ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ МЕТАЛУ ПІД ЧАС ВИРОБНИЦТВА АЛЮМІНІЄВОЇ КАТАНКИ

Запропоновано методику розрахунків температурного графіка в технологічній лінії ливарно-прокатного агрегату з виробництва алюмінієвої катанки, яку створено на підставі аналізу літературних джерел, присвячених математичному моделюванню подібних процесів. Прогнозування температури металу здійснюється з використанням існуючих формул і рівнянь, за допомогою яких обчислюють змінювання температури зливка у процесі охолодження кристалізатора водою; повітряне охолодження заго- товки на шляху від кристалізатора до прокатного стана та катанки під час укладання її в бунт; змінювання температури штаби протягом гарячої прокатки; зменшення її температури за примусовим охолодженням емульсією у прокатному стані та катанки у гартувальному пристрої. Похибка прогнозу температури заготовки на виході з ливар- ного колеса складає 1,7%, а перед прокатним станом 0,8%. Розрахункова темпера- тура катанки на виході з прокатного стана відрізняється від фактичної на 3%, а після гартувального пристрою розбіжність складає 1,3%. Модельна температура катанки у кінці технологічної лінії майже співпадає з фактичною. Наявність математичної моделі термограми алюмінієвого зливка дає змогу дослідити вплив різноманітних теплових втрат, що відбуваються за кристалізації металу, на температуру заготовки після ливарного колеса, зафіксувати та зрозуміти характер змінювання температури штаби від першої до останньої кліті прокатного стана, обчислити температуру катанки після її охолодження в гартувальному пристрої. Все це дає змогу обґрунтовано кори- гувати технологію на окремих ділянках ливарно-прокатного агрегату й удосконалю- вати алгоритми управління технологічними параметрами та механізмами.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РОЗРАХУНКОВЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ КАРБОНІЗАЦІЇ НИЗЬКОЩІЛЬНИХ ВУГЛЕЦЕВИХ КОМПОЗИТІВ ЗА ТЕРМОХІМІЧНОГО ЗМІНЮВАННЯ ЇХ КОМПОНЕНТІВ

Під час карбонізації вуглецевих композитів відбуваються складні фізико-хімічні перетворення в об'ємі полімерної матриці та утворювачів пор зі створенням коксо- вого залишку, а також виділення летких газоподібних речовин різного хімічного складу. Встановлено, що об'ємні та лінійні усадки феноло-формальдегідної смоли за карбонізації мають три характеристичні температурні інтервали. За карбонізації смоли до температури 673 К спостерігають незначне збільшення значень усадки, з підвищенням температури до 873 К зафіксовано різке збільшення її значень, а за наступного підвищення температури до 1073 К змінювання усадки має плав- ніший характер. Результати визначення модулів пружності волокнистих матеріалів і вспіненого порошку феноло-формальдегідної смоли показали, що його значення з підвищенням температури поступово зменшується і за температури 1200 К має практично постійну та мінімальну величину. Експерименти щодо визначення харак- теристик міцності компонентів суспензії дали змогу встановити, що з підвищенням температури відбувається поступове пониження зазначених характеристик, які за температури 1273 К стають достатніми для забезпечення міцності кінцевого мате- ріалу. Змінювання усадки низькощільного вуглецевого композиту зумовлено термо- хімічними перетвореннями, що відбуваються з його компонентами у процесі карбо- нізації. До температури 500 К відбуваються змінювання в матеріалах-утворювачах пор, з подальшим підвищенням температури починають виділятися газоподібні речо- вини як результат перетворення матричного матеріалу (феноло-формальдегідної смоли) на полімер сітчастої структури. Міцність композиту під час карбонізації різко змінюється за температури вище ніж 400 К і досягає свого максимального значення ~ 1,2 МПа за температури 900 К.

ГІДРУВАННЯ АКТИВОВАНОГО ГУБЧАСТОГО ТИТАНУ

Процес гідрування виконували у три етапи на губчастому титані марки ТГ-100 з розміром часточок в інтервалі від 2 до 5 мм. На першому етапі процес гідрування здій- снювали на вихідному матеріалі – губчастому титані з розмірами часточок –12 +5 мм і –30 +10 мм. На другому етапі гідрування використовували механічно активований ТГ-100. На третьому етапі гідруванню піддавали суміш механічно активованого ТГ-100 з гідридом титану. В процесі утворення гідриду титану виділено чотири основні стадії: фізичну адсорбцію молекул водню на поверхні металу; дисоціацію молекул водню на активних центрах металевої поверхні; дифузію атомів водню всередину поверхневого шару металу та впорядковане розміщення водню в порожнечах металевої матриці з утворенням гідриду (β-фази). Встановлено, що температура початку активного погли- нання водню для початкового ТГ-100 складає 793 К, для механічно активованого губчас- того титану – 573 К, а для механохімічно активованого матеріалу – 503 К. При цьому повний час гідрування початкового ТГ-100 складає 1380 хвилин, для механічно акти- вованого – 1140 хвилин і для механохімічно активованого – 780 хвилин. Механохімічна активація губчастого титану дає змогу скоротити тривалість процесу гідрування прак- тично на 46%. При цьому масова доля водню в гідриді титану складає від 3,63 % до 3,84 % за масою, максимальна температура процесу встановилася в межах від 863 К до 918 К, а час досягнення максимальної температури складає від 120 хв. до 240 хв. Вихід гідриду титану до досягнення максимальної температури складає для початкового ТГ-100 35,4 %, для механоактивованого – 50 %, механохімічно активованого – 59,4 %.

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛЕГОВАНИХ МЕТАЛУРГІЙНИХ ВІДХОДІВ ЯК ВТОРИННОЇ РЕСУРСОЗБЕРІГАЛЬНОЇ РЕЧОВИНИ

Виконано аналіз сучасного стану щодо досліджень хімічного та фазового складу техногенних відходів на основі шлаків алюмотермічного виробництва лігатур та окалини швидкорізальної сталі Р6М5. Методом рентгеноструктурного фазового аналізу встановлено фазовий склад зазначених від-ходів. Мікроструктура досліджених матері- алів характеризувалася розупорядкованістю частинок різного розміру та форми. Вміст вольфраму та молібдену на досліджених ділянках окалини сталі Р6М5 складав у межах 3,45…10,73% та 2,17…6,65% відповідно. Також виявлено ділянку із вмістом хрому та ванадію відповідно 1,23% та 1,18%. Вміст кисню на досліджених ділянках становив у межах 8,52…23,16%. У зразках шлаку виробництва лігатури МФТА виявлено фази Al75Mo20W5, Mo(Si,Al)3, які мають бути присутніми у вигляді металевих вкраплень. Дослідження шлаків алюмотермічного виробництва виплавляння лігатур АХМ-50 та АМВТ свідчать, що основа складається із сполуки CaAl4O7. Шлак алюмотермічного виробництва та окалину швидкорізальної сталі було використано як компоненти шихти для виплавляння легуючого та розкислювального сплаву. Введення окалини швидко- різальної сталі до шихти дає змогу забезпечити заданий ступінь легованості сплаву тугоплавкими елементами, а введення шлаку алюмотермічного виробництва у межах 4,5…14,5% дає змогу підвищити легованість сплаву, а також його десульфурацію.

CONFORMITIES TO LAW OF FORMING LAYER FOR POLYDISPERSE PELLET CHARGE ON SINTER BELT

Motion of pellet charge on the loading tray on a sinter belt is accompanied not only by the change of its grain-size composition, but by segregation processes, id est. by the redistribution of charge of different size particles for the most part friable material. The result of this process is formation of local discontinuity with pre-dominance of content for particles of certain factions. The traditional method for analysis of work for loading tray on the basis of factious classification does not allow to educe and analyze appearing heterogeneity in the most part friable material. It results in errors at the calculation for action of the system of the automated control by sintering process and ignoring of notational of the use of segregation of particles of friable material for optimization of technological process. The use of balance method enables to specify and spread understanding of mechanism of processes which take place during motion of pellet charge in relation to the loading tray, and also to form theoretical pre-conditions for the choice of the rational modes of operations of agglomeration separation of sintering plant. It is set that at monotonous increase of angle of slope for loading tray the segregation phenomena increase in a pellet charge, and after achievement of the defined value – go down, id est. have extreme character. Mentioned features of forming of layer for polydisperse material in the conditions of inconstancy of mechanical properties of its separate factions it is possible to take into account at the use of balance of grain-size composition of charge, loaded on a sinter belt, and charge, being on it, when conditional middle diameters of particles of their components must be equal. On the basis of the set conformities to law of forming of friable of structure of layer the method of authentication of grain-size compositions of pellet charge mixture is in theory reasonable in every its horizon taking into account a segregation during loading.

ВДОСКОНАЛЕННЯ ПІДГОТОВКИ ТВЕРДОГО ПАЛИВА ДО ТЕПЛОВОЇ ОБРОБКИ АГЛОМЕРАЦІЙНОЇ ШИХТИ

Досліджено механізм дроблення агломераційної шихти в агрегаті з метою оптимізації його роботи, а також особливості горіння твердого палива під час агломерації. Головним джерелом енергії агломераційного процесу є теплота горіння твердого палива, яким є коксова дрібниця або антрацитовий штиб. Підготовка палива полягає в його подріб- ненні до необхідного фракційного складу в дробильно-подрібнювальних установках. Встановлено залежності між температурою в зоні горіння й газодинамікою шару агло- мераційної шихти від фракційності використовуваного палива, а також між інтенсив- ністю горіння та складом газів у зоні горіння. Виявлено, що під час горінні коксової дрібниці фракцією 0,5…3,0 мм зафіксовано вищу температуру порівняно з горінням фракції 3,0…5,0 мм; інтенсивність горіння збільшується внаслідок тоншого подрібнення коксової дрібниці, що призводить до зниження вмісту монооксиду вуглецю в газах, що відходять. У роботі описано схему процесу дроблення твердого палива у чотири- валковій дробарці а також наведено систему рівнянь, що описує зазначений процес. Для визначення оптимальної продуктивності дробарки виконано серії експериментів щодо подрібнення коксової дрібниці й антрацитового штибу. Аналіз одержаних резуль- татів показує, що за стабільним режимом дроблення спектр фракційності роздрібнюва- ного палива залежить від його природних властивостей. Здійснено дослідження щодо встановлення часу вигорання кондиційної фракції твердого палива. Дослідження меха- нізму дроблення у валковому агрегаті дозволили зробити висновок про необхідність змінювання схеми дроблення палива з його попереднім розсіванням, з метою зниження впливу стиральних навантажень на подрібнюваний матеріал.

ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ТЕРМІЧНОЇ АКТИВАЦІЇ БОКСИТІВ

Розглянуто сучасний стан та питання зниження енергетичних витрат і собівартості виготовленої продукції за рахунок вдосконалення технологій у сфері видобутку глино- зему та виробництва алюмінію. Наведено можливість використання генераторного газу для опалювання трубчатих обертових печей під час випалу бокситів. Запропоновано технологію застосування генераторного газу, якого видобувають з дешевої біомаси (як основного джерела для газифікації на відміну від рідких видів палива), а також дає змогу вирішити низку суміжних питань, а саме утилізацію деревних відходів, відходів сільськогосподарського виробництва, бурого вугілля та ін. Описано фізичне моде- лювання процесу випалу низькоякісної алюмінійвмісної сировини у трубчатих обер- тових печах за її переробки способом «термохімія-Байєр». Виконано аналітичні дослі- дження температурного режиму процесу термічної активації низькоякісного бокситу та описано фізико-хімічні перетворення матеріалу на кожній стадії експерименту. Розроблено рекомендації щодо модернізації системи опалення трубчастої обертової печі під час термічної активації бокситів. Розглянуто можливість переведення опалення печі з природного газу на альтернативне паливо – генераторний синтез-газ. Доведено економічну доцільність запропонованої модернізації.

ОГЛЯД СУЧАСНИХ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ВІД ПИЛУ В МЕТАЛУРГІЇ

Одним з ефективних способів захисту організму працівника від промислового пилу є пропускання запиленого повітря через фільтрувальний матеріал. Зазначений спосіб застосовують як в респіраторах, так і фільтрах для очищення повітря або промислових газів. Показниками, що характеризують роботу фільтрів є коефіцієнт проникності, ефективність, час захисної дії, опір вдиху та видиху (для респіраторів) та інші. У статті описані сучасні матеріали для фільтрації газів, в тому числі повітря, їх властивості, переваги та недоліки, особливості застосування. Для матеріалів на основі перхлор- вінілу, що раніше широко застосовувалися, знижується ефективність очищення за температури повітря вище 301 К і високої вологості. Замість них пропонуються філь- трувальні матеріали на основі ультратонких волокон сополімеру стиролу й акрилоні- трилу, а також одержаних з розплаву поліпропілену з нанесенням електростатичного заряду. Для тонкого очищення газів за підвищеної температури, застосовують фільтри з кераміки, тонковолокнистої вати з нержавіючої сталі, які мають високу міцність і стій- кість до змінних навантажень.

ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ МОДИФІКОВАНОЇ ФТАЛІМІДОМ ЕПОКСИДНОЇ МАТРИЦІ МЕТОДОМ ІЧ-СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛІЗУ

Для формування полімерних матеріалів як основний компонент для зв’язувача використовують епоксидний діановий оліґомер ЕД-20. Для зшивання епоксид- ного оліґомеру за кімнатної температури застосовують твердник поліетиленполі- амін ПЕПА. Підвищення властивостей епоксидної матриці досягали шляхом вико- ристання модифікатора фталіміду (ізоіндолін-1,3-діон) за вмісту q = 0,25 мас. ч. на q = 100 мас. ч. епоксидного олігомеру ЕД-20. Досліджували активність поверхні моди- фікатора методом ІЧ-спектрального аналізу. Встановлено присутність активних груп: -NН-, О-Н, С-Н, С-N у діапазоні хвильових чисел ν = 3202…1971 см–1, карбонільних С=О – за ν = 1759 см–1, амідних – у діапазоні хвильових чисел ν = 1604…1467 см–1, аміногруп – у діапазоні хвильових чисел ν = 648…794 см–1, що вказує на каталітичну активність модифікатора. Додатково проаналізовано динаміку змінювання інтенсив- ності пропускання, відносної площини смуг вихідної та модифікованої матриць, що дає змогу підтвердити попередні результати дослідження когезійної міцності полімерів.

РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ УПРАВЛІННЯ ТЕПЛОВОЮ РОБОТОЮ ТЕРМІЧНИХ ПЕЧЕЙ КАМЕРНОГО ТИПУ

Під час використання локальних систем автоматичного регулювання температури та надлишкового тиску нагрівального середовища у робочому об’ємі полуменевої термічної печі камерного типу налагоди, як правило, вибирають незалежно одна від одної без урахування їх взаємозв’язку. В той же час за управлінням витратою палива та повітря змінюється не лише температура, але і тиск нагрівального середовища у робочому об’ємі печі, що, в свою чергу, супроводжується змінюванням газообміну з довкіллям та значно впливає на температуру в робочому об’ємі. Все це призводить до суттєвої пере- витрати газоподібного палива, та, як наслідок, підвищення вартості термічної обробки металу. За використанням схеми опалювання з постійним об’ємом продуктів горіння у печах такого типу управління їх тепловою потужністю зводиться до комбінування різних компонентів газоподібного палива за умови забезпечення заданої температури нагрі- вального середовища у робочому об’ємі. За принципом динамічного програмування Беллмана оптимізацію управління за цикл термічної обробки металу забезпечують шляхом вибирання для кожного періоду квантування оптимального за вартістю складу вживаного палива. Поточна вартість палива є лінійною функцією середніх витрат його окремих компонентів у періоди квантування. Тому знаходження його мінімального значення для кожного дискретного моменту часу подавали як розв’язання задачі ліній- ного програмування. Розроблено алгоритм визначення раціональних значень витрат окремих компонентів газоподібного палива, а також витрати надлишкового повітря, котрі використовують як управляльні дії для автоматичних систем регулювання темпе- ратури та надлишкового тиску нагрівального середовища у робочому об’ємі печей. Запропоновано функціональну схему автоматичної системи управління, реалізація якої дозволяє не лише оптимізувати технологію опалювання за вартістю окремих компо- нентів палива, але і шляхом самонастроювання забезпечити автономність управління температурою та надлишковим тиском нагрівального середовища у робочому об’ємі печей. Під час управління за режимом реального часу з оптимізацією щодо вартості окремих компонентів палива виконується самонастроювання системи управління.