з урахуванням рудовугільних композитів. Хімічно резервна зона розташовується у середині шахти (від поверхні шлаку) 11,2 м. Зі збільшенням витрати композиту в шихті (30%) становище резервної зони знижується з 11,2 до 6,2 м. Ширина між термограмами 1200°C –1400°C є характерною зоною когезії, зі збільшенням витрат композиту знижується з 2,1 м т (без завантаження композиту) до 0,9 м при витраті композиту 30%.
Аналіз сучасних теоретичних та технологічних методів і обладнання та перспектив розвитку завантаження доменних печей
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Селегей, Андрій Миколайович; Іващенко, Валерій Петрович; Безшкуренко, Олексій Георгійович
UKR: Розглянуто сучасний стан аналітичного забезпечення технології доменного виробництва. Проаналізовано основні методики, розроблені провідними науково-конструкторськими організаціями з металургії, що застосовуються для ефективного управління доменною плавкою. Показано, що технологія завантаження доменної печі має вирішальне значення для ефективності отримання чавуну. Обладнання моніторингу сучасних доменних печей дозволяє отримувати широкий спектр інформації, що може бути використана для оперативного ефективного корегування ведення доменної плавки. Використання вказаної інформації надає широкі можливості для забезпечення найраціональніших техніко-економічних показників процесу виплавки чавуну. В зв’язку з цим приділено значну увагу особливостям обладнання та технології для завантаження шихтових матеріалів у піч. Розглянуті основні експлуатаційні характеристики для обладнання доменних печей, що забезпечує завантаження шихтових матеріалів в ракурсі забезпечення раціонального окружного та радіального розподілу шихти на колошнику. Це, в свою чергу, дає змогу дотримуватися заданої програми завантаження та рудних навантажень. Наданий опис способів завантаження за допомогою безконусного завантажувального пристрою лоткового типу. Проаналізований процес руху потоку шихтових матеріалів по трактах безконусного завантажувального пристрою. Окремо розглянуті ділянки направляючих тічок, ділянка руху шихти в колошниковому просторі. Виявлені недоліки та переваги існуючих методик розрахунку динамічних параметрів шихтових матеріалів на відповідних ділянках. Наведений опис послідовності роботи обладнання, що забезпечує завантаження шихтою доменної печі та рекомендації для підвищенню ефективності алгоритмів роботи агрегатів. Окремо розглянуті методики для визначення геометричних та динамічних параметрів руху шихтових матеріалів у разі їх випуску з накопичувальних бункерів завантажувального пристрою доменної печі. Наведені аналітичні залежності для визначення витрати шихтових матеріалів з випускного отвору та швидкості витоку шихти. Розглянутий процес формування стовпа шихти у доменній печі. Серед основних чинників, що впливають на формування необхідного рудного навантаження вдовж радіусу колошника виділено програму завантаження та гранулометричний склад шихтових матеріалів, які постачаються на колошник. Також показано, що найефективнішим завантаженням доменної печі шихтовими матеріалами вважається такий спосіб, при використанні якого забезпечується оптимальне значення рудного навантаження із забезпеченням необхідної газопроникності стовпа шихтових матеріалів. Таким чином визначені основні напрямки ефективного удосконалення технології доменної плавки для забезпечення найкращих техніко-економічних показників та значним зниженням питомої витрати сировини.
Аналіз технологічних параметрів доменної плавки для розробки прогнозних моделей розрахунку техніко-економічних показників процесу
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Селегей, Андрій Миколайович; Мішалкін, Анатолій Павлович; Безшкуренко, Олексій Георгійович
UKR: Мета. Визначити основні технологічні параметри на підставі яких має ґрунтуватися прогнозна методика розрахунку техніко-економічних показників доменної плавки. Методика. Розглянуто фізико-хімічні та технологічні закономірності доменного процесу, що впливають на техніко-економічні параметри плавки. Показано, що температурний інтервал 600-1000°С слід вибирати у разі розробки прогнозних моделей доменного процесу при аналізі відновлювальних процесів з урахуванням теплового балансу. Результати. Визначені температурні інтервали для аналізу фізико-хімічних процесів, що впливають на техніко-економічні показники доменної плавки. Обґрунтовані припущення для аналізу Проаналізовано теплові умови ефективного протікання відновних процесів та їх вплив на технологічні показники доменної плавки. Наукова новизна. Розроблено аналітичне підґрунтя для отримання прогнозних моделей визначення зміни техніко-економічних показників доменної плавки. Встановлено, що найбільший вплив на протікання відновних реакцій має саме розподіл матеріалів у «сухій» зоні доменної печі. Практична значимість. Отримані аналітичні дані дають змогу розробити ефективну модель прогнозування зміни техніко-економічних показників доменної плавки на основі даних про хімічний склад колошникового газу та його розподілу вздовж радіуса колошника печі.
Аналітичні та експериментальні дослідження властивостей шлаків та шлакоутворюючих сумішей сталеплавильного виробництва
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2023) Степаненко, Дмитро Олександрович; Гришин, Олександр Михайлович; Бєлькова, Алла Іванівна
UKR: Метою дослідження є аналіз та узагальнення властивостей шлаків в межах системи CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2 у різному співвідношенні компонентів та їх концентрацій, яка є основою рафінувальних шлаків у сучасному сталеплавильному виробництві. Для забезпечення технологічних функцій шлаковий розплав повинен мати комплекс оптимальних значень фізико-хімічних властивостей, зокрема: в’язкість, поверхневий натяг, електропровідність, температури плавлення (початку і кінця), ентальпія , густина та інші, які в значній мірі впливають на кінетику тепло- і масобмінних процесів в системі «метал-шлак». Інформаційний ресурс досліджень забезпечений власними експериментальними даними та даними баз даних «Шлак» і «ШУС», що містять інформацію про технологічні властивості розплавів шлакових і оксидних систем. Виконано аналіз даних про залежність властивостей оксидних систем від їх хімічного складу та температури. Розглянуто оксидні системи в межах хімічного складу CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2. Встановлено зв’язок хімічного складу шлакових систем з властивостями їх розплавів з позиції концепції спрямованого хімічного зв’язку за допомогою інтегральних параметрів: ρ – показник стехіометрії; ∆e – середньостатистичне число електронів, що локалізується у напрямку зв’язку катіон-аніон (К-А); d – середньостатистична між’ядерна відстань К-А; tgα – зміна щільності електронів у напрямку зв’язку К-А; ZA(A–A), ZK(K–A), ZK(K–K) – середньозважені значення зарядів катіонів і аніонів в зв’язках А-А, К-А, К-К. За результатами експериментальних та аналітичних досліджень отримано прогнозні моделі властивостей розглянутих оксидних систем, а саме для розрахунку в’язкості, електропровідності, температури кристалізації та густини шлакових розплавів в діапазоні їх температур від 1200°С до 1800°С. Представлена методика прогнозування властивостей рафінувальних шлаків може бути використана для оцінки застосування шлаків різного складу в ковші, наприклад, на установках ковш-піч.
Виплавка металевого марганцю та марганцевих сплавів у конвертері газокисневого рафінування
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Величко, Олександр Григорович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Ду, Юньшень; Величко, Костянтин Олександрович; Мяновська, Яна Валеріївна
UKR: Мета роботи обґрунтування та розробка технологічних рішень виплавки металевого марганцю та його сплавів на основі дуплекс-технології "дугова електросталеплавильна піч-конвертер газокисневого рафінування. Методи: термодинамічний аналіз за стадійними реакціями та фазовими перетвореннями вихідних речовин, що беруть участь у хімічних реакціях; лабораторні та промислові дослідження; хімічний аналіз. Наукова новизна: при конвертуванні малофосфористого марганцевого шлаку та залученні переробного силікомарганцю показано можливість отримання металевого марганцю при введенні в ході продування пилоподібного вапна. Обгрунтовано можливість виплавлення в конвертері газокисневого рафінування силікотермічним способом низьковуглецевого феромарганцю та металевого марганцю. Практична цінність: У напівпромисловому та промисловому конвертерах газокисневого рафінування випробувані технології отримання низько- та середньовуглецевого феромарганцю та металевого марганцю силікотермічним методом та продуванням високовуглецевого феромарганцю газоподібним киснем. Силікотермічний спосіб забезпечував високу продуктивність, простоту металургійного переділу, високе вилучення марганцю, мінімальні "ульоти" марганцю з випаровуванням і перехід марганцю в шлак.
Виробництво безопалювального вуглецьвмісного залізофлюсу з використанням шламів конвертерного виробництва
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Бабенко, Олександр Вікторович; Варицев, Антон Сергійович; Мирошниченко, Єгор Юрійович; Кучеренко, Олександр Сергійович; Лагун, Віктор Михайлович
UKR: Розширити ресурсну базу залізорудних компонентів можливо залученням у переробку залізовмісних відходів: доменні і сталеплавильні шлаки і шлами, прокатна окалина, колошниковий пил, коксовий дріб'язок, відсівання феросплавів, шлами, що містять марганець і тонкі концентрати - у металургії; вугільні шлами і штаби - у вугільній промисловості; чавунна, сталева, алюмінієва й інша стружка - у машинобудуванні. По вмісту цінних компонентів відходи конкурентоздатні з первинною сировиною і можуть бути повторно в и- користані у виробничих процесах. Мета роботи: дослідження можливості використання відходів металургійних виробництв у процесі виробн и- цтва обкотишів. Завдання роботи – дослідження впливу вмісту вапна, цементу і твердого палива на металургійні властив о- сті обкотишів, до складу шихти яких, окрім концентрату та зв`язучих, входять відходи металургійних виро- бництв. Методика дослідження - для поліноміального опису процесу отримання безопалювального вуглецьмісного за- лізофлюсу використано трьох факторний план Бокса - Бенкіна (центральне композиційне ортогональне пла- нування другого порядку для трьох факторного експерименту). Фактори варіювання - вміст вапна, вміст цементу, вміст твердого палива.
Вуглецевотермічне відновлення оксидів заліза в умовах електромагнітного впливу
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Гришин, Олександр Михайлович; Величко, Олександр Григорович; Грек, Олександр Сергійович; Надточій, Анжела Анатоліївна
UKR: Мета. З метою отримання кількісних характеристик впливу електромагнітного поля на процес відновлення оксидів заліза вуглецем у твердій фазі та вивчення механізму цього процесу проведено експериментальні дослідження вуглецевотермічного та комплексного відновлення заліза з гематиту, магнетиту та окалини. Методика. Експерименти проводили у змінному магнітному полі індукційної печі з частотою змінного току в індукторі від 50 Гц до 40 кГц. з використанням термогравіметричної методики. Процес відновлення моделювали в умовах вуглецевотермічного відновлення із визначенням кінцевого ступеню відновлення оксиду та часу відновлення у діапазоні температур 973-1373 К з використанням різних рудо-вугільних матеріалів. Результати. Отримані дані свідчать про прискорення процесів газифікації вуглецю та газового відновлення оксидів під впливом ЕМП на 10-20 %. Встановлено що вплив магнітного поля тим вищий чим вище частота змінного струму в індукторі печі а також що вплив магнітного поля вищий у низькотемпературних діапазонах відновлення. Наукова новизна. Експериментально підтверджено вплив ЕМП на кінетику відновлення оксидів заліза. Запропоновано механізм впливу поля що інтенсифікує процес відновлення заліза. Практична значущість. Інтенсифікація процесів вуглецевотермічного відновлення оксидів заліза забезпечує зниження енерговитрат та підвищення продуктивності процесу.
Дослідження загроз та управління ризиками із впровадженням системи комплаєнс-контролю, як основи економічної безпеки металургійного виробництва
(ТОВ «Про формат», Київ, 2025) Мішалкін, Анатолій Павлович; Петренко, Віталій Олександрович; Селегей, Андрій Миколайович; Фонарьова, Тетяна Анатоліївна
UKR: В умовах сучасного стану на стійкість економічного розвитку підприємств металургійного комплексу України впливають ризики різної природи та видів, й потенційні загрози, що пов'язані з впровадженням, використанням та розвитком технологій і можуть виникати на різних етапах виробництва металопродукції. В таких умовах особливого значення набувають дослідження переваг та недоліків системного, ресурсного, функціонально-цільового та інституційного підходів до вирішення проблеми технологічної та економічної безпеки підприємства. Сучасною тенденцією є врахування національної економічної безпеки, яка трансформується в економічну безпеку підприємств шляхом впровадження законів, постанов, стандартів тощо, які, у свою чергу, впливають на конкурентоспроможність, інвестиційну привабливість та динаміку інноваційного розвитку економіки країни, галузі, підприємства. Мета дослідження. Дослідити аспекти впровадження сучасних інструментів управління ризиками на підприємствах металургійної галузі таких, як система комплаєнс-контролю, та відповідних спеціальних підрозділів в організаційній структурі управління, які будуть ефективно та своєчасно протидіяти реалізації загроз та ризиків, й випереджати їх виникнення. Цю функцію може успішно реалізувати окремий підрозділ з комплаєнс-контролю на основі обґрунтування спектра функціонального призначення комплаєнсу металургійного виробництва, який забезпечить раціональне використання ресурсів та мінімізацію негативного впливу загроз та ризиків економічного, технологічного, екологічного походження, враховуючи специфіку металургійного виробництва, а саме: пов’язані з обладнанням та інфраструктурою, з програмним забезпеченням, з виробничими процесами, з новими технологіями, з забрудненням навколишнього середовища, з можливістю відшкодування збитків, спричинених технологічними аваріями, з новими вимогами та обмеженнями, які вводяться у зв'язку зі зміною технологій тощо. Систематизація знань про взаємовідносини в системі загроза ↔ ризик ← комплаєнс → підприємство, встановлення взаємозв’язків між даними категоріями, джерел та умов виникнення, динаміки розвитку та вірогідних наслідків від реалізації загроз і ризиків, дозволить розробити дієві комплаєнс-заходи. Їх призначення — випереджальна протидія складовим небезпечних для діяльності та безпеки підприємства ситуацій. Методика. Теоретичною і методологічною основою дослідження, яке розглядається, є наукові методи з використанням абстрактно-логічного підходу в процесі вивчення загроз та ризиків, зокрема такі: наукового узагальнення, як комплекс послідовних дій об’єднання конкретних одиничних фактів в єдине ціле з метою виявлення типових рис і закономірностей, притаманних досліджуваному явищу при побудові системи комплаєнс-контролю металургійного виробництва на основі вивчення класифікацій економічних загроз та ризиків, діалектичний метод, який вимагає розгляду економічних явищ і процесів в їх безперервному русі, взаємозв'язках і взаємодії, коли накопичення кількісних змін тягне за собою зміни якісні при визначенні загроз та ризиків, а також місця та ролі комплаєнс-контролю в діяльності підприємства, теоретичні положення системного аналізу при декомпозиції діяльності функціонування системи комплаєнс-контролю на різні підсистеми і групи показників, комплексний системний метод наукового обґрунтування раціонального спектра функціонального призначення комплаєнсу для умов металургійного виробництва, що дозволяє на його основі розробити ефективні заходи протидії розвитку та мінімізації наслідків реалізації, небезпечних для стабільної діяльності підприємства, ситуацій. Показано, що джерелом їх походження стають умови невизначеності, а наслідками — загрози та ризики. Для управління ризиками необхідно проводити їх оцінку, розробляти плани реагування на надзвичайні ситуації, забезпечувати навчання персоналу та впроваджувати системи моніторингу та контролю. Доведено, що економічні й технологічні ризики утворюють серйозні наслідки для бізнесу та суспільства, тому їх потрібно враховувати та управляти ними на всіх етапах виробництва металопродукції. Новизна. Вперше запропоновано складові комплаєнсу за основними етапами загальної схеми виробництва металопродукції. Практична цінність. Розроблені практичні рекомендації щодо: підходів до вирішення проблеми економічної безпеки підприємства, засобів реалізації комплаєнсу металургійного виробництва та їх змісту, основних напрямів комплаєнсу в умовах металургійного виробництва, структурної схеми комплаєнс-контролю на металургійному підприємстві, складових комплаєнсу за основними етапами загальної схеми виробництва металопродукції.
Дослідження особливостей цифрових зображень металоструктур, що містять карбіди
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Захаров, Олександр Олександрович; Селівьорстова, Тетяна Віталіївна; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Балакін, Валерій Федорович; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Стаття присвячена розробці інформаційної моделі призначеної для аналізу цифрових зображень металоструктур з карбідними вкрапленнями. Проведений аналіз літературних джерел, встановлено, що дослідження металоструктур є актуальним інструментом оцінки якісних характеристик. Наявність карбідів в структурі металу має значний вплив на його якість. Наведений огляд методики вивченні структури металу, визначено важливість етапу обробки зображення металоструктур. Описані основні способи отримання цифрових зображень структури металу. Представлені зразки металоструктур, з карбідами. Запропоновано процедуру цифрової обробки зображень металоструктур з карбідними вкрапленнями, яка складається з переведення зображення в напівтонове, контрастування та порогової бінарізації. Продемонстровані результати визначення карбідних вкраплень із застосуванням процедури цифрової обробки зображень. Показані переваги та недоліки підходу, визначені напрямки вдосконалення.
Дослідно промислові випробування спікання агломерату з дрібнодисперсним марганцевим концентратом
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Пройдак, Юрій Сергійович; Ольшанський, В. І.; Гогенко, О. О.; Камкіна, Людмила Володимирівна; Філіппов, Ігор Юрійович; Мяновська, Яна Валеріївна; Сідорський, Олександр Володимирович
UKR: Об’єкт дослідження – металургійна технологія залучення дрібнодисперсних марганцевих концентратів, що утворюються при видобутку та збагаченні вихідної сировини, у виробництво марганцевого агломерату. Мета роботи – на основі результатів аналізу фізико-хімічних процесів при спіканні марганцевого агломерату та експериментальних досліджень розробити інноваційні технологічні рішення та рекомендації по технології спікання агломерату з підвищеною до 60% часткою в шихті Методи дослідження – теоретичні дослідження процесів агломерації концентратів базуються на основних положеннях фізичної хімії і теорії металургійних процесів. Розрахунки термодинамічної рівноваги оксидних систем, адекватних агломераційним, основані на теорії Гіббса та реалізовані за допомогою комп’ютерної програми «FASTSage 6.0»; для визначення внутрішньої будови марганцевої руди та марганцевих концентратів залучені рентгенівські методи дослідження - рентгенівський дифрактометр ДРОН-2; використаний метод математичної статистики для обробки результатів. Встановлено мінералогічну мікроструктуру рудних марганцевих концентратів і дрібнодисперсного концентрату збагачення марганцевої руди. Визначено раціональну схему попередньої підготовки дрібнодисперсних відходів збагачення марганцевої руди для використання в металургійних процесах; встановлено раціональну кількість відходів збагачення марганцевої руди у вихідній шихті; доведена можливість повернення 50...70% (проти звичайного 10...15 %) дрібнодисперсного (фракції 0-1 мм) марганцевого концентрату 2 сорту в шихту виробництва марганцевого агломерату за рахунок використання реагенту торф гідроксидний (РТГ) у кількості 5...7% з одночасним підвищенням міцності гранул агломерату вдвічі.
Закономірності газокисневої конверсії метану на поверхні свіжовідновленого заліза
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Сухий, Костянтин Михайлович; Гришин, Олександр Михайлович; Величко, Олександр Григорович; Надточій, Анжела Анатоліївна; Камкіна, Людмила Володимирівна
UKR: Виконано термодинамічний аналіз процесу конверсії метану за участю кисню. Розглянуто теоретичні закономірності конверсії метану на металевому каталізаторі. Показано, що в температурному діапазоні, який досліджується, найбільш ймовірний прямий механізм конверсії метану. Показано вплив частки окислювача та співвідношення його компонентів на ключові параметри процесу конверсії. Проаналізовано параметри, що впливають на кінетику конверсії метану складною газовою фазою за участю кисню. Виконано експериментальне дослідження окисної конверсії метану на поверхні відновленого заліза, оцінено вплив температури металізації заліза, температури конверсії, крупності FeМЕТ та його маси, тривалості контакту вихідної газової суміші з каталізатором на показники процесу. Ефективність газокисневої конверсії зростає з підвищенням температури металізації окатишів. На основі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано уявлення про закономірності адсорбційно-хімічної ланки процесу конверсії метану за участю кисню.
Комплаєнс-забезпечення ефективності логістичних маршрутів ресурсів сировини та енергії, як фактор стійкого розвитку металургійного виробництва
(Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, 2026) Мішалкін, Анатолій Павлович; Петренко, Віталій Олександрович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Фонарьова, Тетяна Анатоліївна
UKR: Металургійні виробництва функціонують у складному середовищі, що характеризується високою ресурсоємністю виробничих процесів, зростанням вимог до енергоефективності виробництва та жорстким регуляторним контролем у сфері його сталого розвитку. Одним із ключових чинників стабільної роботи металургійних систем виступає забезпечення надійних, безпечних і економічно обґрунтованих логістичних маршрутів постачання мінеральної сировини, енергоресурсів та допоміжних матеріалів. Умови глобальної конкуренції, непередбачуваність транспортних та зовнішньоекономічних ризиків, військові загрози та висока волатильність ринків енергоносіїв зумовлюють необхідність формування ефективної системи комплаєнс-забезпечення логістичних ланцюгів, які включають моніторинг, управління ризиками, стандартизацію процесів і продукції з обов’язковим дотриманням як міжнародних норм відповідності, так і правил, технічних умов внутрішнього походження. Обґрунтовано, що комплаєнс у сфері ресурсного та енергетичного забезпечення металургійного виробництва виконує подвійне функціональне навантаження. З одного боку, він забезпечує юридичну, технічну та екологічну відповідність підприємства внутрішнім політикам, галузевим регламентам та міжнародним стандартам якості. З іншого — створює інструментарій контролю, який мінімізує логістичні, технологічні та фінансові ризики, що виникають у процесі транспортування, зберігання та використання корисних властивостей сировини й енергоресурсів при реалізації відповідних етапів комплексної технології виробництва сталі. Особливого значення ця система набуває за умов інтеграції України до європейського економічного простору, де дотримання вимог ESG (три ключові критерії для оцінки стійкості та етичності бізнесу: Екологія (Environmental), Соціальна відповідальність (Social) та Управління (Governance)), CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism, Механізм вуглецевого коригування імпорту), ISO (Міжнародна організація зі стандартизації) 37301 та ISO 14001 стає необхідною умовою збереження конкурентоспроможності на міжнародних ринках металопродукції. Метою дослідження є наукове обґрунтування принципів, інституційних механізмів та структурних елементів комплаєнс-забезпечення логістики мінеральної сировини та енергоресурсів як інтегрального фактора стійкого розвитку металургійного виробництва. Методика дослідження. Об’єктом дослідження є структурні елементи комплаєнс-забезпечення логістики мінеральної сировини та енергоресурсів як інтегрального фактора стійкого розвитку металургійного виробництва. В дослідженні застосовано такі наукові методи: системний аналіз — для комплексної оцінки логістичних, технологічних та регуляторних факторів; метод ризик-орієнтованого комплаєнсу (Risk-Based Compliance) — для ідентифікації та оцінки загроз у логістичних ланцюгах; основні положення гармонізованої методології щодо розробки раціональної за витратами сировини та палива, енергоефективної замкнутої схеми відповідних технологічних маршрутів як основи для створення узгодженої системи технологічних процесів чорної металургії. Використання підходів такої методології забезпечить раціональне використання ресурсів, мінімальні втрати енергії та зниження техногенного навантаження на довкілля; порівняльний аналіз — для порівняння міжнародних підходів до управління логістичними ризиками у металургійній галузі; методи технологічного аналізу, які мають фізико-хімічну спрямованість, для дослідження впливу якості сировини та енергоресурсів на формування корисних властивостей металургійних систем, що є об’єктами дослідження. Наукова новизна результатів дослідження полягає у: розширенні положень концепції інтегрованого комплаєнс-забезпечення логістики сировини та енергії, положеннями, які об’єднують правові, технічні, екологічні та технологічні аспекти управління ризиками у металургійному виробництві; визначенні зв’язку між стабільністю постачання ресурсів та ефективністю основних металургійних процесів (доменне виробництво, сталеплавильні процеси, позапічна обробка); розробленні принципів оцінювання безпеки логістичних маршрутів, що враховують технологічні чинники та фізико-хімічні властивості ресурсів металургійного виробництва, специфіку, умови та вірогідні ризики їх транспортування; введенні ризик-орієнтованої системи контролю постачання/забезпечення ресурсами, що дозволяє об’єктивно оцінювати вплив логістичних збоїв на енергоефективність і ресурсомісткість виробництва, екологію та якість металопродукції. Результати дослідження. Функціональна діяльність металургійного комплаєнс-забезпечення стосується забезпечення виробництва мінеральною сировиною, енергоресурсами/паливом, надійності логістичних маршрутів їх постачання, якості продукції та сталого інноваційного розвитку виробництва. Комплаєнс-забезпечення ресурсами виступає ключовим механізмом раціонального використання сировини та енергії в металургійному виробництві, сприяє підвищенню ефективності технологічних процесів, зниженню витрат і екологічних ризиків, а також створює фундамент для сталого розвитку підприємства в умовах нестабільності ринкових і ресурсних факторів. Його застосування доводить високу результативність як у короткостроковій, так і в довгостроковій перспективі, формуючи системний підхід до керування ресурсною безпекою та виробничою надійністю. Практична цінність випливає з отриманих теоретичних результатів зі зниження технологічних ризиків за рахунок оптимізації логістичних маршрутів ресурсів сировини та енергії.
Комплексна система відсікання конвертерного шлаку з використанням розроблених функціональних виробів ТОВ «ГІР-Інжиніринг»
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, Київ, 2024) Смірнов, Олексій Миколайович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Шарандін, Кирило Миколайович; Рябий, Дмитро Валерійович
UKR: Одним серед найважливіших завдань, які потребують вирішення в умовах сучасного конвертерного цеху, є скорочення кількості кінцевого технологічного шлаку, що потрапляє до сталерозливного ковша при випуску плавки з агрегату. За оцінками різних дослідників і практичного досвіду, кількість шлаку, яка потрапляє в ківш при випуску сталі з конвертора, розподіляється наступним чином (без використання технології / пристроїв відсікання шлаку): до 25% – на початку випуску плавки, до 60% – в кінці випуску плавки і до 15% – при поверненні конвертора до робочого положення. Нині існують дві принципові схеми відсікання конвертерного шлаку: автоматична (активна) та «пасивна». До основних автоматичних схем відноситься газодинамічна система відсікання та система типу «шиберний затвор». Доступною й ефективною альтернативою є схема «пасивного» відсічення первинного та вторинного конвертерного шлаку з використанням функціональних вогнетривких виробів. На промисловому майданчику компанії ТОВ «ГІР-Інжінірінг», спільно з ФТІМС НАН України, розроблено «пасивну» схему комплексного відсічення конвертерного шлаку. Вона містить дві системи: первинне відсікання пластичним стопором типу «тампон» і вторинне відсікання вогнетривким стопором типу «куля» / «дротик». Обидві системи працюють із ручними аплікаторами, що мінімізує капітальні витрати на їх упровадження у виробничий ланцюг. У період 2021–2024 рр. в умовах комбінату ПрАТ «КаметСталь» (конвертера ємністю 250 тн – 2 шт.) проведено успішні промислові випробування розробленої комплексної системи відсічення конвертерного шлаку. Сумарний економічний ефект від впровадження становив ≈ 1,2 USD/т сталі.
Контроль експлуатаційної стійкості валків гарячої прокатки з високохромистих чавунів та швидкорізальних сталей
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Полякова, Наталія Володимирівна; Бойко, Максим Миколайович; Журавльова, Світлана Валеріївна; Чеченєв, Володимир Андрійович; Іващенко, Валерій Петрович; Хричиков, Валерій Євгенович
UKR: Мета. Властивістю, що визначає якість матеріалів робочого шару прокатних валків вважається їх зносостійкістю. Однак в умовах гарячої прокатки на її стабільність можуть вплинути такі властивості як корозійна стійкість та термостійкість. Поширеними матеріалами для виконання прокатних валків гарячої прокатки є білий високохромистий чавун та швидкорізальна сталь, питанням термостійкості яких у сучасній літературі не приділено достатньо уваги. Метою роботи є контроль якості високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі як матеріалів валків гарячої прокатки за рахунок оцінки їх термостійкості. Методика. Експериментальні зразки високохромистого чавуну марки ІЧХ16НМФТ та швидкорізальної сталі марок Р5М5 та Р6М5 були піддані термоциклуванню за режимом: 200 циклів нагрівання до 600°С та охолодження до 20°С. Після випробувань оцінювали зміни мікроструктури та мікротвердості структурних. Результати. Представлені результати дослідження схильності матеріалів, що застосовуються для виробництва прокатних валків, до руйнування, викликаного термічною втомою. Досліджено умови зародження та зростання тріщин термічної втоми у білому високохромистому чавуні, оцінені структурні зміни, що відбуваються при термоциклуванні. На поверхні зразків білого високохромистого чавуну у процесі випробувань було виявлено утворення макро- та мікротріщин термічної втоми. Мікротріщини проходять по евтектичних карбіду, значною мірою поширюючись на залишковий аустеніт, по межі розділу карбіду з продуктами розпаду аустеніту. На поверхні зразків швидкорізальної сталі в описаних умовах випробувань тріщиноутворення не спостерігалося. Внаслідок термоциклування білого високохромистого чавуну відбувається зниження мікротвердості металевої матриці, а мікротвердість евтектичного карбіду у порівнянні з вихідним литим станом збільшується. Мікротвердість структурних складових швидкорізальної сталі змінюється менш істотно. Наукова новизна. Встановлено механізм впливу термоциклуваня білого високохромистого чавуну та швидкорізальної сталі на зносостійкість робочого шару прокатних валків з цих матеріалів. Практична значущість. Відбувається зниження зносостійкості прокатних валків з робочим шаром з високохромистого чавуну в литому стані внаслідок термовтомного руйнування під час експлуатації в умовах гарячої прокатки. Підвищити термостійкість високохромистого чавуну ІЧХ16НМФТ можна, за рахунок застосування спеціальних методів термообробки, спрямованих на отримання бейнітної структури металевої матриці. Рекомендується враховувати показники термостійкості матеріалів прокатних валків гарячої прокатки як додатковий критерій контролю їх якості.
Легування чавунів фосфором для підвищення функціональних властивостей виробів
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Пройдак, Андрій Юрійович
UKR: Поряд із традиційним виробництвом чавуну є низка марок з підвищеним вмістом фосфору. Фосфористі чавуни характеризуються низкою позитивних властивостей. Підвищений вміст фосфору в чавуні приводить до збільшення гідрорухливості розчину, сприяє підвищенню антифрикційних властивостей, а також зносостійкості. У чавунах, які порівняно зі сталями містять більше вуглецю, фосфор утворює евтектику, складовою частиною якої є фосфід заліза Fe3P. У залежності від вмісту фосфору в сірих чавунах з пластинчастою та високоміцних чавунах з кулястою формами графіту, фосфідна евтектика має вигляд разорієнтованих окремих включень, розірваної або суцільної сітки. У роботі наведені результати досліджень щодо впливу різних концентрацій фосфору на функціональні властивості виробів. Потреба металургійного виробництва України у ферофосфорі забезпечується, в основному, за рахунок імпортних поставок. У зв’язку з цим забезпечення металургійних підприємств вітчизняними фосфоровмісними матеріалами, як ферофосфор, для виплавки широкого марочного спектру чавунів є нагальною задачею.
Металознавчі аспекти дисперсійного нітридного зміцнення високовуглецевих сталей. Повідомлення 1. Вплив параметрів аустенізуючого нагріву та відпуску на фазовий перерозподіл азоту та ванадію в сталях
(ТОВ "Про формат"; Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ, 2023) Шипицин, С. Я.; Ісаєва, Людмила Євгенівна; Лиховей, Д. І.; Степанова, Т. В.; Кір'якова, Н. В.
UKR: Системні фундаментальні дослідження протягом кількох десятиліть у ФТІМС НАН України та накопичений досвід промислового застосування показали, що технологія дисперсійного нітридного зміцнення, яка базується на легуванні сталей азотом і ванадієм, є методом суттєвого підвищення всього комплексу фізико – механічних та експлуатаційних властивостей литих та деформованих вуглецевих, низьколегованих та легованих сталей різного функціонального призначення. Найбільш суттєвою перевагою розроблених у ФТІМС НАН України сталей є одночасне значне підвищення їх статичної та циклічної міцності, в’язкості руйнування, термоміцності та термостійкості, зносостійкості, прожарованості, зварюваності, зниження або повне усунення схильності до природного, деформаційного та теплого окрихчування. Середньо- та високого вуглецеві доевтектоїдні та евтектоїдні сталі високої міцності та зносостійкості широко застосовуються в різних галузях машинобудування. Однак, найбільш масово вони застосовуються для залізничних коліс і рейок. Надійність та експлуатаційний ресурс коліс і рейок, що знаходяться у надзвичайно жорстких умовах експлуатації, головним чином, визначають техніко-економічні показники ефективності роботи залізничного транспорту. У той же час, існуючі відносно дешеві нелеговані та низьколеговані середньо- та високовуглецеві колісні та рейкові сталі вже не відповідають сучасним вимогам підвищених швидкостей руху та вантажопідйомності рухомого складу.
Моделювання впливу режиму продування ванни на масообмінні процеси та шлакоутворення у кисневому конвертері
(НМетАУ, Дніпро, 2022) Камкіна, Людмила Володимирівна; Мішалкін, Анатолій Павлович; Камкін, Володимир Юрійович; Мяновська, Яна Валеріївна; Дворковий, О. І.; Ісаєва, Людмила Євгенівна
UKR: Мета. Встановити раціональні режими продування ванни та шлакоутворення при використанні традиційних та дослідних матеріалів, які забезпечують ефективне рафінування сталі від шкідливих домішок. Дослідити вплив зміни гідродинамічного стану конвертерної ванни на стійкість футерування проблемних зон конвертера та втрати металу з виносом, викидами, з корольками металу, що зливаються зі шлаком. Методика. В роботі використано методи холодного та високотемпературного моделювання процесу виплавки сталі. При проведенні експериментів з холодного моделювання дотримувалися режиму проникнення в рідину струменів газу на зразку і моделі з забезпеченням Lрз/Нв (модель) = Lрз/Нв (конвертер). Нв – глибина ванни на моделі та діючому конвертері. Lрз – довжина реакційної зони при високотемпературному моделюванні визначалась як довжина первинної реакційної зони, а при холодному – як довжина струменевої ділянки, що утворюється при проникненні газового струменю в рідину. Ці умови разом з забезпеченням подібності геометрії моделі та зразка вважали необхідними та достатніми для отримання даних для якісної та кількісної оцінки як гідродинамічного стану конвертерної ванни, так і впливу зміни способу та параметрів продування ванни на фізико-хімічні особливості рафінування сталі за часом процесу. Додатковою умовою, є дотримання умови рівності відношення площини ванни до площини внутрішнього перерізу сопла продувної фурми: (Sванни/Sсопла)модель=(Sванни/Sсопла)зразок на моделі та зразку. Наукова новизна. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджена доцільність використання для встановлення впливу на фізико-хімічні процеси та перетворення в конвертерній ванні режиму продування, для характеристики якого вибрали параметр - гідродинамічний фактор, що дорівнює співвідношенню LрзI/Нв. В свою чергу, довжина реакційної зони, що утримується при проникненні газового струменю в ванну залежить від інтенсивності продування: Lрз ~ K q0,4. Вперше для визначення під час продування киснем залізовуглецевого розплаву конвертерної ванни інтенсивності переводу сірки в шлак для діапазону зміни вмісту в ньому вуглецю 3,0...0,25 використано параметр, що визначає стан перемішування ванни під час її продування киснем - LрзI/Нв, де LрзI – довжина первинної реакційної зони, яка утворюється при проникненні кисневого струменю в металевий розплав. Первинна реакційна зона є джерелом утворення пузирів СО за реакцією FeO + C = Fe +CO, які відповідають за інтенсивність перемішування ванни шляхом утворення циркуляційних потоків металу в ванні, які в свою чергу відповідають за транспорт елементів-домішок до межі метал-шлак. Показано, що в заданому діапазоні зміни вмісту в металевому розплаві вуглецю залежність швидкості видалення з металу в шлак сірки від гідродинамічного параметру LрзI/Нв носить екстремальний характер. В цей час, коли досягається максимальний ефект перемішування ванни, при наявності необхідної основності шлакової фази швидкість реакції десульфурації для даних умов є максимальною. В подальшому в разі реалізації традиційної схеми конвертування, для якої характерно різке підвищення вмісту в шлаку оксидів заліза (15...17%) швидкість реакції десульфурації ще при достатній швидкості металевих потоків зменшувалася. Практична значимість. Зниження інтенсивності продування металевої ванни в умовах реалізації виплавки сталі в лабораторному кисневому конвертері з верхнім кисневим продуванням з 4,0 м3/т·хв до 3,2 м3/т·хв, при збільшенні часу продування на 17,8%, підвищило показник десульфурації. Доведення реакції десульфурації до її більш повного завершення досягнуто за рахунок раціональної організації перемішування розплаву в конвертерній ванні: відповідна та ефективна з точки зору завершення десульфурації сталі швидкість доставки металу до реакційної поверхні забезпечила вищу у порівнянні з більш високо інтенсивним продуванням ванни киснем швидкістю реакції десульфурації на межі розподілу метал-шлак. При цьому значення показника Ls =(S)/[S] підвищилось з 6,4 до 10,5.
Мікрорентгеноспектральне визначення елементного складу проб пилу ДСП
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», 2022) Пройдак, Юрій Сергійович; Камкіна, Людмила Володимирівна; Мяновська, Яна Валеріївна
UKR: В роботі визначено склад пилу електрофільтрів газоочисток ДСП при довготриваловому зберіганні у відвалах з метою одержання інформації про віднесення пилу до небезпечних відходів. Визначення вмісту важких металів у відходах виконували методом атомно-абсорбційної полум'яної спектрофотометрії на спектрофотометрі AAS-1N. ]. Вміст заліза загального та встановлення кількості його різного ступеня окиснення здійснювали методом окиснювально-відновного титрування біхроматом калію в кислому середовищі [6]. Комплексне металографічне дослідження проб пилу включав макроаналіз (при збільшенні х16), мікроаналіз структури торцевого зрізу котунів зі свіжого пилу електрофільтрів ДСП за допомогою оптичної мікроскопії (х 50, х 500). Детальний аналіз мікроструктури відібраних проб проводили за допомогою растрового мікроскопа електронного JSM-6490 в режимі вторинних упругорозсіяних електронів. Рентгеноспектральний аналіз відібраних проб проводили за допомогою енергетичного та хвильового спектрометрів – приставок до растрового електронного мікроскопа JSM-6490. Хімічний аналіз проб пилу показав, що значних відмінностей у вмісті заліза загального в представлених пробах пилу не спостерігається, хоча є деяке його зниження по глибині відвалу. Більш сильне зменшення при переході від поверхні відвалу в глибину відзначено вмісту Fе3O4. Всі проби є магнітними, що свідчить про значні вмісти в пилу магнітного закису-окису заліза, найімовірніше в незв'язаному стані. Наявність у плавильній шихті домішок цинку і свинцю, що випаровуються при робочих температурах печі, призводить до їх окислення повітряним потоком в результаті чого в кінцевому пилу вони можуть бути як у вигляді вільних оксидів, так і у вигляді композиційних структур з оксидами заліза.
Оцінка технологічної можливості використання шунгітової породи при одержанні марганцевого агломерату
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Камкіна, Людмила Володимирівна; Мяновська, Яна Валеріївна; Пройдак, Юрій Сергійович; Мішалкін, Анатолій Павлович
UKR: Промисловий досвід виробництва марганцевого агломерату показує, що відомі технологічні пропозиції не забезпечують зростання продуктивності агломашин та необхідних властивостей міцності офлюсованого марганцевого агломерату. Відомі способи спікання офлюсованого марганцевого агломерату, що відрізняється підвищеною механічною міцністю та високою вологостійкістю. Недоліком цих заходів є значне ускладнення технологічної лінії агловиробництва та збільшення енергетичних витрат. У зв'язку з цим одним із головних напрямів є розробка складів шихт та параметрів процесу агломерації марганцевої сировини. Мета дослідження – аналіз фізико-хімічних процесів, експериментальні дослідження та розробка інноваційних технологічних рішень та рекомендацій щодо залучення у металургійне виробництво шунгітової породи для розширення сировинної бази гірничо-металургійного комплексу. Виконано розрахунки термодинамічної рівноваги оксидних систем, адекватних агломераційним, проведено дослідження хімічного складу фазових складових мікроструктур марганцевого агломерату. Встановлено раціональний вміст шунгіту в аглошихті, який забезпечує одержання агломерату із заданими характеристиками (міцністю, виходом придатного, вмістом марганцю) становить 12...13%від маси вихідної шихти. Подальше підвищення його частки в аглошихті призводить до зниження міцності та виходу придатного спеку. Збільшення ступеня дисперсності шунгіту до 0-2мм дозволяє збільшити рівень використання вуглецю шунгіту як паливо без збільшення на процес кількості традиційного палива - коксу.
Проблема десульфурації чорнового феронікелю, отриманого за технологією низького відновлення на Побузькому феронікелевому комбінаті
(НМетАУ, УДУНТ, Дніпро, 2024) Шевченко, Денис В.; Овчарук, Анатолій Миколайович; Надточій, Анжела Анатоліївна
UKR: Мета. З введенням в експлуатацію РТП1 канадської компанії Hatch на Побузькому феронікелевому комбінаті та переведенням її на технологію низького відновлення (ТНВ) стало можливим отримання феронікелю, що містить лише соті частки відсотка кремнію і вуглецю, що необхідні для содової десульфурації в ковші, тому комбінатом впроваджено комплексну технологію, якою передбачається змішування (мікшування) чорнового феронікелю, що випускається з РТП1 зі зниженим вмістом кремнію та вуглецю та з високим вмістом Ni, зі сплавом із РТП2 з низькою концентрацією нікелю та високою кремнію і вуглецю. Однак у зв'язку із зупинкою РТП2 на капітальний ремонт виникла потреба відпрацювати режим десульфурації за комбінованою схемою, яка передбачає поєднати содову десульфурацію та киснево-конвертерну, яка є скрутною і потребує додаткових матеріальних та енергетичних витрат. Методика. Термодинамічне моделювання виконане з використанням програмного комплексу HSC Chemistry 6.1. Аналітичні та промислові дослідження в умовах Побузького феронікелевого комбінату. Результати. Оброблено та проаналізовано результати промислових досліджень комбінованої технологічної схеми десульфурації високовідсоткового феронікелю в ковші та конвертері, узагальнено технічні результати десульфурації феронікелю на всіх етапах розвитку та вдосконалення його виробництва в умовах ПФК. Наукова новизна. Проведено рівноважний розподіл фаз у системі Fe-Ni-S-Na-Si-C-O з використанням бази даних програми «HSC Chemistry 6,0». Показано, що кремній впливає на повноту реакції десульфурації. Визначено температурні межі процесу. Практична значимість. У промислових умовах Побузького феронікелевого комбінату відпрацьовано та освоєно комбіновану технологію десульфурації високовідсоткового феронікелю з РТП1 за схемою ківш-кисневий конвертер, що забезпечило можливість роботи комбінату при зупинці РТП2 на капітальний ремонт та одержання товарної продукції.