LIBRARY.UA - цифровая библиотека Украины, репозиторий авторского наследия и архив

Зарегистрируйтесь и создавайте свою авторскую коллекцию статей, книг, авторских работ, биографий, фотодокументов, файлов. Это удобно и бесплатно. Нажмите сюда, чтобы зарегистрироваться в качестве автора. Делитесь с миром Вашими работами!

АКАДЕМИЧЕСКАЯ НАУКА МЕТАЛЛУРГАМ

Автор: Академик Л. И. ЛЕОНТЬЕВ, директор Института металлургии (ИМЕТ) УрО РАН кандидат химических наук В. И. ПОНОМАРЕВ, ученый секретарь того же института


К концу 20-х годов XX в. Уральский регион по уровню промышленного развития выдвинулся на одно из первых мест в нашей стране. Остро встал вопрос об обеспечении производства соответствующей научной базой, и в январе 1932 г. был организован Уральский филиал АН СССР. Важная роль в его деятельности принадлежит ученым-металлургам.

Здесь трудились академик АН Казахстана В. В. Михайлов - основоположник и организатор фундаментальных исследований по комплексному использованию поликомпонентного минерального сырья Урала и доктор технических наук Н. П. Диев - пионер в области теории и практики цветной металлургии.

Крупный вклад в развитие уральской академической науки внес член-корреспондент АН СССР Г. И. Чуфаров. Так, широкое практическое применение получила разработанная им теория восстановления оксидов металлов. Он же предложил методы травления окалины раствором серной кислоты и способ обезуглероживания при отжиге в водороде с целью повышения ферромагнитных свойств трансформаторной и динам- ной сталей, и сейчас используемые на Верх-Исетском металлургическом заводе (г. Екатеринбург). С начала 60-х годов в его лаборатории родилось новое направление - термодинамика ферритов, что потребовало разработать физические структурные методы исследований (рентгеновские, магнитные, электрографические). А ученики и последователи Г. И. Чуфарова провели обширные систематические физико-химические исследования сложных оксидных систем так называемых переходных металлов (ферритов, манганитов, алюминатов, титанатов и др.) со структурой шпинели, граната, перовскита(*). Полученные результаты используют при производстве различных типов технической керамики, в частности они внедрены на Астраханском машиностроительном заводе "Прогресс".

Сегодня эти работы продолжает член-корреспондент РАН В. Ф. Балакирев. Под его руководством созданы и изучены свойства высокотемпературных сверхпроводников (в этом смысле особый интерес представляют марганецсодержащие материалы, чье электрическое сопротивление под действием магнитного поля может изменяться в несколько раз - магни-торезистивный эффект).

С именем доктора технических наук О. А. Есина связано одно из ведущих фундаментальных направлений, развиваемых институтом, - проникновение в строение и свойства металлургических расплавов. Предложенная им электролитическая теория шлаков позволила вначале предсказать, а затем и практически реализовать новые технологические процессы в металлургии, скажем, получение металла из оксидных расплавов путем электролиза. Вместе с тем он изучал полимерные варианты модели оксидных расплавов и применение модельных теорий к металлическим субстанциям. В развитие указанной проблематики академик Н. А. Ватолин основал научную школу, занятую структурой и физико-химическими свойствами жидких металлических и оксидных систем, т.е. вопросами, имеющими первостепенное значение для познания природы жидкого состояния, а также для совершенствования технологических процессов в металлургии. В рамках перечисленных работ проведено обширное исследование структурно-чувствительных характеристик названных систем (вязкость, магнитная восприимчивость, электропроводность, плотность,

поверхностное натяжение, теплота смешения). На этой основе удалось классифицировать последние по системе "состав-свойство". Исследование эффекта увеличения плотности жидких металлов при пропускании через них постоянного тока с одновременным наложением электромагнитного поля позволило дать рекомендации по очистке жидких металлов (железа, олова) от неметаллических включений.

Академик Н. А. Ватолин и член-корреспондент РАН Э. А. Пастухов, авторы оригинального метода рентгеноструктурного анализа при высоких температурах (до 2000С), экспериментально получили надежную информацию по изменению структурных характеристик большой группы жидких металлов в зависимости от степени нагрева. Обнаруженный при этом гистерезис(*) структуры, а значит, и свойств расплавов, объяснил механизм влияния температурной обработки последних на качество литых изделий.

Применяя различные методы поиска и основываясь на данных структурного рентгеновского исследования, ученые определили электропроводность, поверхностное натяжение и термодинамические свойства металлов. А другая методика - количественного расчета потенциалов межчастичного (т.е. между молекулами и атомами) взаимодействия - позволила Н. А. Ватолину с сотрудниками применить способ машинного моделирования для интерпретации топологии аморфных и жидких металлов и сплавов и прогнозирования их физико-химических свойств в различных условиях.

Важнейшее научное и технологическое направление, в котором задействованы практически все лаборатории института, - физико-химические основы процессов комплексного использования нетрадиционного металлургического сырья. Это объясняется тем, что запасы железных руд на Урале крайне истощены, зато

--------------------------------------------------------------------------------
* Минералы подкласса сложных оксидов (прим. ред.).

* Гистерезис - запаздывание физической величины, характеризующей состояние вещества (намагниченности ферромагнетика, поляризации сегнетоэлектрика и т.п.), от изменения другой физической величины, определяющей внешние условия (напряженности магнитного и электрического полей) (прим. ред.).

--------------------------------------------------------------------------------
имеются многомиллиардные залежи титаномагнетитовых пород, бурых железняков и железистых бокситов с алюмосиликатным включением сидеритов(*), отходов глиноземного производства - красных шламов(**). В итоге впервые в мировой практике нами совместно с Уральским институтом металлов и Нижнетагильским металлургическим комбинатом была разработана и внедрена технология выплавки низкокремнистого ванадийсодержащего чугуна из комплексных титаномагнетитовых руд Качканарского месторождения в доменных печах большого объема. Продувкой этого чугуна в конвертерах получают шлак - сырье для извлечения ванадия по специальной технологии.

В рамках данной проблемы под руководством академика Л. И. Леонтьева и доктора технических наук С. В. Шаврина предложен оригинальный способ подготовки к металлургическому переделу железорудных материалов в регулируемой атмосфере. Вместе с тем коллективы ряда лабораторий ИМЕТа (руководители: доктор технических наук С. В. Шаврин, академики Н. А. Ватолин и Л. И. Леонтьев) с участием отраслевых институтов выдвинули идею малоотходной технологии и провели проработку организации производства изделий из титана, выплавленного из ильме - нитотитаномагнетитовых руд Медведевско-Копанской группы месторождений. Реализация этого проекта позволит России получить пигментный диоксид титана (на его основе производят безопасные технические краски, выдерживающие высокие температуры), металлический титан, качественную легированную сталь, ванадиевую продукцию. Подобное производство можно организовать на Березниковском титаномагниевом комбинате, Чусовском и Новоалапаевском металлургических заводах.

Для переработки окисленных никелевых руд Серовского месторождения с извлечением железа, никеля и хрома предложено два варианта. По первому - из чугуна (он содержит от 6 до 9% никеля), полученного на заводе им. А. К. Серова, возможна выплавка широкого сортамента хром- и никельсодержащих сталей без использования или с минимальным расходом дорогостоящего ферроникеля. Второй вариант исходит из принципа селективного выделения ферроникеля и хромистого продукта при последовательном восстановлении в агрегатах бескоксовой металлургии (таким образом получают железо без отходов). Конечными продуктами в том и другом случае являются шлаки, пригодные для выработки стекла различного профиля, и ферроникель (содержащий до 70% никеля). Причем последний может полностью заменить металлический никель, используемый до сих пор в металлургии для легирования. Себестоимость же единицы нового продукта в 5 раз ниже, чем у его предшественников, получаемых по традиционной, неэкологичной технологии с применением сульфидирования.

Среди многочисленных направлений института следует еще отметить изучение физико-химических основ и вариантов технологий, способствующих вовлечению в активный сырьевой баланс сидеритов, добываемых в Челябинской области (г. Бакал), титано-содержащихлейкоксенов(*) Ярегского месторождения, железоглиноземистого сырья, красных шламов.

В другой области - пирометаллургии цветных металлов - идет поиск способов переработки сложного полиметаллического сырья и отходов металлургического и химического производства. Принципиально новое в этом направлении - создание технологических процессов комплексной безотходной переработки сульфидных медных, медно-цинковых, медно-никелевых, никелевых, пиритных концентратов и пиритных огарков с извлечением из них цветных и редких металлов в штейн(**) и возгоны(***) при одновременном выделении железа в известковый шлак, пригодный для использования в цементной промышленности и в черной металлургии в качестве сырья с заданными физическими и химическими свойствами. Не имеют аналогов в мире и рожденные в институте схемы переработки сложного окисленного полиметаллического сырья с предварительным переводом цветных и редких металлов в сплав на основе железа с последующим селективным их извлечением. Результаты этих исследований уже внедрены в промышленность при организации комплексной переработки минерального сырья на Урале и Дальнем Востоке.

Нужно отметить и ряд других важных с практической точки зрения разработок ИМЕТа. Так, в последнее время предложена для внедрения на Кировоградском и Красноуральском медеплавильных комбинатах технология малоотходной переработки пиритных

--------------------------------------------------------------------------------
* Сидерит - минерал класса карбонатов (прим. ред.).

** Подробнее см.: В. А. Коротеев. Недра Урала: открытия XX века. - Наука в России, 2000, N 3 (прим. ред.).

* Лейкоксен - тонкозернистые (до скрытокристаллических) минеральные смеси оксидов титана (рутила, анатаза, реже брукита) и (или) минерала сфена с кварцем, ильменитом, гидроксидами железа, марганца и др. (прим. ред.).

** Штейн - промежуточный продукт производства некоторых цветных металлов (меди, свинца, никеля и др.) - сплав сульфидов цветных металлов и железа (прим. ред.)

*** Возгонка (сублимация) - переход вещества из твердого в газообразное состояние, минуя жидкую стадию (фазовый переход первого рода) (прим. ред.).

--------------------------------------------------------------------------------
концентратов и других пиритсодержащих продуктов обогащения руд цветных металлов, позволяющая перевести до 94% серы в газы, медь (90-95%) и серебро (85- 90%) в штейн, железо и нерудные составляющие в шлак с последующим их выделением. Идут исследования по возможному использованию медной руды месторождения Барсучий Лог в качестве сульфидизатора для шахтной плавки никелевой породы в условиях комбината Южуралникель. Сейчас рассматривают новую концепцию комплексной переработки медно-цинковых и забалансовых медных руд.

Специалисты института создали оригинальную технологию и агрегат для переработки тонких пылей, содержащих свинец, медь, олово, цинк, мышьяк, редкие и благородные металлы, а также штейнов, возгонов. Ее суть заключается в восстановлении тяжелых цветных металлов в ионном расплаве солей.

Решением важных проблем занимается доктор химических наук Г. К. Моисеев. Он ведет фундаментальные исследования по прогнозированию взаимодействий в многокомпонентных гетерофазных системах, модельное и экспериментальное изучение утилизации отходов цветной металлургии с использованием ионных расплавов в качестве реакционных сред. На этой основе предложен ряд способов переработки отходов с извлечением ценных компонентов.

Ряд лет доктор технических наук В. И. Жучков осуществляет изыскания комплексных ферросплавов, содержащих ниобий, ванадий, титан, магний, марганец, редкоземельные металлы, другие составляющие. Им же выявлены сочетания легирующих элементов, оптимально соответствующие конкретным маркам выплавляемых сталей.

Доктор технических наук Г. Н. Кожевников выявил роль промежуточных фаз и соединений в процессах восстановления металлов и сплавов. Это положено в основу новых способов получения чистого кремния, карбидов кальция и кремния. К реализации принята выпестованная им же технология замены древесного угля торфом в углетермических процессах.

Система автоматизированного управления режимами технологии получения в электропечах ферросплавов доктора технических наук В. П. Воробьева принимает, анализирует и синтезирует качественно новый объем информации о состоянии шихты, электрической дуги и расплава. Главные параметры процесса (позиции электродов, избыток-недостаток углерода, состав и количество расплава) выводятся на дисплей в непрерывном режиме, что гарантирует их оперативную корректировку. Система отработана на печах АО "Челябинский электрометаллургический комбинат" и легко может быть тиражирована для других ферросплавных заводов России.

Под руководством доктора технических наук В. Я. Буланова в конце 70-х годов в ИМЕТе стали разрабатывать теорию получения порошков, композиционных материалов и порошковых покрытий с использованием сырья Урала, содержащего легирующие примеси. Разработанные физико-химические и термодинамические модели процессов диспергирования расплавов позволили создать технологии изготовления низко- и среднелегированных порошков на основе железа, ферросплавов и цветных металлов с заданными свойствами. Кроме того, удалось получить композиционные материалы из железных порошков с добавками оксидов, карбидов, боридов, нитридов. Использование такого поликомпонентного сырья, применение специальных методов формирования и спекания привели к созданию материалов с заданными характеристиками при резком снижении затрат на их производство по сравнению с традиционными методами. В частности, освоен выпуск порошков для конструкционных и антифрикционных материалов, фильтрующих элементов, тормозных устройств буровых установок, защитных и упрочняющих покрытий. Ведется поиск порошков для изготовления деталей для машин и механизмов в северном исполнении.

Одно из важных направлений деятельности института - газофазная металлургия. Теоретические основы метода получения высоко- и ультрадисперсных порошков, основанного на процессах испарения и конденсации металлов из газовой фазы, разработаны под руководством доктора технических наук И. В. Фришберг. К настоящему времени уже внедрено несколько поколений аппаратов для реализации процесса. Например, небольшой цех, организованный при ИМЕТе фирмой "ВМП", производит порошки цинка, меди, бронзы и выпускает товарные продукты на их базе, в том числе антикоррозионные составы для холодного цинкования стальных конструкций - двухкомпонентный (марки "ЦВЭС") и однокомпонентный (марки "ЦИНОЛ"). Выполненные таким способом покрытия по сроку службы не уступают традиционным (метод горячего цинкования), а в производстве значительно более просты и дешевы. Здесь же изготавливают пластичную смазку "Вымпел" для улучшения работы тяжелогруженных узлов в станках для обработки валов массой до 10т.

Развивая и углубляя теоретические представления в области газофазной металлургии, коллектив исследователей, возглавляемый И. В. Фришберг разрабатывает соответствующие высокоэффективные технологические процессы. Один из них реализуется в установках непрерывного газофазного цинкования тонкого холоднокатаного стального листа, сортового проката, арматуры.

Таким образом, академическая наука в области металлургии на Урале не только успешно развивается, но и тесно связана с решением практических задач металлургической промышленности.

Александр Лебедев · 1741 дней(я) назад 0 6012
Ссылка
Постоянный адрес данной публикации:

http://library.ua/blogs/entry/АКАДЕМИЧЕСКАЯ-НАУКА-МЕТАЛЛУРГАМ


© library.ua
Комментарии профессиональных авторов:
Сортировка: 
Показывать по: 
 
  • Комментариев пока нет
Комментарии гостей




Действия
Рейтинг
0 голос(а,ов)

Публикатор
Александр Лебедев
Oslo, Норвегия
17.12.2013 (1741 дней(я) назад)
 


Им понравилось
Лайки · Дизлайки
 
Пусто
ОДИН МИР - ОДНА БИБЛИОТЕКА
Либмонстр - это бесплатный инструмент для сохранения авторского наследия. Создавайте свои коллекции статей, книг, файлов, мультимедии и делитесь ссылкой с коллегами и друзьями. Храните своё наследие в одном месте - на Либмонстре. Это практично и удобно.

Либмонстр ретранслирует сохраненные коллекции на весь мир (открыть карту): в ведущие репозитории многих стран мира, социальные сети и поисковые системы. И помните: это бесплатно. Так было, так есть и так будет всегда.


Нажмите сюда, чтобы создать свою личную коллекцию
АКАДЕМИЧЕСКАЯ НАУКА МЕТАЛЛУРГАМ
 

Форум техподдержки · Главред
Следите за новинками:

О проекте · Новости · Отзывы · Контакты · Реклама · Помочь Либмонстру

Украинская цифровая библиотека ® Все права защищены.
2014-2017, LIBRARY.UA - составная часть международной библиотечной сети Либмонстр (открыть карту)


LIBMONSTER - INTERNATIONAL LIBRARY NETWORK