Analysis of energy efficient solutions of a small capacity electric arc furnace and their synthesis in a new generation 15-ton unit

На основі математичного моделювання і чисельного експерименту проведено аналіз чинників підвищення енергоефективності дугової сталеплавильної печі (ДСП) малої місткості. Виконано оптимізацію глибини сталеплавильної ванни, що в поєднанні з продувкою інертним газом, зменшує втрати тепла випромінюванням на 21 %; прискорює процеси тепло- і масообміну на 11 - 16 %, нагріву і усереднення металу на 8 %. Енергозберігаючі водоохолоджувані панелі і Система розосередженої аспірації сприяють зниженню втрат тепла і неорганізованих викидів пилогазового середовища. Синтез інноваційних рішень в 15-т ДСП дозволить знизити загальне енергоспоживання на 3 - 5 %.

Basic areas of the secondary energy resources use in the blast-furnace ironmaking and application of heat pumps = Використання низькопотенційних вторинних енергетичних ресурсів і застосування теплових насосів у доменному виробництві

За сучасних умов роботи доменного цеху використання низькопотенційних вторинних енергетичних ресурсів представляється найбільш перспективним заходом з точки зору зниження собівартості виробництва чавуну. Пропоновані заходи щодо підвищення калорійності доменного газу за рахунок зниження у його вмісту вологи надають змогу підвищити температуру доменного дуття і зменшити витрату коксу. Також запропоновано за допомогою системи теплових насосів передавати частину надлишкової теплоти від доменного газу до повітря горіння, що надає змогу підвищувати калориметричну температуру горіння палива. Розраховано основні параметри роботи системи теплових насосів за умов доменного цеху за підвищеної температури колошникового газу. Розглянуто ефективність роботи системи теплових насосів і визначено коефіцієнт перетворення для заданих умов (СОР).

Computer-aided design system of technological steelmaking process

Разработана система автоматизированного проектирования технологического процесса выплавки стали. Остовом продукта являются теоретические и практические достижения в области сталеварения, реализованные в виде моделей и алгоритмов, собранные в программном комплексе с интуитивно понятным и дружественным интерфейсом. На примере проектирования технологического процесса в кислородном конвертере показаны основные функции САПР, с помощью которых опытный технолог в кратчайшие сроки может разработать, просчитать и оценить любые нововведения, касающиеся начинки сталеплавильного агрегата, использования новых материалов и энергоносителей, режимов их ввода и т.д. Наличие "визуального" проектирования дает возможность получать решения, которые учитывают как формализуемые, так и неформализуемые критерии. В целом это дает существенный выигрыш как по времени, так и по затратам.

Energy efficient solutions for small capacity electric arc furnaces of a foundry class = Енергоефективні рішення для дугових печей малої місткості ливарного класу

Числове моделювання теплообміну в робочому просторі ДСП ливарного класу місткістю Зт показало, що при тривалості простоїв печі 18 - 20 год і більше, заміна 40 % футерування стін і 16 - 20 % футерування зводу водоохолоджуваними елементами з об'ємною структурою, яка нагромаджує гарнісаж, поряд з використанням "глибокої" ванни зі зменшеним на 14 - 15 % діаметром випромінюючої поверхні надає змогу за даної маси плавки досягти рівень енергоспоживання печі з повністю вогнетривкою футеровкою і нижче за суттєвої економії вогнетривів. Попереднє завантаження скрапу в піч підвищує її енергоефективність за інших рівних умов.

Metals heat treatment model = Модель термічної обробки металів

Cерйозне скорочення лабораторних і дослідно-експериментальних досліджень можна здійснити шляхом розробки нових моделей термічної обробка металу на основі застосування багатопроцесорних обчислювальних комплексів. Розглянуто проблему розробки моделі теплової обробки металів на основі багатопроцесорних систем. Отриманий метал застосовується для виготовлення високоміцних кріпильних виробів методом холодного об'ємного штампування без завершуючої термічної обробки. В основу моделі покладено спосіб термічної обробки металу з низько- й середньовуглецевих сталей, призначених для холодної висадки. Застосування моделі має на меті поліпшення технологічних властивостей заготовок за рахунок забезпечення високої дисперсності й однорідності структури зразка за усією площиною його перерізу. Технічний результат, який досягається при впровадженні запропонованої моделі, полягає в тому, що забезпечується висока дисперсність і однорідність структури зразка. Технологічний процес термічної обробки сталі характеризується високою продуктивністю, малим енергоспоживанням, поліпшеними експлуатаційними характеристиками. Застосування установки для реалізації режиму сфероїдизуючого відпалу зумовлює рівномірний розподіл глобул цементита у ферритній матриці, а значить забезпечує необхідні механічні властивості металу для його подальшої холодної деформації. Програмні засоби багатопроцесорної обчислювальної системи дозволяють контролювати температурні режими, як за усією площиною перерізу зразка, так і за його довжиною. Контроль таких температурних режимів здійснюється в центрі площини перерізу зразка. Проведено експериментальні дослідження термічної обробки металовиробу. Для випробування функцій запропонованої моделі було проведено декілька експериментів, коли дріт діаметром 20 мм із сталі 20Г2Г піддавався термічній обробці. Експериментальні дослідження показали, що метал, зберігаючи необхідну твердість, має необхідні властивості еластичності. Крім того, проведені експерименти показали, що початкова структура сталі певним чином впливає на подальше структуроутворення та механічні властивості матеріалу.

Modeling of anthracite treatment in an electrocalcinator. Т. 14, 2011

Розглянуто проблеми адекватної дескрипції і моделювання процесу високотемпературної кальцинації антрациту у електрокальцинаторах. Показано мультифізичну модель процесу кальцинації та проаналізовано результати її застосування.

Parameter identification and optimal control of heat transfer in cooling line of hot strip rolling mill

The numerical simulation of mechanical properties of hot-rolled products is of major significance for material characterization as well as material development. The basis for this is the knowledge of the material-specific phase transformations and of the initial microstructure originating from the deformation steps before entering into the cooling line. Additionally, the technological conditions on the run-out table (ROT) are essentially for transformation kinetics. In order to simulate these processes, the plantrspecific heat transfer coefficient has to be identified. To this end, steel samples with thermocouples inside are transported with defined velocities through the cooling line of the continuous pilot plant at the Institute of Metal Forming in Freiberg. Furthermore, the material and its movement must be taken into account as characteristics of the ROT. Here, the amount and distribution of the cooling medium, the streaming situation in the segments, the nozzle geometry, and the impact pressure of the cooling medium on the surface of the rolled material are the most important influencing parameters. This paper describes the possibilities for determining and simulating the heat transfer in the cooling line under realistic industrial conditions. In addition, it discusses optimal control strategies for the cooling line to achieve a desired temperature and phase distribution on the run-out table. The results contribute to new technology and material developments at the pilot plant, which are also suitable for the transfer to industry.

Spray cooling of aluminum chassis frames. Т. 12, 2009

Путем термографического анализа водо-воздушного охлаждения тонких дисков определены значения коэффициентов теплоотдачи для различных условий закалки. Эти данные использованы при моделировании температурных полей и термической деформации подрамника автомобиля в ходе его термической обработки при помощи конечно-элементной программы ANSYS. Показано, что скорость водо-воздушного охлаждения близка по интенсивности к чистому водяному. С другой стороны, применение двухкомпонентного способа охлаждения позволяет уменьшить искажение формы изделия от действия термических напряжений до величин деформации, характерных для принудительного охлаждения воздухом.

Structure investigation of austenitic steel after cold rolling deformation. Т. 12, 2009

Проведено электронно-микроскопическое исследование аустенитной стали после пластической деформации прокаткой и растяжением при комнатной температуре. Показано, что основными механизмами деформации являются дислокационное скольжение, двойникование и образование полос локализации деформации. Обсуждены возможные механизмы формирования указанных выше состояний.

Thermal and electrical similarity of reaction zones in the ferrosilicon submerged arc furnaces

Due to various electrical properties and diverse mechanisms of heat generation, differences in current characteristics for the upper and lower zones of the ferrosilicon furnace are observed. These differences are neglected in similarity criteria by Andreae and Strunski - Westly (k, c3), applied in theory and practice for a long time for ferrosilicon smelting processes. It has been demonstrated that the parameter c3 is useful for determination of current characteristics concerning the furnace upper zones where heat is directly generated in the charge material due to resistance heating. It cannot be used for assessment of thermal conditions in gas chambers of the arc where heat is generated as a result of radiation from the arc. For determination of current characteristics of gas chambers, Jaccord's parameter J1 is suitable. Do date, it has not been widely used in theory and practice, of ferrosilicon smelting. The paper controverts the opinion of Jaccord who negates usefulness of the parameter c3 for selection of electrical parameters with respect to ferrosilicon furnaces. The parameter c3 characterises thermal and electrical similarity of the ferrosilicon furnace upper zones while the parameter J1 refers to thermal and electrical conditions of the arc gas chambers.

Адаптивное управление усредняющим бункером, работающим в условиях угольных шахт. Т. 13, 2010

Поставлена и решена задача адаптивного управления усредняющим бункером, работающим в режиме поддержания защитного слоя груза в бункере. Получен алгоритм адаптивного управления усредняющим бункером, работающим в условиях горных предприятий.

Аналіз впливу технологічних параметрів виплавки сталі у кисневих конвертерах верхньої продувки на окисленість металу

Наведено результати статистичного аналізу паспортів плавок з метою оцінки впливу технологічних параметрів виплавки сталі в кисневому конвертері з верхньою продувкою на окисленість сталі перед випуском з конвертеру. За результатами кореляційного аналізу визначено параметри виплавки сталі, які мають найбільший вплив на вміст кисню в сталі. Із використанням регресійного аналізу створено математичну модель для прогнозування вмісту кисню в сталі перед випуском сталі.

Анализ влияния микролегирования титаном на фазовые превращения в половинчатых литейных чугунках. Т. 15, 2012

С помощью метода дифференциально-термического анализа исследованы процессы, происходящие при нагреве в микролегированном титаном чугуне. Подтверждены данные по влиянию дисперсности металлической матрицы, формы и распределения графита на температуры фазовых переходов. Установлено, что титан в исследуемых пределах (0,017 - 0,044 %) сдвигал образование окисной пленки в область более низких температур. В опытных чугунах процессы интенсивного окисления начинались уже при температурах 460 - 500 <$E symbol Р>С. Поэтому примеси титана в исследуемом интервале концентраций могут отрицательно влиять на жаростойкость отливок.

Анализ растворимости углерода в тройной системе Mn - Si - C

Исследована связь между содержанием углерода и кремния в сплавах системы Mn - Si - C при углеродотермическом восстановлении системы <$Eroman {CaO~-~MnO~-~SiO sub 2 }>. Получены квадратичные уравнения парной корреляции, что позволяет определить равновесную концентрацию углерода в сплавах системы Mn - Si - C. Проведены исследования металлографии образцов промышленного ферросиликомарганца.

Анализ термодинамики процессов диссоциации и восстановления трифосфата кальция углеродом. Т. 13, 2010

Изложены данные краткого анализа развития научных подходов ретроспективных и современных публикаций к изучению термохимии и термодинамики процессов термической диссоциации и восстановления фосфата кальция окисью углерода и твердым углеродом при взаимодействии чистых фаз и природных фосфатов с участием кремнезема и глинозема. Отмечены различные интерпретации результатов термодинамических расчетов опытных данных и основной вклад П. В. Гельда и О. А. Есина в критический анализ литературных данных, опубликованных до 1957. Приведены отличительные особенности развивавшиеся в последующие годы представления о термодинамике и механизме восстановления трикальцийфосфата и промежуточных соединений применительно к температурно-временным условиям получения фосфора электротермическим способом. Результаты использованы для термодинамического моделирования процесса выплавки феррофосфора в дуговых электропечах с использованием фосфорита украинских месторождений.

Анализ фрактальных характеристик поверхностей стали в процессе формирования композитной структуры. Т. 14, 2011

Рассмотрена поверхность стали и изменение ее фрактальной размерности в процессе формирования композитной структуры. Построены эмпирические распределения локальных фрактальных размерностей поверхностей стали и их фрактальные сигнатуры.

Вейвлет-анализ в задачах контроля металлургического производства. Т. 13, 2010

Для решения задачи оперативного контроля уровня материала в металлургическом производстве традиционный метод быстрого преобразования Фурье оказывается не эффективным. Предложен новый метод вычисления расстояния до цели, основанный на непрерывном вейвлет-преобразовании, позволяющий проводить эффективный спектральный анализ радиолокационного сигнала короткими волнообразными функциями.

Взаимодействие пластины со сжимающими ее штампами при несимметричном действии торцевых нагрузок. Т. 15, 2012

Исследовано влияние истории нагружения негладкой пластины торцевыми нагрузками на процесс протягивания ее между плоскими штампами. Решение поставленной задачи проведено на основе уточненной теории пластин, приспособленной для контактных задач. Проведено исследование зависимости положения границ областей сцепления и проскальзывания с трением на лицевых поверхностях пластины от величины прикладываемых торцевых нагрузок при прохождении пластины между сжимающими ее штампами.

Взаимосвязь геометрических и электрических параметров ванн ферросплавных электропечей и их электротехнологические характеристики. Т. 14, 2011

Проанализирована представительная совокупность практических данных по геометрическим параметрам отечественных и зарубежных рудотермических электропечей (РВП) в зависимости от их электрической мощности. Показано, что выбор рациональной геометрии рабочего пространства (ванны) РВП следует осуществлять, исходя из потребляемой (активной) мощности электропечной установки. Выбор установленной мощности печного трансформатора определяется его электрическими характеристиками по ступеням напряжения и электрическим сопротивлением ванны как функции вида выплавляемого сплава и геометрии рабочего пространства. Основным параметром регулирования, обеспечивающим рациональное распределение энергии в ванне РВП, является расположение рабочего конца электрода относительно пода электропечи или (что то же самое) заглубление электрода в шихту при заданной глубине ванны.

Взаимосвязь фрактальных характеристик металлоструктур и параметров технологии

Рассмотрены поверхности различных металлоструктур и изменение их фрактальной размерности в зависимости от состава и параметров технологии. Построены эмпирические распределения локальных фрактальных размерностей структур.