К одним из первых упоминаний о применении жидкого стекла в литейном производстве относятся работы А.И. Жилина, И.Н. Завьялова середины 30-х гг. XX в. В это время отверждение жидкого стекла осуществлялось сушкой, с целью ускорения процесса затвердевания. Внедрение жидкого стекла, отверждаемого химическим путем, в литейном производстве для приготовления форм и стержней в СССР было начато в 1948-1949 гг., что позволило сократить технологический процесс, повысить производительность производства, снизить трудоемкость и значительно уменьшить брак отливок. Но с перечисленными выше положительными чертами при продувке формы углекислым газом литейщики столкнулись с трудностями при применении СО2-процесса. Такими трудностями оказались наличие пригара и затруднительная выбивка стержней, что препятствует активному внедрению процесса химического твердения. Основной причиной недостатков при химическом отверждении оказался передув химического реагента, то есть углекислого газа. Оптимальным и научно доказанным временем отверждения жидкого стекла является стехиометрическое отношение коэффициентов в определенном уравнении реакции. Чрезмерное время продувки жидкостекольных смесей при отверждении углекислым газом приводит к понижению прочности фасонного изделия. Этот недостаток во многом зависит от значительного накопления в формовочной смеси легкоплавкого гидрокарбоната натрия, приводящего к возникновению термического пригара. Одной из причин возникновению термического пригара является появление гидрокарбоната натрия, имеющего низкую температуру плавления, приводящую к легкоплавким включениям, которые и приводят к появлению пригара. Убрать легкоплавкий гидрокарбонат возможно при добавлении в разделительное покрытие растворимых в воде солей меди.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
2022. — Выпуск 3
Содержание:
Технологические трубопроводы работают в разнообразных условиях, находятся под воздействием значительных давлений и высоких температур, подвергаются коррозии и претерпевают периодические охлаждения и нагревы. Эксплуатируются они при различных температурах окружающей среды. Согласно общепринятой классификации, технологические трубопроводы по температуре транспортируемой среды разделяют на холодные (температура ниже 0 °C), нормальные (температура от 0 до 50 °C) и горячие (температура более 50 °C). В большинстве нормативных документов на трубную продукцию из массово применяемых марок стали определена максимальная температура эксплуатации до 80 °C. В СТО Газпром 2-4.1-713-2013 «Технические требования к трубам и соединительным деталям» верхняя граница температур эксплуатации установлена на отметке 120 °C. При этом фактическая температура транспортируемой среды может существенно превышать эти значения. На базе института было проведено исследование механических характеристик марок сталей, используемых в технологических трубопроводах, - сталь 20, 09Г2С, 13ХФА, 17Г1С-У. Проведен анализ прочностных свойств (предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение) при повышенных (до +250 °C) и пониженных (до -80 °C) температурах. Выполнен анализ вязкопластических свойств при испытании на ударный изгиб образцов Шарпи, построены зависимости ударной вязкости от температуры в интервале от -100 до 0 °C. Представленные в статье результаты позволяют лучше понять влияние температуры эксплуатации на механические свойства трубопровода из различных марок стали.
Ключевые слова
В работе исследовано влияние основных операций изготовления латунных шаровых кранов (выплавки, непрерывного литья цилиндрических заготовок, горячей штамповки корпуса детали, механической обработки и последующего поверхностного гальванического никелирования) на качество готового крана. При этом оценивались сплошность материала, т. е. наличие или отсутствие макро- и микротрещин и его твердость. После каждой из названных операций с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов (JEOL JSM 7001F и Carl Zeiss Axio Observer D1m) детально изучена микроструктура и измерена твердость отдельных фаз на микротвердомере Futur Tech FM-800. Установлено, что несплошности материала в литой заготовке по ее поперечному сечению и длине прутка отсутствуют, но отмечаются характерные для литой структуры неоднородности по форме, размеру и количеству основных структурных составляющих, в некоторых местах зафиксированы сплошные цепочки из частиц Pb по межфазным α/β границам. При последующей горячей штамповке полуфабрикатов микротрещины формируются на частицах свинца и неметаллических выделений, образованных элементами-примесями: железом и кремнием. Прочность (твердость) в разных частях штамповки неодинакова из-за разной величины горячего наклепа вследствие различий в степенях деформации и последующей рекристаллизации. В целом твердость деформированной латуни выше литого состояния. В готовом изделии определены зародыши микротрещин, однако технологический этап, когда они формировались, указать определенно нельзя. Они могли быть унаследованы от штамповки или образоваться позднее при обработке резанием в результате действия внутренних напряжений.
Ключевые слова
В 2019 году была проведена модернизация линии воздушного охлаждения стана 170 ПАО «ММК». Она была направлена на получение сорбитизированной катанки непосредственно на стане. Применение такой продукции позволяет отказаться от одной промежуточной операции термической обработки в процессе производства проволоки, а также повысить стабильность механических свойств готовой проволоки, производимой из такой катанки. Учитывая особенности укладки катанки на линии воздушного охлаждения за прокатным станом, со стороны метизных предприятий предъявляются следующие требования к равномерности механических свойств получаемой катанки: не более 40 Н/мм2 по длине витка, 50 Н/мм2 по длине мотка, 60 Н/мм2 по плавке. При анализе образцов проката из стали марок 70-75 диаметром 5,5-6,5 мм было выявлено, что полное соблюдение требований метизных предприятий на действующих прокатных станах затруднено. По заказу ПАО «ММК» в рамках научных исследований по освоению технологии производства катанки на линии воздушного охлаждения была разработана математическая модель, адекватность которой была доказана с помощью разработки режимов прокатки на ее базе с последующей оценкой полученной продукции. При дальнейшем анализе полученного проката было обнаружено, что произведенная по новым режимам продукция в большей степени отвечает требованиям по неравномерности механических свойств по длине витка, мотка и партии.
Ключевые слова
В производстве и транспортировке электрокабельной продукции, труб в бухтах из черных и цветных металлов, медных шин используются тарные металлические барабаны, которые имеют большой диапазон размеров и позволяют размещать продукцию весом до нескольких тонн. В отличие от деревянных тарных барабанов, которые, как правило, имеют однократное применение, металлические тарные барабаны, обладающие большой конструктивной жесткостью, используются многократно. Жесткость барабанов обеспечивается использованием металлических гофрированных щек, выполненных в виде колец. Гофрированные кольцевые щеки в настоящее время изготавливаются холодной штамповкой на прессах. Целью настоящей работы явилась разработка альтернативной технологии получения кольцевых гофрированных полос с использованием конических зубчатых валков. В практике прокатного производства при изготовлении специальных видов проката, например, тонких дисков, используют конические валки. Применение конических валков позволяет в результате неравномерной деформации по ширине полосы получать изделие требуемой кривизны. Вместе с тем из анализа методов и оборудования получения гофрированных полос и лент с продольными и поперечными гофрами все большее применение получают технологии гофрирования с использованием зубчатых валков. Исходя из этого, для получения кольцевых гофрированных полос целесообразно использовать сочетание этих двух технологий и осуществлять процесс гофрирования в конических зубчатых валках. В работе предложена методика расчета геометрических параметров формовочного инструмента, изготовлена опытная установка для получения гофрированных колец и проверки разработанной методики. Конические зубчатые валки были изготовлены в технопарке института Опытного машиностроения ЮУрГУ (НИУ) на 5-координатном обрабатывающем центре с ЧПУ типа MNV-4000 фирмы MoriSeiko (Япония). Выполненные на установке работы по моделированию процесса получения кольцевых гофрированных колец подтвердили возможность использования разработанной методики расчета геометрических параметров валков, позволили выяснить особенности изготовления кольцевых гофрированных полос и разработать проект опытно-промышленного стана, предназначенного для производства щек для тарных барабанов.
Ключевые слова
В современном волочильном производстве при изготовлении проволоки в настоящее время применяются прямоточные станы, на которых скорость волочения достигает 45 м/с. В настоящей работе проведены исследования влияния технологических параметров процесса волочения, а именно скорости волочения, угла монолитной волоки, коэффициента вытяжки, диаметра проволоки на скорость деформации. Для анализа использовался метод числового эксперимента (компьютерного моделирование) и расчетный метод (математическое моделирование). Компьютерное моделирование процесса волочения проводилось на проволоке d = 3 мм из стали марки 10. В процессе волочения при варьировании технологическими параметрами разброс значений скорости деформации составляет от 20 до 12 000 с-1. Результаты исследований показали, что максимальная скорость деформации при волочении в монолитных волоках может превышать двукратно среднюю скорость деформации. Угол волоки оказывает существенное влияние на равномерность распределения скоростей деформации по сечению проволоки. Повышение величины полуугла волоки α с 3 до 8° приводит к повышению скорости деформации до 2,5 раза. Локализация высоких скоростей деформации при больших полууглах волок сосредоточена в центральной части проволоки. Увеличение скорости волочения с 5 до 45 м/с приводит к повышению скорости деформации в 10 раз. Результаты определения средней скорости деформации расчетным методом и компьютерным моделированием в программе QForm показали высокую сходимость, что говорит о возможности и обоснованности использования расчетного метода для оценки влияния технологических параметров на скорость деформации в процессе волочения.
Ключевые слова
Одной из важнейших задач повышения эффективности производства бесшовных труб является повышение качества выпускаемой трубной продукции при сохранении оптимального коэффициента расхода металла и использования имеющихся технологических материалов. Дальнейшее развитие и совершенствование технологии процессов обработки металлов давлением при производстве труб непосредственно связаны с изучением взаимодействия применяемого инструмента и заготовки. Современный этап развития производства бесшовных горячекатаных труб и ужесточение требований к характеристикам готовой трубной продукции в значительной мере влияет на эксплуатацию трубопрокатного инструмента. Увеличение длины прошиваемой заготовки и увеличение содержания легирующих элементов в стали (труднодеформируемые и коррозионностойкие) резко ухудшают условия эксплуатации и снижают износостойкость, особенно оправок прошивного стана. Высокая интенсивность износа инструмента не позволяет обеспечить постоянство требуемого качества выпускаемой продукции. К оправкам предъявляются высокие требования, так как они работают в сложных экстремальных силовых и тепловых условиях. Решение вопроса о повышении эксплуатационных характеристик оправок зависит от изучения условий их работы и установления основных причин, определяющих износостойкость. В данной работе приведены результаты оценки воздействия различных факторов, влияющих на износостойкость оправок прошивного стана, и по результатам проведенного анализа определены наиболее значимые параметры, оказывающие наибольшее влияние на эксплуатационные характеристики, что позволяет определить мероприятия, направленные на увеличение износостойкости. Используя современные технологии и возможности производства трубопрокатного инструмента, а также внедряя в технологические операции производства труб новые технические решения, возможно повысить износостойкость трубопрокатного инструмента и обеспечить стабильно высокое качество производимых труб.
Ключевые слова
В работе рассмотрены вопросы, связанные с механической неоднородностью тавровых сварных соединений, а именно влияние механических характеристик «твердых» швов на напряженно-деформированное состояние соединений, нагруженных растяжением. Известно, что механическая неоднородность характерна в той или иной степени для всех сварных соединений. Сознательное регулирование геометрических размеров и механических характеристик «твердых» швов позволяет повысить работоспособность всего сварного соединения даже при наличии непроваров. Такой процесс называется оптимизацией сварных швов. Целью настоящей работы являлось определение возможности и условий использования механической неоднородности в сочетании с регулированием геометрических параметров швов для оптимизации и повышения работоспособности тавровых сварных соединений с непроварами в корне шва. Исследования выполнены с применением метода конечных элементов, базирующегося на теории пластического течения, и кинематической теоремы предельного равновесия. В работе приведены и рассмотрены наиболее характерные напряженно-деформированные состояния тавровых соединений с дефектом типа непровар при различных сочетаниях геометрических параметров со степенью механической неоднородности сварных швов. На основе полученных данных построены соответствующие зависимости максимальных эквивалентных напряжений и деформаций для конкретных теоретических моделей от механических характеристик швов. По результатам исследования методом конечных элементов и ранее полученных наработок предложена математическая модель для проектирования равнопрочных тавровых соединений с «твердыми» швами при наличии центрального непровара. Также были обозначены граничные условия их применения и определена необходимость и перспективы дальнейшего исследования. Результаты данных исследований могут быть использованы как в производстве строительных конструкций, так и в машиностроении.
Ключевые слова
Введение. Качественная реализация металлургических и иных технологий в настоящее время совершенно немыслима без автоматизации. Поэтому задача построения высококачественных систем автоматического управления технологическими процессами в металлургической и других отраслях промышленности является в настоящее время вполне актуальной. Цель исследования. Найти формализованное решение задачи выбора структуры и настроек автоматических регуляторов применительно к регулируемым участкам со свойствами и характеристиками, которые наблюдаются прежде всего в металлургических печах. Материалы и методы. В статье проведен анализ современного состояния проблемы, указаны характерные особенности известных в литературе методов решения данной задачи, в частности, регуляторов с моделью и с управлением по прогнозу. Установлено, что нельзя признать окончательно решенной проблему выбора и настройки автоматических регуляторов. Результаты. Предложено решение задачи структурно-параметрического синтеза регуляторов по эталонной передаточной функции замкнутой системы, выбор которой детально обоснован в работе. Указано, что данный подход дает однозначные ответы на вопросы о том, какой регулятор следует использовать для данного объекта управления и каковы должны быть его настройки. Это является весьма значимым достоинством предлагаемого решения. На основе проведенных исследований показано, что сконструированные таким образом для металлургических объектов системы автоматического регулирования (САР) обладают должными запасами устойчивости и приемлемым качеством переходных процессов. Для случая неформализованного выбора типа регулятора из ПИД-семейства разработаны процедуры численной оптимизации его настроек по дифференциальному уравнению объекта управления, параметрическая идентификация которого может быть проведена как по экспериментальной кривой разгона, так и по экспериментальной переходной функции работающей замкнутой САР. Приведены результаты настройки ПИ-регулятора давления в рабочем пространстве методической печи. Для объектов управления, оснащенных позиционными исполнительными устройствами, замена которых часто не выгодна по тем или иным соображениям, решена задача численной настройки двухпозиционных и трехпозиционных систем автоматического регулирования. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при конструировании современных САР локальных параметров в металлургической и других отраслях промышленности.