Сучасні проблеми металургії (ДМетІ)

Permanent URI for this communityhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14515

ENG: Modern problems of metallurgy (DMetI)

Browse

Now showing 1 - 40 of 58

On Some Aspects of the Study of Pulverized Coal and Fuel Mixtures Combustion in a Drop Tube Furnace
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Stupak, Yurii O.; Khokhlova, Tatyana S.
ENG: Analysis of the operation of fluid friction bearings (FFB) of mills 630 showed that the loss of oil on the cages 630 reaches up to 10 tons per year. The reason for this is the imperfection of the seal design, which in turn does not provide the required mode of lubrication of the FFB and leads to high-intensity wear of the surfaces of the sleeve and bearing liner. Which leads to the failure of the FFB before the deadline for replacement of the sleeve and liner. The aim of the study is to determine the load of FFB by mathematical modeling to determine the energy and power parameters of rolling on the example of channel No14, determine the coefficient of friction, study the wear of the surface of the sleeve and liner FFB and provide recommendations for possible ways to improve FFB seals 630. To determine the energy and power parameters of the rolling profile of the channel profile, mathematical modeling was performed using the software product QForm 9. The QForm program is designed for mathematical modeling, based on the finite element method, technological processes of metal forming by taking into account thermomechanical processes of heating and cooling of metal, including in the process of deformation, as well as the interaction of the deformable workpiece with technological tools and equipment. The greatest rolling forces and, accordingly, the load on the FFB will act in the cage No4 and reach 2.8 MN when the roll is captured. The obtained result indicates that the increase in the load acting on the bearing does not significantly affect the change in the coefficient of friction in it, which is in the range of 0.0027 - 0.00274. The value of the friction coefficient μ will be most affected by the viscosity of the oil η and the value of the radial gap δ. The calculation confirmed the transition to the maximum friction during wear to a radial gap of 4 mm, which was observed during the operation of the FFB. The value of the gap δ = 1.8 mm, at which the replacement of the liner and the bearing sleeve will be obtained after 8.8 years of operation. But operational data show that such a gap is reached in 3 years of operation. The reduction in bearing life is due to inadequate friction, namely non-compliance with the viscosity parameters of the oil and its insufficient amount in the bearing. The reason for this is the leakage of oil due to unreliable sealing and ingress of abrasive and coolant rolls. An improved design of seals using V-shaped cuffs is proposed.
Моделювання процесу дезінтеграції рудної породи в барабанному млині з використанням методу скінчених елементів
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Маліч, Микола Григорович
UKR: Розглянуто особливості руху рудних матеріалів в барабанному млині. Розроблено математичну модель процесу подрібнення рудних матеріалів з позиції балансу енергетичних величин процесу руйнуванняЗа використанням методу скінчених елементів показано, що виділений в будь-якому місці елемент завантаження піддається деформації з боку сусідніх елементів завантаження (шматків руди) в умовах всебічного нерівнокомпонентного стиснення контактними силами. Проаналізовано вплив напрямку сил контактного тертя при стисненні на ефективність руйнування рудної маси. Данні сили суттєво впливають на появу максимальних зсувних (дотичних) напружень, які залежать від максимальних нормальних напружень, що виникають в шматках рудної породи. Показана можливість керування режимами навантаження для підвищення ефективності процесу подрібнення.
Energy Efficient Water-Cooled Elements for Foundry Class Electric Arc Steelmaking Furnaces
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Timoshenko, Sergii; Nemtsev, Eduard; Gubinskij, Mikhail
ENG: Analysis of recent research and publications. Low energy efficiency of foundry class electric arc steelmaking furnaces (EAF) mainly is caused by heat loss in massive refractory lining during forced downtime. A low-power transformer doesn’t allow, in the conditions of classical technology, practice of traditional water-cooled elements in order to replace partially the lining, what determines increased refractory consumption. Known mathematical models of heat and mass transfer in the EAF working space don’t pay sufficient attention to the features of thermal state and energy loss in water-cooled elements in relation to foundry class furnaces. Purpose. Work aims to improve energy efficiency and refractory savings in foundry class EAF due to water-cooled elements design improvement. Method. Work is based on numerical modeling of heat exchange by radiation in the working space of the EAF and thermal state of water-cooled elements with spatial structure. Research findings. On the base of radiation heat exchange study, a multiple regression equation for power of heat loss with cooling water was obtained, taking into account capacity of the furnace, steelmaking bath shape factor (diameter to depth ratio), duration of technological period of the heat and averaging coefficient of heat flux through working surface of water-cooled element. For traditional one-row, two- and elaborated three-row panels averaging coefficient is 0.82, 0.67 and 0.61, respectively. Practical significance. Three-row water-cooled wall panels with a spatial structure are elaborated, which provide a decrease in heat loss with cooling water by 14 %, in comparison with two-row ones and by 40% in comparison with traditional one-row panels with dense structure. Estimates of optimal relative cooled surface for 3-12-ton EAF working space, providing refractory savings up to 25-30% due to three-row water-cooled panels installation, are substantiated.
Дослідження підшипників рідинного тертя робочих клітей 630 стану 550
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Самсоненко, Андрій Анатолійович; Гануш, Василь Іванович; Бергеман, Сергій Володимирович
UKR: Аналіз експлуатації підшипників рідинного тертя (ПРТ) станів 630 показав, що втрати мастила на клітях 630 досягають до 10 тонн за рік. Причиною цього є недосконалість конструкції ущільнення, а це в свою чергу не забезпечує необхідний режим змащування ПРТ і призводить до високоінтенсивного зносу поверхонь втулки та вкладиша підшипника. Що призводить до виходу з ладу ПРТ раніше встановленого строку заміни втулки та вкладиша. Метою дослідження є визначення навантаженості ПРТ шляхом математичного моделювання для визначення енерго-силових параметрів прокатки на прикладі швелеру No14, визначення коефіцієнту тертя, дослідження процесу зносу поверхні втулки та вкладиша ПРТ та надання рекомендації, щодо можливого шляху удосконалення ущільнення ПРТ клітей 630. Розрахунок піддвердив перехід до граничного тертя при зносі до радіального зазору в 4 мм, що спостерігалось при експлуатації ПРТ. Запропонована удосконалена конструкція ущільнень з використанням V-подібних манжет.
Розподілені алгоритми розв’язку прикладних задач в екстремальній постановці
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Іващенко, Валерій Петрович; Швачич, Геннадій Григорович; Іващенко, Олена Валеріївна
UKR: Для дослідження теплофізичних властивостей матеріалів за допомогою обернених методів було виведено відповідний клас математичних моделей. Процедура обробки математичних моделей зведена до екстремальної постановки, що дозволило розробити ефективні алгоритми розв'язування коефіцієнтних задач довільного порядку точності. Представлені результати розв’язування тестових задач на основі запропонованого підходу. Виведено додаткові умови, які дозволяють розділити досліджувану проблему на дві задачі: а) температурну; б) потокову. Перша з них дає можливість розв’язувати коефіцієнтну задачу на всьому заданому діапазоні зміни температури за допомогою управляючого параметра у вигляді коефіцієнта дифузії; друга спрямована на визначення коефіцієнтів теплопровідності або теплоємності. Дослідження математичних моделей 1 і 2 проводили із застосуванням методу прямих. Запропоновані моделі дозволяють розв’язувати задачі в екстремальних постановках. Для розв’язання заданих задач методами математичного моделювання розроблено пакет прикладних задач. Створення пакету було здійснено з урахуванням вимог об'єктно-орієнтованого програмування. Процедура моделювання була реалізована на основі застосування багатопроцесорної обчислювальної системи. Пакет прикладних програм призначений для опрацювання теплофізичних експериментів оберненими методами.
Дослідження впливу кристалічних решіток на фрактальні характеристики матеріалів
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Журба, Анна Олексіївна
UKR: Значний інтерес представляють кристалічні тіла, які характеризуються впорядкованим розташуванням атомів. До кристалів можна віднести мінерали, всі метали, солі, більшість органічних сполук і велику кількість інших твердих тіл. Закономірна і досконала геометрія кристалів говорить про наявність закономірностей і в їх внутрішній будові. Ці впорядковані структурні частинки, що розташовані правильними рядами в строгій ієрархічній послідовності і мають ось симетрії другого, третього, четвертого і шостого порядків. Строго математично доведено, що відмічені порядки осей в тому або іншому поєднанні для кристалів єдино можливі. Інших порядків осей симетрії, поворот навколо яких переводив би грати кристала самі в себе, в класичній кристалографії не існує. Тому є сенс побудувати поверхні другого, третього, четвертого порядків симетрії та провести аналіз їх фрактальних характеристик. Цікавим дослідженням є побудова фрактальних розподілень таких поверхонь.
Фізичне моделювання гомогенізації сталі при фінішному легуванні у виливниці
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Андрюхін, Роман Павлович; Молчанов, Лавр Сергійович; Синегін, Євген Володимирович
UKR: У статті обговорюється технологія фінішного легування сталі при розливанні зверху та сифоном. За рахунок зменшення активності кисню в металі через порівняно нижчу від попередніх етапів сталеплавильного переділу температуру розливки досягається зменшення угару феросплавів та збільшується ступінь засвоєння корисних елементів феросплавів. Ключовим аспектом для досягнення максимальної ефективності розглянутої технології є швидке розчинення феросплавів та рівномірний розподіл легуючих компонентів у металі. Метою цього дослідження є визначення найбільш раціональної з погляду часу усереднення металу за хімічним складом технології введення добавки. Для вирішення поставленої задачі було застосовано метод фізичного моделювання на водній прозорій моделі із використанням флуоресцентного барвника. За результатами серії експериментів було визначено раціональний спосіб розливки та режим введення легуючої добавки для забезпечення найшвидшого її розподілення в металі.
Підвищення післяремонтної довговічності насосів підживлення аксіально-поршневих гідромашин
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Мельянцов, Петро Тимофійович; Лосіков, Олександр Михайлович; Назарець, Віктор Семенович; Сидоренко, Віктор Кононович
UKR: Проводиться експериментальне підтвердження ефективності впровадження конструктивних заходів по зниженню об’ємних витрат в качаючому вузлі насоса підживлення через його торцевий зазор. Запропоновано конструкцію стенду та методику для обкатки і випробування насосів підживлення.
Study of the Designs of Bottom Blowing Devices for Oxidative Blowing in Teeming Ladles
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Molchanov, Lavr; Arendach, Natalia; Synehin, Yevhen V.
ENG: It is discussed in the article the concept proposed for the production of ultra-low carbon steel, which involves the production of crude steel in basic oxygen furnace followed by oxidative blowing with an oxygen-argon mixture in a teeming ladle to decrease a carbon content in steel to less than 0.03%. High efficiency of the proposed technology is possible only under the intensive process of metal decarburization, which consists of the three stages: supply of reagents to the gas bubble, chemical interaction of reagents on theinterfacial surface and removal of reaction products. At low carbon concentrations in the metal, the limiting link of the process is carbon mass transfer to the interfacial surface, which can be intensified by melt stirring. The objective of this article is to study the influence of design of the blowing devices, namely, the position and shape of the pores, on the efficiency of metal homogenization in the teeming ladle. Blowing devices with a circular hole, a slit and undirectional porosity were considered. To perform physical simulation by Buckingham's theorem, similarity numbers were chosen to describe the considered process. In particular, it is proposed to use dimensionless volume flow and a modified homochronicity number. Based on the physical simulation on the “water” model, it was found that the best results of homogenization of the chemical composition of the liquid metal in the teeming ladle show blowing devices with undirected porosity. They are ideal for oxidative purging in a crowded ladle with a mixture of argon and oxygen required for the production of ultra-low carbon steel with an oxygen content of less than 0.03%. The purpose of further research is to develop the design of the mixing chamber of the purge device, in which oxygen and argon are pre-mixed before injection into the liquid metal.
Дослідження на фізичній моделі особливостей впливу запиленості середовища на якісні показники газового, палаючого факелу
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Молчанов, Лавр Сергійович; Голуб, Тетяна Сергіївна; Синегін, Євген Володимирович; Семикін, Сергій Іванович
UKR: Процес кисневого конвертування супроводжується виділенням значного обсягу газів, що містять в основному продукти реакцій окислення вуглецю, які формують палаючий факел над горловиною конвертера. При цьому з конвертера виділяється значна кількість пилу різного складу і фракції в залежності від технологічних особливостей продувки, дослідження і облік впливу якої необхідний для розуміння якісних характеристик факела і конвертерного процесу вцілому. У роботі наведені результати дослідження на фізичної моделі, що імітує палаючий факел в запиленому середовищі, шляхом введення твердих порошків різних речовин, на якісні показники горіння факела: візуальні і теплопередачу. Досліджено подачу в палаючий факел порошків хлориду натрію, оксидів заліза, кремнію та алюмінію, чистих порошків заліза, кремнію та алюмінію, сажі і графіту. Встановлено, що введення різних компонентів в факел з температурою нижче, ніж температура факела, навіть при можливому візуальному збільшенні яскравості характеристик, що зокрема встановлено при введенні хлориду натрію або порошку заліза, сприяють зниженню теплопередачі від факела за рахунок відбору тепла на нагрівання і згоряння частинок, що вводяться.
Стабілізація радіального зазору в качаючому вузлі насоса підживлення удосконаленням конструкції втулки підшипника ковзання
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Мельянцов, Петро Тимофійович; Лосіков, Олександр Михайлович; Назарець, Віктор Семенович; Сидоренко, Віктор Кононович
UKR: Проводиться експериментальне дослідження забезпечення стабілізації радіального зазору в качаючому вузлі насоса підживлення з зовнішнім зачепленням, за рахунок покращення умов роботи та зменшення зношення деталей, які формують радіальний зазор в підшипниках ковзання качаючого вузла насоса: «цапфа ведучого вала - отвір втулки», «цапфа веденої вісі – отвір втулки», впровадженням комбінованої втулки в підшипнику ковзання.
Дослідження параметрів зони деформації при багатоканальній кутовій екструзії
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Зубко, Юрій Юрійович; Фролов, Ярослав Вікторович; Кузьміна, Ольга Михайлівна; Самсоненко, Андрій Анатолійович; Бобух, Олександр Сергійович
UKR: В роботі наведено результати досліджень сучасного процесу багатоканальної кутової екструзії. Метою дослідження є визначення особливостей зони деформації та пластичного плину металу в даному процесі. Експериментальну частину дослідження здійснено шляхом аналізу викривлення координатної сітки в зоні деформації після закінчення процесу. Аналіз сітки дозволив виокремити певні елементи зони деформації. Розроблений інструмент, що забезпечує проведення багатоканальної кутової екструзії. Особливістю розробленого інструменту є те, що матриця інтегрована у контейнер і виконується розбірною. Встановлено, що центральні шари металу деформуються легше, а шари, потік яких сповільнюється внаслідок контактного тертя між інструментом та заготовкою, деформуються із затримкою. За допомогою експериментальних даних підтверджено адекватність розробленої в програмі QForm © математичної моделі процесу. Дану математичну модель буде використано для подальших досліджень.
Експериментальне дослідження руху елементів вібраційного грохоту з еластичною динамічно-активною поверхнею
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2022) Кононов, Дмитро Олександрович; Єрмократьєв, Віктор Олексійович; Чеченев, Володимир Андрійович
UKR: Мета роботи: експериментальне дослідження руху елементів вібраційного грохоту з еластичним ситом. Методи дослідження: визначення прискорень елементів вібраційного грохота за допомогою датчиків-акселерометрів. Проведено експериментальне дослідження руху елементів вібраційного грохоту та визначеноосновні кінематичні характеристики. Розроблено схему вимірювального комплексу, в умовах роботи лабораторного вібраційного грохоту (частота коливань 25 Гц, максимальна амплітуда 4 мм). Запропоновано використовувати датчики MPU 6050, ADXL345 та мікроконтролерів Arduino Nano або STM32F103. Розроблено необхідне програмне забезпечення. Аналізуючи отримані дані, можна зробити висновок що еластичні елементи сита у вертикальній площині коливаються з амплітудою 2-2,5 рази більше, ніж амплітуда коливання короба вібраційного грохота.
Термодинамічний аналіз технологічної операції паралельного видалення сірки та кремнію з чавуну
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Молчанов, Лавр Сергійович; Пушкаренко, Микита Володимирович; Кисляков, Володимир Генадійович
UKR: В сучасних умовах існування підприємств металургійної галузі дуже гостро постає проблема дефіциту якісних шихтових матеріалів, що спричиняє необхідність розвитку інноваційних процесів позапічної обробки металургійних розплавів, а саме комплексне видалення сірки та кремнію одночасно. Метою даного дослідження є визначення раціональної технічної схеми здійснення процесу паралельної десульфурації та десиліконізації чавуну в промислових умовах. Виходячи з різної фізико-хімічної природи процесів десульфурації та десиліконізації за умови їх одночасного протікання в межах однієї металургійної системи (один чавунозаливний ківш) їх необхідно максимально розмежувати у просторі. З метою встановлення пріоритетності протікання певних хімічних перетворень було використано методи термодинамічного аналізу. У якості показника, що визначає черговість протікання певних хімічних перетворень було обрано константу рівноваги. Шляхом термодинамічного аналізу встановлено, що окислення кремнію можливо при вдуванні газоподібного кисню. При цьом у якості відновників при десульфурації вапном раціонально використовувати марганець, оскільки він не впливає на процеси відновлення окисленого кремнію. Введення марганцю у розплав необхідно організовувати паралельно з проведенням операції десиліконізації, щоб уникнути перевитрати марганцю при окисленні домішок чавуну газоподібним киснем.
Математичні основи фрактального тепло і масопереносу в двохфазній зоні розплаву металу
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Селівьорстова, Тетяна Віталіївна; Селівьорстов, Вадим Юрійович; Іванова, Людмила Харитонівна
UKR: В статті наведені результати аналізу процесів переносу в розплаві. Представлені результати експериментальних досліджень, що свідчать про фрактальний характер затвердіння притаманній більшості ливарних сплавів. Наведений математичний апарат опису процесу затвердіння з позиції тепло та масопереносу в двохфазній зоні та дифузії у фрактальних середовищах. Показано, що математичний апарат дробового обчислення дозволяє ефективно описувати фрактальний характер дифузійних процесів.
Випуск 25. Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», Дніпро, 2022)
UKR: Журнал «Сучасні проблеми металургії» спрямований на висвітлення актуальних і нових проблем в галузі технічних наук, механічної інженерії та машинобудування, які присвячені проблемам математичного моделювання, оптимізації, управління технічними системами та технологічними об’єктами в галузі матеріалознавства, прикладної механіки, металургії, машинобудування й авіаційно та ракетно-космічної техніки. Видання охоплює як фундаментальні наукові дослідження, так і прикладні розробки, що сприяють впровадженню новітніх технологій у виробництво та інженерну практику. Особлива увага приділяється міждисциплінарним підходам, які поєднують ІТ-рішення з електронікою та механічними системами, включаючи інтелектуальні системи, автоматизацію, робототехніку, цифрове виробництво та аналіз даних.
Дослідження зміни вмісту сірки в чавуні і складу шлаку на технологічних переробах при підготовці чавуну до конвертерної плавки
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2022) Шевченко, Анатолій Пилипович; Кисляков, Володимир Геннадійович; Двоскін, Борис Вульфович; Маначин, Іван Олександрович; Чубін, Костянтин Іванович
UKR: У статті проаналізовано зміну вмісту сірки в чавуні та складу шлаку в технологічному ланцюзі підготовці чавуну до конвертерної плавки. На підставі результатів проведених досліджень розроблено та рекомендовано технічні рішення та технологічні прийоми, спрямовані на виключення ресульфурації чавуну. Точкове зондове сканування зразків ковшового шлаку показало, що в шлаковій фазі поряд із системами типу CaO∙SiO2∙Al2O3 з різним співвідношенням компонентів, що містять 0,2–3,5 % сірки, виявлені системи типу CaxSiyAlz, що містять до 1 % сірки; у «корольках» вміст сірки коливається не більш 0,1 – 0,85 % і у вигляді сульфідів типу (Fe, Mn)S, переважно MnS, причому у неметалевих включеннях «корольків» виявлено вміст сірки не більш 15–30 %. Проведені дослідження складів сухих, розсипчастих і рідких склоподібних ковшових шлаків після десульфурації показали, що вони не змінюють фазовий склад, але на відміну від вихідних ковшових шлаків у шлаковій фазі таких шлаків переважно присутні системи типу CaOSiO2Al2O3MgO, збагачені оксидами магнію з перемінним співвідношенням компонентів. При цьому сірка у шлаковій фазі сухих шлаків знаходиться в основному у вигляді комплексів (Сa, Mn, Mg, Al, Si)S, а у шлаковій фазі рідких шлаків в основному у вигляді MnS і рідше у вигляді комплексів (Сa, Mn)S. За результатами проведених промислових експериментів на низці підприємств України та Китаю було встановлено, що для обмеження приходу сірки до конвертерної сталі зі шлаком на рівні ≤0,002 %, залишок ковшового шлаку після десульфурації не повинен перевищувати 0,5 – 0,7 кг/т чавуну.
Фізико-хімічні передумови зневуглецьовування продуктів вуглецевотермічного відновлення Cr2O3
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2022) Гришин, Олександр Михайлович; Надточій, Анжела Анатоліївна; Петренко, Віталій Олександрович; Киричок, Владислав Сергійович
UKR: У роботі виконано термодинамічний аналіз процесу вуглецевотермічного відновлення сировини, що містить хром, для визначення умов отримання лігатури з низьким вмістом вуглецю. Виконаний шестифакторний експеримент математичного планування з використанням напіврепліки повного факторного експерименту. Отримано рівняння регресії, що дозволяє кількісно визначити оптимальне значення кожного фактора. За допомогою фазового аналізу систем Cr-O-C та Cr-Fe-O-C визначені умови, що забезпечують зниження вуглецю в кінцевому продукті. Розглянуто умови появи метастабільних карбідів. Визначено термодинамічні параметри, що забезпечують стабільність твердих фаз. Розглянуто особливості механізму карбідотермічного відновлення. Введення в шихту заліза створює передумови зниження вуглецю, а також інтенсифікує процес твердофазного відновлення.
Проектування і аналіз схемотехніки інверторного перетворювача для індукційного нагріву
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Зимогляд, Андрій Юрійович; Гуда, Антон Ігорович; Калініна, Наталія Юріївна; Балакін, Валерій Федорович; Ларіонов, Григорій Іванович
UKR: У статті описана схема та конструкція виготовлення лабораторного інвертора, призначеного для індукційного нагріву та плавки. Інвертор може бути легко інтегрований в обладнання лабораторних установок (плавка металу у вакуумному посту). Він може також використовуватися автономно для загартування та плавлення невеликих зразків металів та сплавів. Потужність інвертора регулюється від 0 до 2 кВт, діапазон робочих частот від 50 кГц до 200 кГц, живлення від мережі 220В.
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.
Дресирування гарячекатаного особливотонкого листового прокату із низьковуглецевої сталі
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2022) Куцова, Валентина Зіновіївна; Іванченко, Віталій Георгійович; Котова, Тетяна Володимирівна; Ковзель, Максим Анатолійович
UKR: Дресирування - кінцева операція технологічного процесу виробництва автолистової сталі – впливає на її якість поверхні, властивості та штампованість. Застосування малих обтискувань при дресируванні дозволяє здійснити наклеп поверхневого шару металу і зберігти недеформованими внутрішні шари. В результаті вдається запобігти утворенню ліній зсуву при штампуванні та забезпечити оптимальне поєднання механічних характеристик прокату. Дресирування здійснюється з метою усунення різнотовщинності і хвилястості гарячекатаних листів. На дресирувальних станах докатують лист до заданої товщини. Дресирування травлених листів забезпечує їм більш гладку поверхню. Перевагами дресирування є підвищення здатності матеріалу до глибокої витяжки, зменшення відношення σт/σв і витрат енергії при штампуванні. Проведення дресирування на заключній стадії обробки особливотонких штаб і листів дозволить випускати гарячекатаний прокат з показниками якості, які відповідають вимогам стандартів до холоднокатаного листа. Актуальним є аналіз впливу дресирування на показники якості гарячекатаного прокату товщиною 1,5 мм для автомобільної промисловості із низьковуглецевої сталі. Мета роботи -встановлення впливу дресирування за різними технологічними схемами виробництва на структуру і механічні властивості гарячекатаного особливотонкого листового прокату із низьковуглецевої сталі 08пс. Встановлено, що механічні властивості металу, обробленого за різними технологічними схемами, повністю відповідають вимогам ДСТУ 2834-94 як до гарячекатаного, так і до холоднокатаного прокату. Відпал травленого особливотонкого листового прокату із сталі 08пс суттєво покращує його пластичність в зрівнянні з гарячекатаним станом та сприяє формуванню рівномірної структури металу відповідно до ДСТУ 2834-94. Вибір параметрів та оптимізація процесу дресирування дозволять попередити зниження пластичності матеріалу, покращити механічні властивості гарячекатаної особливотонкої листової низьковуглецевої сталі та підвищити якість дресированих штаб та листів.
Енергоефективні рішення щодо рафінування сталі в електродуговій печі ливарного класу
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Тімошенко, Сергій Миколайович; Нємцев, Едуард Миколайович; Губинський, Михайло Володимирович
UKR: Проведено чисельне моделювання кінетики десульфурації сталі в 3–12 т дугових сталеплавильних печах (ДСП) ливарного класу. У «глибокій» сталеплавильній ванні з коефіцієнтом форми 2,5 та пневматичним перемішуванням швидкість видалення сірки збільшується в 5–6,7 разів, порівняно зі стандартною ванною з коефіцієнтом форми 4,5 без перемішування, за рахунок інтенсифікації масообміну в двофазній області та розвитку плівкової десульфурації. Внесок поглиблення ванни у прискорення видалення сірки становить у середньому 23%. Отримані результати дозволяють очікувати скорочення технологічного періоду в середньому в 1,5 рази, а плавки в цілому на 8−10 %. Економія електроенергії в ДСП малої місткості ливарного класу очікується 60−70 кВтг/т.
Проблеми науково-технічного розвитку металургійного виробництва
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Тубольцев, Леонід Григорович; Петренко, Віталій Олександрович; Селегей, Андрій Миколайович
UKR: Метою даної роботи є дослідження перспективних напрямів сталого розвитку чорної металургії України в сучасних умовах. Розглянуто основні напрямки стабілізації роботи галузі, що включають: вплив держави на розвиток металургійної галузі, проблеми удосконалення сортаменту металургійної продукції, науковий розвиток металургійних технологій, екологічні проблеми чорної металургії, проблеми наукового забезпечення розвитку металургійних технологій, основні напрямки науково-технічних рішень для сталого розвитку металургійного виробництва. Показано, що нині в національній державній політиці не враховуються головні показники розвитку країни – цільові установки, визначення та затвердження критеріїв і параметрів розвитку країни, гласність і контроль їх виконання. Таке становище потребує розроблення промислової політики у металургійній галузі. Аналіз показує, що в країні продовжує загострюватися проблема внутрішнього ринку металопродукції., скорочується сортамент ефективних видів металопродукції, країна все більше орієнтується на експорт сировинних видів металопродукції та напівфабрикатів. Відзначено, що науково-технічний супровід металургійної галузі має одним з основних чинників розвитку та ефективності виробництва. Використання результатів наукових досліджень є одним з головних чинників зменшення витрат енергоресурсів на виробництво металопродукції. Відзначено, що екологічні проблеми можуть вкрай негативно вплинути на перспективи розвитку металургійного виробництва. Таке становище потребує значних інвестицій у розвиток наукових досліджень та створення нових технологій зменшення вуглецевого сліду під час виробництва металопродукції. Аналіз показує, що за рахунок використання наукового потенціалу та з використанням відомих у світовій практиці технологій в Україні є принципова можливість зменшити енергоспоживання на виробництво металопродукції, поліпшити екологічну ситуацію, зменшити викиди парникових газів. Тому сьогодні надзвичайно актуальним є питання науково-технічного забезпечення інноваційного розвитку ГМК України. Першочергові науково-технічні завдання у цьому напрямку полягають у зменшенні витрат енергоресурсів на виробництво металопродукції та досягнення найкращих світових показників. Показано головні стратегічні цілі та пріоритети розвитку ГМК на сучасному етапі.
Випуск 26. Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023)
UKR: Журнал «Сучасні проблеми металургії» спрямований на висвітлення актуальних і нових проблем в галузі технічних наук, механічної інженерії та машинобудування, які присвячені проблемам математичного моделювання, оптимізації, управління технічними системами та технологічними об’єктами в галузі матеріалознавства, прикладної механіки, металургії, машинобудування й авіаційно та ракетно-космічної техніки. Видання охоплює як фундаментальні наукові дослідження, так і прикладні розробки, що сприяють впровадженню новітніх технологій у виробництво та інженерну практику. Особлива увага приділяється міждисциплінарним підходам, які поєднують ІТ-рішення з електронікою та механічними системами, включаючи інтелектуальні системи, автоматизацію, робототехніку, цифрове виробництво та аналіз даних.
Експериментальне дослідження поведінки шарів алюмінію та магнію при прокатці тришарових штаб
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Коноводов, Дмитро Володимирович; Наконечний, Владислав Ігорович
UKR: Сучасні сплави магнію, які застосовуються у автомобільній та аерокосмічній промисловості, схильні до корозії, що обмежує їх використання. Одним з варіантів підвищення стійкості до корозії є використання штаб зі сплавів магнію всередині тришарових штаб, зовнішні шари яких складаються зі штаб іншого металу або сплаву. В роботі розглянуто тришарові штаби зі сплаву алюмінію та магнію, які були отримані методом спільної гарячої пластичної деформації на прокатному стані. Дослідження поведінки шарів різних металів в середині тришарової штаби було виконано з використанням оптичного мікроскопу. Встановлено, що зовнішні шари зі сплаву AW-2017A при прокатці тришарових штаб, обтискаються інтенсивніше, ніж внутрішні шари зі сплаву AZ31. При деформації заготовок із загальною початковою товщиною 12,8 мм зі ступенем деформації по висоті 50%, відносна деформація шарів зі сплаву алюмінію в середньому складає 50 – 52 %, а шарів зі сплаву магнію – 44%. Для штаб з початковою товщиною заготовки 8 мм, спостерігається подібне співвідношення у висотній деформації шарів.
Використання нейромережевих технологій для вирішення задачі класифікації дефектів металопрокату
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Островська, Катерина Юріївна; Балакін, Валерій Федорович; Черський, Сергій Сергійович
UKR: Основною метою роботи є створення програмної системи, що виконує класифікацію дефектів поверхні металопрокату з високою точністю (понад 90%) та високою швидкістю (не більше 1 секунди на 1 зображення) за рахунок використання штучних нейронних мереж. Для досягнення мети необхідно виконати такі завдання: 1) виконати дослідження предметної галузі, визначити можливість використання нейронних мереж для вирішення задачі класифікації дефектів металопрокату; 2) побудувати модель нейронної мережі, придатну на вирішення завдання класифікації видимих дефектів металопрокату; 3) виконати генерацію навчальної, тестової та валідаційної вибірок на основі бази даних дефектів поверхні гарячого металопрокату, наданої Північно-східним університетом (NEU); зробити аугментацію згенерованих вибірок; 4) спроектувати та реалізувати систему класифікації дефектів; 5) провести тестування та обчислювальні експерименти. В результаті роботи було розроблено програмну систему для класифікації дефектів металопрокату на базі нейромережевих технологій, яка здатна менш ніж за 1с часу виконувати класифікацію дефекту на зображенні з точністю не менше 90%.
Математичне моделювання профілювання труб квадратного поперечного перерізу
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Бояркін, В’ячеслав Володимирович; Ремез, Олег Анатолійович; Польща, Олександр Станіславович
UKR: Леговані манганом та бором сталі все ширше використовують в машинобудуванні, у тому числі авто- і сільськогосподарському. Вироби відповідального призначення з таких сталей, у тому числі порожнисті, мають високий рівень механічних властивостей, твердості поверхні та зносостійкості. Такі вироби отримують профілюванням попередньо електрозварних круглих труб гарячою листовою штамповкою або іншими видами обробки тиском (волочінням, холодною прокаткою, штампуванням). Технологічні параметри комбінованих процесів обробки часто визначають за допомогою результатів експериментальних досліджень, що з огляду на складність і вартість матеріалів призводить до значних витрат. Використання математичного моделювання дозволяє зменшити кількість експериментів та прогнозувати якість готових виробів. Дослідження присвячені перевірці можливості отримання квадратних труб проштовхуванням в одній кліті трубоелектрозварювального агрегату та визначенні вимог до геометричних параметрів заготовки.
Застосування непрямих методів оцінки змінення товщини прокату внаслідок впливу зношення обладнання прокатної кліті
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Зінченко, Михайло Дмитрович; Потап, Олег Юхимович; Шибакінський, Володимир Іванович
UKR: На розміри прокату впливають різні чинники, які призводять до коливань товщини і довжини прокату і появи штанг нормальної довжини при порізці на пилах, тому питання підвищення точності розмірів прокату є завжди актуальними. Пристрої вимірювання товщини фасонних профілів прокату складної форми поперечного перерізу є складні комп’ютерні комплекси, які мають високу вартість. Метою дослідження є вивчення можливості контролю розмірів прокату з застосуванням непрямих методів оцінки змінення товщини прокату. Для цього виконали дослідження вимірювання довжини розкатів з застосуванням вимірювача довжини прокату, в основі якого полягає принцип вимірювання довжини прокату по обертах валків. Дослідження роботи вимірювача показали, що застосування мікроконтролера для обробки результатів вимірювання дозволяє підвищити точність вимірювання довжини розкату. Це відбувається урахуванням пробуксування валків відносно прокату при захваті металу і усередненням кількості імпульсів, яка припадає на базову відстань фотодатчиків. Порівняння результатів вимірювання з фактичною довжиною прокату підтвердили можливість застосування цього приладу для вимірювання довжини прокату в потоці. При дослідженні процесу прокатки вимірювалась довжина розкатів після чистової кліті, температура розкатів перед чистовою кліттю, струм двигуна головного привода чистової кліті, товщина прокату. Результати вимірювані показали на наявність низькочастотної складової цих параметрів, яка пов’язана зі зношенням підшипників і калібрів валків, що призводить до збільшення товщини прокату. Зношення підшипників не є стаціонарним процесом, тому компенсація впливу зношення на розміри прокату повинна виконуватись за результатами вимірювання, а не випадково, або в функції часу. Обчислення середніх значень довжини прокату, струму двигуна і температури прокату дозволяє виконувати оцінку змінення товщини прокату внаслідок зношення підшипників і калібрів валків і своєчасно компенсувати його вплив на розміри прокату.
Аналітичні обґрунтування структурних параметрів технічного стану опори п’яти плунжера аксіально-поршневих гідромашин
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Мельянцов, Петро Тимофійович; Лосіков, Олександр Михайлович; Сидоренко, Віктор Кононович
UKR: Проводяться аналітичні дослідження з обґрунтування структурного параметру контролю технічного стану кільцевої опори п’яти плунжера качаючого вузла аксіально-поршневої гідромашини для умов сервісних підприємств. Отримана аналітична залежність зазору у спряженні «кільцева опора п‘яти – опора люльки» від зносу кільцевої опори по висоті та тиску робочої показала, що в якості контролюючого структурного параметра для контролю кільцевої опори п’яти плунжера може бути використана висота кільцевої опори п’яти, за умови рівномірного її зношення. Встановлено, що втрати робочої рідини між кільцевою опорою п’яти і опорою люльки за своїм об‘ємом не впливають суттєво на об‘ємний ККД трансмісії і можуть компенсуватися насосом підживлення.
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%.
Випуск 27. Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», Дніпро, 2024)
UKR: Журнал «Сучасні проблеми металургії» спрямований на висвітлення актуальних і нових проблем в галузі технічних наук, механічної інженерії та машинобудування, які присвячені проблемам математичного моделювання, оптимізації, управління технічними системами та технологічними об’єктами в галузі матеріалознавства, прикладної механіки, металургії, машинобудування й авіаційно та ракетно-космічної техніки. Видання охоплює як фундаментальні наукові дослідження, так і прикладні розробки, що сприяють впровадженню новітніх технологій у виробництво та інженерну практику. Особлива увага приділяється міждисциплінарним підходам, які поєднують ІТ-рішення з електронікою та механічними системами, включаючи інтелектуальні системи, автоматизацію, робототехніку, цифрове виробництво та аналіз даних.
Дослідження впливу довжини зони калібрування монолітної волоки на нерівномірність деформації при виробництві низьковуглецевого дроту
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Коноводов, Дмитро Володимирович; Бояркін, Вячеслав, Володимирович; Бойко, Максим Геннадійович; Івлєв, Олександр Михайлович
UKR: Значну частину в номенклатурі метизів, що виробляються, складає дріт з низьковуглецевих марок сталей. В стандартах, за якими постачається дріт, регламентуються межі його механічних властивостей. На рівень механічних властивостей впливає нерівномірність деформації металу під час процесу волочіння. Одним з основних параметрів, який впливає на нерівномірність деформації металу є конфігурація робочого інструменту, а саме довжина робочої зони та зони калібрування. Виробники інструменту надають відповідні рекомендації з вибору довжини зони калібрування в залежності від діаметра дроту. На підприємствах, у волоках, які були зношені під час попереднього волочіння, розточують зону калібрування до необхідного розміру по діаметру. З огляду на сталість довжини волоки це призводить до зміни співвідношення між довжинами робочої зони та зони калібрування і, як наслідок, до зміни рівня нерівномірності деформації. Рівень механічних властивостей дроту визначають переважно за допомогою результатів експериментальних досліджень, що призводить до значних витрат матеріалу і енергії. В роботі з використанням комп’ютерного моделювання методом скінчених елементів, досліджено вплив довжини зони калібрування на нерівномірність деформації при волочінні дроту зі сталі 1030діаметром 1,85 мм.
Проєктування маршрутів виробництва труб з титанових сплавів на станах ХПТР
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Балакін, Валерій Федорович; Соловйова, Інна Анатоліївна; Николаєнко, Юлія Миколаївна
UKR: Для проєктування варіантів маршрутів виробництва холоднокатних труб з титанових сплавів необхідно: використовувати в кожному проході маршруту всі можливі варіанти обладнання для холодної прокатки металу, обмежуватися уніфікованими розмірами діаметрів та товщини стінки заготовок, розміри вихідної заготовки обмежувати сортаментом заготовок та використовувати режими деформації, що забезпечують максимальне використання пластичних властивостей металу. Метою дослідження є аналіз методик розрахунку маршрутів, технологічних карт, технології, основного та допоміжного обладнання для виробництва труб на станах холодної прокатки труб роликами (ХПТР) з титанових сплавів. Розроблені алгоритми та програмне забезпечення дозволяють вирішити питання проєктування маршрутів виробництва холоднокатаних труб з титанових сплавів на станах ХПТР на базіматематичних моделей процесів деформації.
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.
Дослідження горіння пилоподібного твердого палива та вплив окремих його властивостей на характер протікання початкових стадій горіння
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Ступак, Юрій Олександрович; Хохлова, Тетяна Станіславівна
UKR: У статті розглянуто окремі методологічні підходи до моделювання горіння пилоподібного палива в лабораторних умовах, що сформувалися за останні десятиліття, та окремі результати досліджень горіння поодиноких часток за допомогою високошвидкісної фото-та відеофіксації. Показано, що на сьогодні сформовані чіткі уявлення щодо процесу горіння як поодиноких паливних часток, так і горіння їх у факелі. Зазначено, що для деяких видів палива поділ процесу горіння часток на стадії є вельми умовним, оскільки через природу (походження) паливної сировини окремі стадії можуть накладатися одна на одну або взагалі бути відсутні. Висунуто тезу про те, що незалежно від критеріїв ефективності використання палива для розробки найбільш ефективних технологій його спалювання слід враховувати не тільки специфіку (умови) тих чи інших агрегатів та процесів, але й природу (походження) паливної сировини, що використовується, оскільки вона безпосередньо визначає фізико-хімію процесу горіння. Авторами експериментально підтверджено тісний зв'язок між температурою займання палива та виходом з нього летких речовин, зокрема з’ясовано, що температура займання палива функціонально залежить від вмісту СО в летких речовинах, вихід якого з палива може бути одним з важливих критеріїв при оцінці його горючості (займистості). Висунуто тезу про доцільність використання параметру «температура займання» як такого, який слід враховувати (а в окремих випадках –визначати), оскільки він тісно пов’язаний як з часом до займання часток палива, так і з повнотою його згорання на початкових стадіях, що було доведено експериментальним шляхом.
Дослідження впливу модифікування високодисперсним карбідом кремнію на щільність та макроструктуру виливків із вторинного сплаву системи Al-Si за різних теплофізичних умов затвердіння
(Український державний університет науки і технологій, ННІ ≪Інститут промислових та бізнес технологій≫, ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2024) Селівьорстов, Вадим Юрійович; Доценко, Юрій Валерійович; Селівьорстова, Тетяна Віталіївна
UKR: Представлені результати досліджень визначення впливу модифікування вторинного алюмінієвого ливарного сплаву системи Al-Si високодисперсним карбідом кремнію марки F1200 з розміром часток 1 –3 мкм у кількості від 0,1до 0,3 мас. % на щільність литого металу та макроструктуру циліндричних виливків висотою 150 мм та середнім діаметром 50 мм, що отримані литтям в кокіль та в піщано-глинисту форму з додаванням високодисперсного карбіду кремнію. Дослідження щільності металу виливків, залитих в кокіль та піщано-глинисту форму, що проводили за допомогою гідростатичного зважування зразків на аналітичних вагах, показали наявність впливу модифікування та теплофізичних умов затвердіння на відповідні показники. В металевій формі швидкість затвердіння сплаву вища і структура стає більш щільною (щільність зразків виливків, що отримані в ПГФ, на 2,7% менша в порівнянні з виливками, що отримані в кокілі).У зразках виливків, що були відлиті в піщано-глинисту форму, зі збільшенням кількості SiC значущої зміни щільності сплаву майже не відбувається. Отримані дані свідчать також про те, що, і спосіб отримання виливків, і модифікування сплаву впливають на його макроструктуру.
Improving the Efficiency of the Ferroalloy Smelting Process in Electric Arc Furnaces by Improving Control and Management of Technological Modes
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Nikolenko, Anatolii V.; Nezhurin, Vadym; Kuvaev, Viktor; Verovkin, Oleksandr; Bashko, Volodymyr; Kopysov, Vladyslav; Koliadenko, Oleksandr
ENG: The article addresses the issues of improving the efficiency of ferroalloy smelting in electric arc furnaces by enhancing the control and management of technological regimes. Recent global trends, such as the increase in the production of high-quality alloy steels and semiconductor products, have led to a sharp rise in the demand for ferroalloys and crystalline silicon. In this context, the intensification of technological processes and the optimization of energy consumption in ferroalloy electric furnaces have become particularly relevant. The ferroalloy smelting process is based on the carbothermic reduction of metals from their oxides, occurring at high temperatures with significant heat absorption. Although the mechanisms and kinetics of the main reduction reactions have been well studied, in industrial conditions, the techno-economic indicators of the process are significantly inferior to those achieved in laboratory settings. The extraction rate of target elements decreases to 75–80%, and the energy consumption exceeds the theoretically necessary amount by 1.5–2 times. Traditional approaches to improving the ferroalloy smelting process through the enhancement of furnace designs and the selection of charge materials with specific physico-chemical properties have largely exhausted their potential. In the context of continuously rising energy costs and deteriorating raw material quality, the urgent problem now lies in implementing fundamentally new approaches to technological process control, focused on detailed monitoring and analysis of the furnace’s current state. The authors justify the necessity of transitioning from the "input-output" control system to a more advanced "input-state-output" principle, which enables real-time analysis of the furnace workspace parameters and prompt influence on the course of the technological process. In particular, significant attention is devoted to the development of methods for analyzing the electrical, thermal, and physico-chemical characteristics of the active zone of the furnace, which determine the main transformation processes of the charge. The paper discusses the design features of electric arc furnaces and describes the structure of the workspace for different types of processes - slag-free and slag-forming. It is shown that the distribution of energy among the zones of the charge, the arc, and the melt has a substantial impact on the techno-economic indicators of production. The peculiarities of arc burning, heat transfer processes, and ionization in the gas cavities of the furnaces are studied. The article highlights the main methods for investigating processes in furnaces: probing, analyzing oscillograms of current and voltage, determining the resistances of the charge and melt, as well as modern methods for assessing power distribution across furnace zones based on measurements of electrical parameters. Special attention is paid to the problem of increasing the accuracy of assessing the parameters of energy processes without interfering with the technological process. The authors emphasize the importance of optimizing the modes of electric power supply and the structural parameters of furnaces to ensure the stability of the bath operation, reduce the dispersion of fluctuations, and minimize losses. Methods for selecting optimal electrode immersion parameters, managing charge regimes, and selecting charge materials considering their electrophysical properties are presented. The article makes a significant contribution to the creation of a scientific basis for improving the efficiency of ferroalloy smelting, which is of particular importance in the context of the modern energy crisis and the growing demands for the quality of metallurgical industry products.
Енергозберігаючі технології при виробництві труб
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Губинський, Михайло Володимирович; Угрюмов, Юрій Дмитрович; Губінський, Олексій Володимирович; Мазур, Ігор Анатолійович; Угрюмов, Дмитро Юрійович
UKR: Однією з актуальних проблем України в даний час є нестача первинних енергоносіїв, зокрема природного газу, що обмежує енергоспоживання підприємств. Проблема посилюється поетапним підвищенням вартості енергоносіїв (природного газу, електроенергії), а також іншими причинами, що знижує конкурентоспроможність металургійних підприємств України. Метою даної роботи є аналіз відомих технічних рішень по енергозбереженню в прокатному виробництві, переважно при виробництві гарячекатаних безшовних труб, для подальшого удосконалення виробництва труб. На основі аналізу шляхів енергозбереження при виробництві гарячекатаних труб відзначається головний напрямок енергозбереження в прокатному виробництві – це будівництво прокатних станів поблизу машини безперервного лиття заготовки. В даній роботі розглянуті такі напрямки зниження енерговитрат, як: гарячий посад заготовок в нагрівальні печі трубопрокатних агрегатів; економія природного газу при нагріві термічній обробці; пряме прошивання безперервно литої заготовки на косовалковому стані пілігримового агрегата; термомеханічна обробка труб з прокатного нагріву.
Modeling of Electromagnetic Processes in a Nonlinear Circuit of an Electrolyzer for Pulse Deposition of Metal Coatings
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Bondar, Oleh I.; Siversky, Serhii; Gurin, Yevgen; Koliadenko, Oleksandr; Bashko, Volodymyr; Kopysov, Vladyslav; Pilipenko, Vyacheslav
ENG: The primary objective of this study is to construct a comprehensive analytical model describing the electromagnetic processes in a nonlinear electrical circuit of an electrolyzer operating under pulsed electrodeposition conditions. Special attention is given to the influence of reversed rectangular voltage pulse parameters on the near-cathode voltage drop, deposition current, and the general electrochemical behavior of the system. The goal is to identify optimal operation modes of the pulse power supply that ensure high-quality metal coatings while minimizing energy consumption and structural defects. Methodology. The research employs the method of variable transformation to develop a set of differential equations describing the dynamic behavior of voltage and current in a nonlinear electrolyzer circuit during pulsed operation. The model accounts for critical circuit components: resistive, capacitive, and inductive elements of the electrolyte, as well as nonlinear conductances reflecting electrochemical properties. Analytical expressions for voltage drop and deposition current are derived for both the forward and reverse pulse intervals. The model includes the influence of electrolyte inductance–an often-neglected factor–which significantly alters the current front shape and ultimately affects deposition kinetics and coating characteristics. Numerical simulations are performed to validate the analytical solutions. Results. Closed-form analytical expressions were obtained for the time-dependent near-cathode voltage drop and deposition current under pulsed conditions. It was shown that the electrolyte inductance leads to a rounding of the current front, influencing both the amplitude and stability of the electrochemical reactions. A parametric analysis identified that the optimal pulse duty cycle lies in the range of τ/T ≈ 0.73 to 0.78. Within this interval, the maximum near-cathode voltage drop does not exceed 0.6 V, while the peak voltage and total current remain within safe technological limits (up to 13 V and 150 A, respectively). The average partial discharge current at the cathode remains stable at approximately 70 A, ensuring consistent deposition rates. Scientific novelty. This work introduces a novel analytical approach to modeling pulsed electrodeposition that, for the first time, includes the effect of electrolyte inductance. Unlike existing models relying heavily on numerical simulations, the proposed model allows for direct computation of key process parameters. It enables the derivation of precise criteria for determining the optimal ranges of input pulse parameters–both in amplitude and duration–necessary to avoid the formation of crystalline defects and to achieve uniform, high-quality coatings. These innovations significantly advance the theoretical understanding of pulsed electrochemical processes. Practical significance. The developed model provides a valuable tool for industries that utilize electrochemical metal deposition, including microelectronics, galvanics, mechanical engineering, and power systems. It offers a foundation for designing advanced pulse power supplies with optimized operation modes and supports the development of automated control systems for deposition processes. Furthermore, the model can aid in adapting laboratory results for industrial implementation, improving coating quality, process efficiency, and operational reliability.
Питання зниження витрати метала при виробництві гарячекатаних труб
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро, 2025) Губинський, Михайло Володимирович; Угрюмов, Юрій Дмитрович; Губінський, Олексій Володимирович; Мазур, Ігор Анатолійович; Угрюмов, Дмитро Юрійович
UKR: Розглянуті основні історичні напрямки економії метала при виробництві гарячекатаних безшовних труб на різних трубопрокатних агрегатах, що досягли практичного використання. Зниження витрати металу є одним з основних напрямків зниження витрат при виробництві труб, так як доля вартості заданого металу за вирахуванням відходів складає від 50 до 85%. Виконаний аналіз металовикористання при виробництві гарячекатаних безшовних труб на різних трубопрокатних агрегатах показав, що найбільші технологічні втрати металу мають місце на пілігримових агрегатах за рахунок обрізі металу на пілігримовому стані в затравку та пілігримову головку. Розглянуті основні напрямки зниження цих втрат, при цьому відмічається що найбільш ефективними є прокатка гільзи в стик та розкатка пілігримової головки на вільній ділянці дорна. Також розглянуті питання зменшення окалиноутворення при гарячій прокатці труб шляхом прискореного охолодження виробу водою на виході з чистого калібру та збільшенням швидкості охолодження на повітрі.