02.12.2015

Молодые ученые ЮУрГУ придумали, как получить из руды сталь, минуя коксохим и домну

Молодые ученые физико-металлургического факультета ЮУрГУ стали победителями конкурса «У.М.Н.И.К.» в направлении «Современные материалы и технология их создания» - они предложили новые способы получения стали и изготовления литых деталей из интерметаллидного титан-алюминиевого сплава.

Ассистент кафедры «Металлургия и литейное производство» Семен Салихов представил на конкурсе проект «Разработка сквозной энерго- и ресурсосберегающей технологии прямой переработки кусковой сидеритовой руды в сталь». Проект является частью работы кафедры, которая занимается технологиями переработки руд и получения их них стали.

Основываясь на теории механизмов восстановления, разработанной на кафедре, молодой ученый придумал схему, по которой из сидерита можно получить готовую сталь, а также второй дополнительный продукт - высокомагнезиальный шлак, который может быть использован в огнеупорной промышленности.

«Современная переработка руды в мире - двухстадийная: сначала из нее получают чугун, а потом уже сталь. Новизна нашей технологии в том, что мы из руды сразу получаем сталь, минуя процесс коксохимического и аглодоменного производства. В Челябинской области есть Бакальское месторождение сидеритовой руды. Запасы большие - около миллиарда тонн, примерно на 100 лет работы крупному металлургическому предприятию. Технологий переработки этой руды пока нет, потому что она имеет определенные особенности», - рассказал Семен Салихов.

Сейчас на кафедре проводятся эксперименты с помощью методов моделирования и на практике в лабораторных печах. В планах ученого получить по разработанной технологии несколько десятков тонн материала и провести эксперимент на промышленном оборудовании.

Еще один победитель конкурса - магистрант первого курса кафедры «Металлургия и литейное производство» Раниль Габбасов представил жюри технологические решения, повышающие качество литья из интерметаллидных сплавов. Тема его проекта: «Разработка материалов и технологии производства ответственных литых деталей на основе титан-алюминиевых интерметаллидов».

Титан-алюминиевый интерметаллид - это сплав, обладающий высокой удельной прочностью при небольшой плотности. Он может применяться на предприятиях авиационного моторостроения, в частности, как материал для компрессорных лопаток перспективного авиационного двигателя ПД-14 пятого поколения, который недавно был представлен президенту РФ Владимиру Путину в Нижнем Тагиле. Кроме того, у сплава есть большие перспективы для применения в космическом двигателестроении.

«На сегодняшний день в авиастроении традиционно используются жаропрочные никелевые сплавы, плотность которых составляет примерно 8,9 г/куб. см. Плотность интерметаллидного титан-алюминиевого сплава составляет всего 3,9 г/куб. см, а температура эксплуатации - 750 градусов, что позволяет уменьшить массу компрессора авиационного двигателя на 15-20%, достичь экономии топлива и повысить удельную мощность двигателя», - рассказывает Раниль Габбасов.

Разработка огнеупорных составов для плавки титан-алюминиевых сплавов в установках типа Titancast позволит заменить импортные дорогостоящие тигли на продукцию собственного производства. При разработке формовочных смесей замена этилсиликата на водные кремне- и алюмозолей позволит снизить затраты на изготовление форм и улучшит санитарно-гигиенические условия в литейных цехах.

Ученый отмечает, что проектирование литниковых систем на основе компьютерного моделирования дает возможность максимально снизить или исключить натурные эксперименты - сэкономить затраты на изготовление и монтаж оснастки, опытной плавки и заливки, анализ экспериментальных отливок. С учетом высокой стоимости сплава это позволит добиться экономии материальных ресурсов и сократить в четыре-шесть раз время внедрения в производство новых изделий.

По словам научного руководителя проекта Виталия Дубровина, интерметаллидные титан-алюминиевые сплавы уже получены, но технологии литья до сих пор не отработаны из-за высокой химической активности данных сплавов в процессе плавки и литья, их низкой жидкотекучести и значительной объемной усадки.

При выполнении проекта Раниля Габбасова будет произведена оценка технологических свойств интерметаллидного титан-алюминиевого сплава, поведения материалов тиглей и форм при высоких температурах в различных атмосферах, исследованы процессы взаимодействия сплава с тиглем и литейной формой. На основе этих данных будут получены составы керамических композиций для огнеупорных керамических тиглей и термохимически стойких литейных форм, применяемых при плавке химически активных сплавов.

На завершающем этапе проекта будет произведено компьютерное моделирование условий формирования отливки с помощью системы ProCAST. На это также нацелена моя магистерская диссертация. Сейчас ученые кафедры занимаются разработками в данном направлении и ожидают ответа от предприятия-партнера.

Каждый победитель конкурса «У.М.Н.И.К.» получил право на заключение государственного контракта с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на выполнение НИР в рамках заявленной темы проекта на сумму 400 тыс. рублей.

Источники:

1. dostup1.ru