В данной статье приведены результаты полного термодинамического моделирования и экспериментальное исследование процесса выплавки среднеуглеродистого ферромарганца с использованием Жездинских марганцевых руд. Полное термодинамическое моделирования процесса выплавки среднеуглеродистого ферромарганца были произведены в программном комплексе «HSC Chemistry 6». Термодинамическое моделирование процесса выплавки проводили в интервале температуры 898-1989 К. Термодинамический анализ для моделирования процесса выплавки осуществлялся для четырех реальных составов шихты в зависимости от основности шлака (CaO/SiO2 - 1,4; 1,6; 1,8; 2,0). По полученным термодинамическим данным были проведены экспериментальные исследование по выплавке среднеуглеродистого ферромарганца в лабораторной высокотемпературной печи Таммана. В качестве шихтовых материалов были использованы марганцевая руда Mnобщ. – 48,23 %, SiO2 – 12.48 %, Al2O3 – 2,76 %, Feобщ. – 3,45 %, ферросиликомарганец марки СМн-17, известь CaO не менее 90 %. Согласно термодинамическим данным установлен оптимальный состав шлака, которое обеспечивает наиболее высокое извлечения марганца в сплав и разделение металл-шлак. Химический состав металла полученного лабораторных условиях следующее, %: Mn – 83-84; Si – 1,5-3; C – 0,95-1,68; P – 0,13-1,6; который соответствует ГОСТу 4755-91. Химический состав шлака, %: MnO – 10,92-17,90; SiO2 19,02-21,45: CaO 36,92-40,43; FeO – 0,33-0,77.

https://doi.org/10.48081/HHSN1365

2023

Выпуск 4

При производстве кремния образуется значительное количество отходов, а именно микро- и наносилика. Микро- и наносилика своими свойствами и структурой сразу заинтересовал ученых многих стран с точки зрения переработки этого материала в новый продукт, обладающий уникальными функциональными свойствами. В статье приведены результаты исследований отходов различных отраслей промышленности – микрокремнезема, как отхода кремниевого производства, изгари цинка – отхода процесса горячего оцинкования и абразивный порошок – отхода механической обработки металлов. Для исследования отходов различных отраслей промышленности авторы использовали метод электронной микроскопии, как наиболее простой и быстрый способ передачи информации о микроструктуре, элементном составе и распределение по размерам зерен. Проведен сравнительный анализ микроструктур и свойств указанных материалов с целью более глубокого понимания природы и прогноза возможности их дальнейшего применения в качестве исходных компонентов для производства новых композиционных материалов.

https://doi.org/10.48081/CBHA5682

2023

Выпуск 4

В статье авторами была получена температурная зависимость вязкости сложного неорганического вещества - хлорида натрия и проведена проверка предложенной математической модели. Вязкость рассматривается как хаосочувствительное свойство жидкости, присущее ей в движении и в покое. Математическая модель вязкости была разработана с использованием распределения Больцмана и концепции хаотизированных частиц. На этой основе построена иерархическая кластерно-ассоциатная модель вязкости, которая учитывает не только образование первичных кластеров, но и вторичных по отношению к ним ассоциатов с возможностью выявления степени ассоциации кластеров. Для адаптации кластерно-ассоциатной модели к экспериментальным данным разработаны определенные приемы обработки данных для идентификации неизвестных параметров модели. Метод обработки данных по вязкости с использованием из всего множества трех реперных точек позволяет определить показатель степени агрегации ассоциатов. При обработке данных по вязкости хлорида натрия был установлен высокий коэффициент корреляции рассчитанных по сравнению со справочными величинами, что указывает на адекватность новой зависимости. Данная модель позволяет прогнозировать поведение вязкости хлорида натрия в более высокий температурный диапазон. Степень ассоциации кластеров с повышением температуры понижается, соответствуя динамике разрушения ассоциатов и вязкости в целом.

https://doi.org/10.48081/OWQK4194

2023

Выпуск 4

Одним из важных элементов сортопрокатного оборудования, обеспечивающего формирование требуемых геометрии и свойств металлопродукции, являются калибрущие валки. Вместе с тем, при прокатке в традиционных калибрах в готовом прокате наблюдаются остатки литой структуры и неоднородности механических свойств металла по сечению. Указанные недостатки можно устранить путем реализации интенсивной пластической деформации (ИПД) в объеме металла. Однако, низкая технологичность большинство технологий ИПД сдерживает их использования в промышленности. Поэтому, разработка и исследование нового способа реализации ИПД в условиях непрерывности технологического процесса, в частности при прокатке в непрерывных станах, является актуальной научно-технической проблемой. В настоящей работе рассматривается новая схема калибровок прокатных валков, обеспечивающая реализацию интенсивных сдвиговых деформаций. Проведен анализ существующих схем прокатки в калибрах и предложена эффективная система калибров для реализации поперечного сдвига. Эффективность новой схемы прокатки оценена на основе анализа напряженно-деформированного состояния по результатам моделирования процесса методом конечных элементов (МКЭ). Установлено, что прокатка полосы в калибрах, реализующих сдвиговые деформации, обеспечивает немонотонный характер пластического течения и более благоприятные показатели напряженно-деформированного состояния металла по сравнению с прокаткой в традиционных калибрах.

https://doi.org/10.48081/ISPR9282

2023

Выпуск 4

Проведено имитационное моделирование процесса литья полых заготовок для производства бесшовных нефтяных труб. Целью работы было исследование влияния геометрической формы на качество и свойства непрерывнолитой трубной заготовки. Параметры моделирования, начальные и граничные условия были выбраны с учетом условий текущего производства. Объектом исследования являлась трубная заготовка диаметром 210 мм. При моделировании процесса литья и затвердевания заготовок использовалась низколегированная конструкционная хромомолибденовая сталь. Для моделирования процессов были созданы трехмерные модели заготовок, а также модели форм. При моделировании непрерывной разливки и кристаллизации полой заготовки учитывалось несколько факторов: скорость разливки, химический состав разливаемого сплава; температура литья; геометрические размеры сечения заготовки. Моделирование литья полых заготовок в программном комплексе «LVM Flow» спрогнозировало формирование безусадочной структуры и снижение микропористости (более 0,85 по критерию Ниямы) заготовки. В результате имитационного моделирования теоретически подтверждено улучшение структуры при использовании полой стальной заготовки в качестве исходной для производства бесшовных горячекатаных труб. На полой заготовке не выявлено признаков усадки и микропористости, превышающих допустимое значение по критерию Ниямы.

https://doi.org/10.48081/CBPX3907

2023

Выпуск 4

В статье показано, как подача влияет на шероховатость режущей поверхности при гидроабразивном резании. Резка осуществляется смесью воды и абразива, которая выбрасывается из сопла с большой скоростью и под высоким давлением. Под воздействием режущего потока происходит эрозия материала, абразивные зерна снимают слой микростружки, а вода эвакуирует их из зоны резания. Любые материалы можно обрабатывать методом гидроабразивной резки. Процесс резки «холодный» и не оказывает термического воздействия на металл. Сложную геометрию можно вырезать. Анализ показал, что шероховатость режущей поверхности не зависит от прогноза основных технологических параметров обработки (давление потока, зернистость, размер, расход абразива, физико-механические параметры материала и др.). Технолог производства испытывает трудности с определением не только шероховатости поверхности реза, но и размеров гладкой и волнистой зоны реза. Отсутствие адекватных теоретических моделей формирования профиля шероховатости не позволяет оптимизировать процесс резания с учетом заданных требований к шероховатости. Возможность оптимизации процесса резания при заданном значении шероховатости позволяет практически использовать его при разработке технологических процессов. Получены зависимости для определения шероховатости характерной части режущей поверхности. Даны рекомендации по снижению количества дефектов, возникающих при гидроабразивной резке. Проведены экспериментальные исследования для подтверждения адекватности полученных теоретических моделей. В результате исследований установлено, что шероховатость обрабатываемой поверхности ухудшается с увеличением подачи. В этом случае износ не распределяется равномерно по сечению. Для уменьшения ширины волновой резки следует уменьшить значение передачи. Ключевые слова: гидроабразивная резка, качество поверхности, режимы резания, шестерня, сопло, режущая головка, расход абразива, эрозионное разрушение металла.

https://doi.org/10.48081/AJOG5498

2023

Выпуск 4

В данной статье описывается исследование, посвященное обсуждению использования возобновляемых источников энергии для снижения расхода топлива и снижения мощности путем создания механической энергии путём обоснования конструкции лопастей ветряной турбины с двумя или тремя лопастями – длина каждой лопасти составляет 0,22 метра, а угол наклона лопасти составляет 2 градуса для достижения максимальной мощности ветра, как показывает моделирование в зависимости от предела Бета. Программа Solidwork использовалась для проектирования турбины и определения ее момента инерции и начальных параметров. Использование программы Matlab предназначалось для моделирования системных уравнений, определения коэффициента мощности турбины в зависимости от идеального угла наклона (бета) и передаточного отношения законцовки (лямбда), механической мощности для привода различных небольших механических устройств, с предполагаемой мощностью 1400 Ватт. Описываются полученные результаты ветряной турбины, которая дает оптимальную мощность, необходимую при скорости ветра около 31,5 м/с (113,4 км/ч), а при меньшей скорости ветра устройство может работать с меньшей эффективностью. В противном случае высокая скорость обеспечивает максимальную эффективность.

https://doi.org/10.48081/DCZW7901

2023

Выпуск 4

Материалы с фазовым переходом (МФП) аккумулируют скрытую теплоту. По мере повышения температуры источника тепла химические связи внутри МФП разрушаются, поскольку имеет место фазовый переход. При сохранении теплоподвода материал начинает плавиться по достижению температуры фазового перехода. Затем температура остается постоянной до тех пор, пока процесс плавления не завершится. Тепло, запасаемое в процессе фазового перехода материала, называется скрытой теплотой. В идеале охлаждение автомобильного двигателя нежелательно с термодинамической точки зрения. Если бы можно было снизить скорость теплопередачи от топливных паров к металлу, то при определенном расходе топлива тепловой КПД двигателя увеличился бы. Однако можно уменьшить тепло, отводимое через радиатор, и, следовательно, уменьшить размер радиатора. Поэтому управление температурным режимом силовой установки крайне необходимо для обеспечения надёжности и долговечности двигателя . Один из наиболее доступных технически и коммерчески вариантов решения данной проблемы — это применение систем аккумулирования латентной теплоты. Несмотря на то, что существуют многочисленные работы и обзоры, затрагивающие эту тематику, автор надеется обратить внимание на некоторые аспекты выбора материала и расчётной математической модели для таких систем.

https://doi.org/10.48081/NOWD5861

2023

Выпуск 4

В данной статье представлены результаты петрографических и термографических исследований высокоосновных марганцевых руд месторождения «Ушкатын III». Высокоосновные марганцевые руды месторождения «Ушкатын III» характеризуются низким содержанием фосфора при одновременном высоким содержанием окиси кальция в руде. Поэтому данную руду можно рассматривать как комплексное сырье для производства марганецсодержащих сплавов. Для получения объективной картины применимости высокоосновных марганцевых руд для металлургического передела были проведены рентгенофазный, минерало-петрографический и термографический анализ. В результате рентгенофазового анализа выяснилось, что основная фаза представлена кальцитом (CaCO3), браунитом (Mn2O3∙MnSiO3) и биксбиитом (Mn,Fe)2O3, а также присутствует в небольшом количестве гематитовая фаза (Fe2O3). В том числе в ходе работ были изучены текстурно-структурные особенности минералогического состава рудных и нерудных составляющих. Микроскопическими исследованиями установлено, что пробы высокоосновных марганцевых руд представляют гаусманитовую руду (Mn3O4) полосчатого строения благодаря чередованию блестящих тёмных прослоев плотного мелко-кристаллического гаусманита и более светлых нерудных полос, состоящих из карбоната с небольшим количеством хальцедона (SiO2) и местами кристаллическим тефроитом (Mn2SiO4). Далее диффернциально-термическим анализом были определены фазовые превращений высокоосновной марганцевой руды в виде кривых линий. По результатам комплексного анализа высокоосновных марганцевых руд месторождения «Ушкатын III» доказана возможность применения как сырье для выплавки марганецсодержащих ферросплавов.

https://doi.org/10.48081/WLJX8085

2023

Выпуск 4

В этой статье приведены результаты расчетов термодинамических параметров бинарных систем Fe-Cr и Fe-Ti на базе их диаграмм состояний с применением осмотического коэффициента Бъеррума-Гуггенгейма, для области кристаллизации железа от активности железа идеального α-γ раствора для вышеуказанных систем. При расчете линий фазовых равновесий в системах Fe-Cr и Fe-Ti установлено, что коэффициент Бъеррума-Гуггенгейма может служить в качестве оценочного параметра характеризующего роль обменных сил между атомами, и по его размерности (Фi><1) можно качественно судить о характере межмолекулярного взаимодействия в системе. Результаты настоящей работы позволили корректно решить прямую задачу Гиббса, а именно, получить аналитическую зависимость составов фаз от температуры при фазовых равновесиях на основе закономерностей формирования фаз. Показано, что с помощью осмотического коэффициента Бьеррумма-Гуггенгейма (Фi) детально может быть определено реальное равновесие в изучаемой системе и получено их корректное аналитическое выражение. При расчете линий фазовых равновесий в системах с различным характером взаимодействия компонентов установлено, что коэффициент Бъеррума-Гуггенгейма может служить в качестве оценочного параметра, характеризующего роль обменных сил между атомами.

https://doi.org/10.48081/BQPI6828

2023

Выпуск 4