Збірник наукових праць Дніпровського державного технічного університету (технічні науки)

КАФЕДРІ МЕТАЛУРГІЇ ІМЕНІ ПРОФЕСОРА ВОЛОДИМИРА ЛОГІНОВА - 95 РОКІВ

Є.М. Сігарьов — 2024-11-15

Представлено історію створення, розвитку та динаміку наукових інтересів кафедри металургії Дніпровського державного технічного університету протягом 95 річного періоду її існування. Наведені напрями науково-дослідної роботи співробітників кафедри різних періодів, узагальнені результати теоретичних та прикладних досліджень, їх вплив на розвиток наукових уявлень та практику металургії.

КОМПЛЕКСНА ТЕХНОЛОГІЯ ОЧИСТКИ АГЛОМЕРАЦІЙНИХ ГАЗІВ ВІД ПИЛУ ТА ШКІДЛИВИХ ГАЗІВ З ОТРИМАННЯМ НА ВИХОДІ ТОВАРНОЇ ПРОДУКЦІЇ

М.А. Кащеєв — 2024-11-15

У статті представлена удосконалена конструкція пиловловлюючого апарату агломераційної машини, яка дозволяє підвищити ефективність вловлювання заряджених частинок пилу у ламінарних шарах поблизу осаджувальних елементів. Запропоновано конфігурацію та розташування осаджувальних елементів, встановлено залежність ефективної (розрахункової) швидкості дрейфу заряджених дисперсних частинок від швидкості середовища, що очищається, при класичному процесі електрогазоочищення та комбінованому ході газів в електрофільтрах.

ДОМЕННІ ПЕЧІ В ЕПОХУ ДЕКАРБОНІЗАЦІЇ: ПОШУК АЛЬТЕРНАТИВ КОКСУ

В.В. Кухар — 2024-11-15

Метою роботи є аналіз перспектив використання водню як альтернативи коксу в доменних печах в умовах декарбонізації сталеливарної промисловості, зокрема з урахуванням введення механізму вуглецевого коригування імпорту (CBAM). Показано, що поширена уява про повну заміну коксу воднем потребує уточнення, оскільки існують технологічні обмеження та економічні виклики. Згідно з результатами аналізу світового досвіду, використання водню в доменних печах дозволяє знизити викиди CO2 на 10-70%, що є особливо актуальним в контексті CBAM, але потребує значних капіталовкладень в модернізацію виробництва та створення інфраструктури для виробництва і транспортування водню. Показано, що ефективність використання водню, а отже і його потенціал для зниження витрат на вуглецеві квоти в рамках CBAM, залежить від технології його отримання, способу вдування в доменну піч та умов доменної плавки.

ВПЛИВ ДОДАТКОВОГО ВМІСТУ АЗОТУ В НАГРІТОМУ ДУТТІ НА ПЕРЕБІГ ЗАДУВАЛЬНОГО ПЕРІОДУ ДОМЕННИХ ПЕЧЕЙ

Г.Ю. Крячко — 2024-11-15

Метою роботи є визначення доцільності використання азоту для задування доменних печей. На підставі аналізу практичних даних про використання азоту в якості енергетичної добавки до атмосферного дуття при задуванні доменних печей, а також на підставі аналізу відповідності азотної технології задування основам теорії доменного процесу показано негативний вплив азоту на перебіг задувального періоду, що ставить під сумнів доцільність використання азоту в пусковий період роботи доменних печей.

РОЗРАХУНОК ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ТЕМПЕРАТУР ПЕРЕБІГУ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ ПРОЦЕСУ СТУПІНЧАСТОГО ВІДНОВЛЕННЯ ЗАЛІЗА З ГЕМАТИТУ ТВЕРДИМ ВУГЛЕЦЕМ

С.П. Пантейков — 2024-11-15

Наведені результати термодинамічного аналізу перебігу хімічних реакцій, що описують ступінчастий процес відновлення заліза з гематиту твердим вуглецем. Цілями роботи є отримання власних виразів для розрахунку залежних від температури числових значень вільної енергії Гіббса за табличними значеннями стандартних ентальпій утворення неорганічних речовин та їх ентропій, а також графічних залежностей енергії Гіббса від температури за допомогою формул з літературних джерел та отриманих виразів. Одержані числові значення граничних температур, вище за які хімічні реакції ступінчастого відновлення заліза з гематиту твердим вуглецем термодинамічно можуть перебігати.

РОЗРАХУНОК ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ТЕМПЕРАТУР ПЕРЕБІГУ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ ПРОЦЕСУ СТУПІНЧАСТОГО ВІДНОВЛЕННЯ МАРГАНЦЮ З ЙОГО ДІОКСИДУ ГАЗОМ СО І ГАЗИФІКАЦІЇ ТВЕРДОГО ВУГЛЕЦЮ ЗА МІРАМИ ХІМІЧНОЇ СПОРІДНЕНОСТІ РЕЧОВИН ДО КИСНЮ

С.П. Пантейков — 2024-11-15

Наведені результати термодинамічного аналізу перебігу хімічних реакцій ступінчастого відновлення марганцю з його діоксиду газом СО і реакції газифікації твердого вуглецю (Белла–Будуара). Цілями роботи є отримання власних виразів для розрахунку числових значень вільної енергії Гіббса в залежності від температури за табличними значеннями стандартних ентальпій утворення та ентропій неорганічних речовин, а також побудова графічних залежностей енергії Гіббса від температури за допомогою формул з літературних джерел і отриманих виразів. Одержані числові значення граничних температур, вище за які хімічні реакції ступінчастого відновлення марганцю з його діоксиду газом СО і газифікації твердого вуглецю (Белла-Будуара) термодинамічно можуть або не можуть перебігати.

СУЛЬФІДНА ЄМНІСТЬ ТА ВЛАСТИВОСТІ МОДИФІКОВАНИХ КОВШОВИХ ШЛАКІВ

Є.М. Сігарьов — 2024-11-15

Фізико-хімічний стан ковшового шлаку у значному ступені є визначальним для перебігу та досягнення заданих результатів видалення сірки із чавуну на установках десульфурації перед сталеплавильною переробкою. Досліджені особливості стабілізації стану і можливості коригування складу залишків доменного або міксерного шлаків на поверхні ковшової ванни перед інжекцією реагентів-десульфураторів та сформованого шлаку перед його скачуванням із залученням СаО- та Al₂O₃-містячих відходів сталеплавильної переробки.Розраховано зміну сульфідної ємності ковшових шлаків, модифікованих добавками кінцевого шлаку обробки сталі на агрегаті ківш-піч, вплив зміни вмісту МgO та Al₂O₃ у ковшовому шлаку системи СаО-SiO₂-MnO-Al₂O₃-МgO на його температуру ліквідус та нестаціонарних температурних умов обробки і основності шлаку на коефіцієнт розподілу сірки. Показано, що для попередження ресульфурації чавуну основність ковшового шлаку В2 повинна бути не нижче 1,1. Із застосуванням методу лінійного програмування визначені області оптимального складу ковшових шлаків, що відповідають вимогам коінжекційної технології ковшової десульфурації чавуну з врахуванням температури плавлення, «хорошої» текучості, в’язкості та плавкості шлаку.

ДИФУЗІЙНО-КІНЕТИЧНА МОДЕЛЬ РОЗЧИНЕННЯ ПАРІВ МАГНІЮ В РОЗПЛАВІ ПІД ЧАС РУХУ БУЛЬБАШКИ В РЕЖИМІ ХІМІЧНОЇ ЛОКАЛЬНОЇ РІВНОВАГИ МАГНІЮ ТА СІРКИ

В.І. Єлисєєв — 2024-11-15

Метою роботи є розгляд дифузійно-кінетичного розчинення магнію з бульбашки, що рухається, в розплав з урахуванням зміни його параметрів при локальній хімічній рівновазі. Виконано математичний опис дифузійного процесу. Наведено результати розрахунків для бульбашки, що піднімається з глибини 2 м розплаву при температурі чавуну 1300 °С і 1400 °С в умовах, коли концентрація сірки становить 0,05 % (початкова стадія процесу) і 0,002 % (режим глибокої десульфурації).Проаналізовано залежності зміни радіусів бульбашок під час їх підйому в розплаві чавуну, зміни глибини підйому бульбашок у розплаві, концентрації магнію на їхній поверхні, а також зміни маси магнію в бульбашках при температурах металу 1300 °С і 1400 °С.Розроблено математичну модель розчинення рухомих бульбашок парів магнію в розплаві з урахуванням хімічної рівноваги концентрацій сірки та магнію в металі. Запропонована математична модель дає теоретичну оцінку втрат парів магнію.

ЗНИЖЕННЯ ВИТРАТИ ЧАВУНУ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ СТАЛІ У КОНВЕРТЕРНИХ ЦЕХАХ: СУЧАСНІ ПІДХОДИ І РІШЕННЯ

О.А. Чубіна — 2024-11-15

Мета дослідження полягає в обґрунтуванні ефективних методів зниження витрати чавуну при виробництві сталі в діючих конвертерних цехах, спрямованих на оптимізацію виробничого процесу, зниження витрат на сировину та підвищення якості кінцевої продукції, з урахуванням сучасних технологічних рішень та екологічних вимог.

ВИЗНАЧЕННЯ ФАКТОРІВ ВПЛИВУ НА СТІЙКІСТЬ ЗВАРНИХ НАКОНЕЧНИКІВ КИСНЕВИХ ФУРМ

Є.М. Сігарьов — 2024-11-15

Метою дослідження є визначення факторів впливу та уточнення причин руйнування зварних швів між соплом Лаваля та зовнішньою обоймою наконечника кисневої фурми, визначення ступеня впливу зовнішнього ізолювання робочої поверхні наконечника шаром намороженого шлаку на умови їх охолодження. На підставі дослідження умов експлуатації кисневих фурм та аналізу мікроструктури зон розміщення тріщин у зварних швах показано негативний вплив різниці у хімічних складах матеріалів наконечника, сопел Лаваля та зварювального дроту на міцність зварного шву.Встановлено ступінь впливу товщини і теплопровідності шару шлаку, намороженого на поверхню наконечника, на теплопровідність та тепловіддачу до охолоджуючої води. Розроблені рекомендації до виконання зварювальних робіт при виготовленні наконечників з метою підвищення надійності зварних швів та міцності конструкції в цілому.

ВИКОРИСТАННЯ ПИЛОВУГІЛЬНОГО ПАЛИВА ДЛЯ ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДІГРІВУ МЕТАЛОБРУХТУ

А.Г. Чернятевич — 2024-11-15

У роботі розглянуто особливості процесу підігріву металобрухту в конвертерах за допомогою спалювання кускового газового вугілля в атмосфері кисню. Оцінено ефективність використання традиційних та експериментальних технологічних рішень, таких як двоярусні та паливно-кисневі фурми. Досліджено етапи запалювання і горіння кускового вугілля та пиловугільного палива, а також їхній вплив на рівномірність нагрівання брухту. Встановлено оптимальні режими для забезпечення рівномірного нагріву без локального перегріву та оплавлення металобрухту. Отримані результати підтверджують ефективність впровадження паливно-кисневої фурми з використанням пиловугільного палива та вказують на необхідність подальших досліджень для впровадження в промислових умовах.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ НАГРІВАННЯ МЕТАЛЕВОГО БРУХТУ В КОНВЕРТЕРІ-ПИЛОВУГІЛЬНИМ ФАКЕЛОМ

С.Є. Самохвалов — 2024-11-15

Метою дослідження є розробка математичної моделі попереднього підігріву металобрухту у робочому просторі кисневого конвертера із використанням високотемпературного факела, який утворено подаванням пиловугільного палива у потоці кисню крізь сопла наконечника верхньої фурми, чисельна та програмна реалізація даної моделі, а також встановлення її якісної адекватності процесу, що розглядається.

ВПЛИВ РІЗНИХ ФАКТОРІВ НА СТІЙКІСТЬ ПРОЦЕСУПРОКАТУВАННЯ В ДРОТОВОМУ БЛОЦІ

О.П. Максименко — 2024-11-15

Однією з тенденцій розвитку металургійного виробництва є вдосконалення виготовлення катанки в дротових блоках. Ефективні технічні рішення вимагають наукового обґрунтування за результатами досліджень.Важливу роль при оцінюванні граничних умов можливості сталої прокатки металу виконує результуюча поздовжніх сил пластичне обробляємого металу. Оцінка поздовжньої стійкості штаби в валках зведена до наступного: процес реалізується при від’ємних значеннях сили, нульове значення є граничним, при додатних значеннях процес неможливий.Проведений аналіз процесу деформації в дротовому блоці стану 200. Дослідження віддзеркалює, що теоретичним шляхом можна знаходити границі саморегулювання процесу прокатування у дротовому блоці у випадку зовнішніх дій на об’єкт. При реалізації методика дає можливість оцінити межи саморегулювання не тільки за змінами розмірів заготовки, але за величиною зносу калібрів на валках, відповідно до змін умов тертя, температури штаби та інших параметрів.

КРИТЕРІЇ ВИБОРУ ДІАМЕТРІВ ВАЛКІВ ПРУТКОВИХ ПРОКАТНИХ СТАНІВ

В.М. Самохвал — 2024-11-15

Метою роботи є оцінка значимості критерія технологічної ефективності для вибору діаметру валків та розробка рекомендацій щодо призначення діаметрів валків пруткових станів. З аналізу даних про діаметри валків та технологічні параметри прокатування існуючих пруткових станів встановлено, що основними критеріями вибору діаметру валків є умови захвату, міцність та зносостійкість. Запропоновано доповнити цей перелік критерієм технологічної ефективності, який визначається як відношення коефіцієнтів видовження та розширення. Рекомендовано значення відношення діаметрів валків до початкової товщини розкату для попереднього призначення діаметрів валків по групам клітей пруткових станів.

ПОПЕРЕДНЯ ОЦІНКА МОЖЛИВОСТІ ДВОНИТКОВОЇ ПРОКАТКИ-ПОДІЛУ АРМАТУРНОГО ПРОФІЛЮ № 22 НА СТАНІ 400/200 ПРАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ»

М.М. Штода — 2024-11-15

Метою даної роботи є розробка та оцінка технічної можливості реалізації процесу двониткового прокатки-поділу арматурного профілю № 22 на стані 400/200 комбінату ПрАТ «КАМЕТ-СТАЛЬ» із застосуванням неприводного ділильного пристрою. У рамках цієї роботи запропоновано впровадити новий варіант технології прокатки-поділу арматурного профілю № 22 на основі існуючої технології однониткової прокатки та двониткової прокатки-поділу арматури №20. Для перевірки технічної можливості прокатки-поділу арматурного профілю №22 за новою схемою було проведено розрахунок деформованого стану безперервної прокатки в середовищі для моделювання об'ємних деформаційних задач QForm UK версії 10.2.1. У результаті математичного моделювання було отримано періодичний профіль прокату для армування залізобетонних конструкцій із розмірами, що задовольняють вимогам стандарту ДСТУ 3760:2019. Маса одного погонного метра профілю склала 2,932 кг. Після переходу на технологію прокатки-поділу, як показують результати математичного моделювання, швидкість металу на виході з високошвидкісного блоку становитиме 11,5 м/с, що призведе до підвищення продуктивності стану на 28...29%. Таким чином, результати розрахунків показують не тільки можливість отримання якісного арматурного профілю за новою технологією, а й можливість підвищення продуктивності при її реалізації на стані.

СИСТЕМНИЙ ПІДХІД ДО РОЗГЛЯДУ НАУКОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ ПРОФЕСОРА А.П. ОГУРЦОВА

О.В. Нікулін — 2024-11-15

Використання системного підходу в якості інструменту планування, організації та проведення дослідницької та інженерної діяльності є актуальною проблемою. Така проблематика не має чіткої формалізації, тому важливе опиратися на досвід прикладів ефективних рішень задач, які були отримані у відповідній галузі. На підставі цього, метою роботи став системний підхід до розгляду діяльності А.П. Огурцова, як дослідника, інноватора процесів виготовлення металу та експлуатації металовиробів, освітянина і суспільного діяча, що давав науково обґрунтовані відповіді на сучасні виклики у виробництві, вищої освіті, місцевому господарстві.

Для досягнення мети були вирішені наступні завдання:

- дослідити та наочно надати методи і результати розв’язання науково-технічних проблем виробництва сталі у межах наукової школи сталеплавильників ДДТУ;

- оцінити ефект впливу отриманих рішень на розвиток металургійної термомеханіки, обладнання металургійного виробництва;

- оцінити зміни на рівні міста в процесах підготовки фахівців та інженерної освіти в технічному університеті після набуття Україною незалежності;

- представити реальні результати рішення екологічних проблем промислового регіону, енергозбереження на рівні ЗВО та міста.

У результаті виконання дослідження було виявлено, що за результатами роботи наукової школи й всього технічного університету фактичне склався інноваційний кластер, в якому завдяки синергетизму досить успішно розв’язувалися актуальні для ЗВО, галузі й міста задачі.

Надані результати становлять певний практичний інтерес — можливість, завдяки використання ефективних наукових методів та інноваційних рішень, отримувати за допомогою системного підходу розв’язки актуальних проблем нашого промислового регіону.