Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
СВОЙСТВА ОБЪЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ
Get PDFA relatively small number of revolutionary discoveries were made in the field of metallurgy and metal physics in the last few decades, and bulk metallic glasses are one of them. The strength and hardness of bulk metallic glasses are much higher while moduli of elasticity are lower than those of crystalline alloys which results in high stored elastic strain energy. These alloys also have very good corrosion resistance. This article covers various properties of bulk metallic glasses, in particular thermal, mechanical, magnetic, electrical properties and corrosion resistance as well as applications of these alloys.За последние несколько десятилетий открыто относительно небольшое число революционных материалов в области металловедения и физики металлов, и объемные металлические стекла одни из них. Их прочность и твердость значительно выше, а модуль упругости ниже, чем кристаллических сплавов, что приводит к высокой энергии запасенной упругой деформации. Эти материалы также имеют очень хорошую устойчивость к коррозии. В настоящей работе исследованы свойства объемных металлических стекол, в частности тепловые, механические, магнитные, электрические показатели и коррозионная стойкость, а также приводятся области применения данных сплавов
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПЕЧНЫХ ШЛАКОВ КРЕМНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Get PDFMetallurgical grade silicon produced in ore-smelting furnaces (OSF) generates a negligible amount of a furnace slag compromising the valuable smelted product quality. The purpose of the study was to analyze the factors of furnace slag formation with its further passing into silicon when released from the ore-smelting furnace, as well as to study the chemical composition of samples. The computer program was developed to forecast the yield of smelting products (crude silicon, dust-gas mixture, furnace slag) depending on the amount and chemical composition of loaded charge material, i.e. siliceous raw ore and carbonaceous reductants. The paper provides the results of studying OSF slag samples from the existing plant by metallographic, X-ray, and X-ray diffraction methods and electron probe microanalysis. The study showed the presence of entrapped silicon prills with intermetallic inclusions (Fe(Ti)Si, CaSi2), silicon carbide SiC, incompletely reduced α-SiO2-cristobalite and Al2O3, and formed complex oxides of impurity elements (CaO·SiO2). It was found that the amount of formed furnace slag and thus the chemical composition of smelted silicon depend on the optimal excess of solid carbon in charge (within 103–111 %) and stable electrical operation of the ore-smelting furnace.При получении металлургического кремния в рудно-термических печах (РТП) образуется незначительное количество печного шлака, ухудшающего качество выплавляемого ценного продукта. Цель работы состояла в анализе причин формирования печного шлака, переходящего при выпуске из РТП в кремний, а также изучении химического состава образцов. Разработана компьютерная программа, позволяющая прогнозировать выход продуктов плавки (чернового кремния, пылегазовой смеси, печного шлака) в зависимости от количества и химического состава загружаемых шихтовых материалов – кремнеземсодержащего рудного сырья и углеродистых восстановителей. Приведены результаты исследований образцов шлаков с РТП действующего производства металлографическим, рентгеноспектральным, рентгенофазовым методами анализа и рентгеноспектральным микроанализом. Показано, что в изучаемых образцах зафиксированы запутавшиеся корольки кремния с интерметаллическими включениями (Fe(Ti)Si, CaSi2), карборунд SiC, недовосстановленные α-SiO2-кристобалит и Al2O3 и образованные комплексные оксиды элементов-примесей (CaO·SiO2). Установлено, что количество образующегося печного шлака и, следовательно, химический состав выплавляемого кремния зависят от оптимального избытка твердого углерода (в диапазоне 103–111 %) в шихте и стабильного электрического режима работы РТП
РАСЧЕТ РЕАКТОРА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТРЕХВАЛЕНТНОГО МЫШЬЯКА ПО СУЛЬФИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Get PDFThe accumulation of arsenic in solid, liquid and gaseous waste of metallurgical production is an acute problem. Deposition of arsenic by sodium hydrosulfide is an effective and fast method of arsenic removal from solutions. The paper proposes a reactor design procedure for extraction of As (III) using the sulfide technology from washing solutions for wet gas scrubbing in sulfuric acid production. The paper takes into consideration the optimum parameters for removal of arsenic from solutions: the specific consumption of sulfide sulfur per1 kgof arsenic, the concentration of As (III) ions in the solution, the rate of sodium hydrosulfide feeding into the solution, and the hydrodynamic regime of the reactor. The obtained results are useful for design of experimental-industrial reactors used in dearsenication of solutions.Накопление мышьяка в твердых, жидких и газообразных отходах металлургического производства является острой проблемой. Осаждение мышьяка гидросульфидом натрия – эффективный и быстрый метод удаления мышьяка из растворов. Предложена методика расчета реактора для извлечения As(III) по сульфидной технологии из промывных растворов мокрой очистки газов сернокислого производства. Учтены оптимальные параметры для удаления мышьяка из растворов: удельный расход сульфидной серы на 1 кг мышьяка, концентрация ионов As(III) в растворе, скорость дозировки гидросульфида натрия в раствор, гидродинамический режим работы реактора. Полученные результаты полезны для проектирования опытно-промышленных реакторов в цикле очистки растворов от мышьяка
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ КРУГЛОЙ МЕМБРАНЫ
Get PDFThe process of superplastic forming of a circular membrane under constant pressure is analyzed. The analytical process model is built based on principal assumptions of the thin shell theory, and two simplified approaches known from the literature and based on the hypothesis on the uniform thickness of a shell along its profile, and the uniform stretching of a meridian passing the dome apex. The methods of calculating the duration of superplastic forming of a circular membrane are considered. The finite element modeling of the process considered is made using the educational version of ANSYS software. The paper considers two boundary value problems stated in terms of superplasticity mechanics – the theory of creep and the theory of viscoplasticity. The results of analytical formula calculations are compared with the solutions of boundary value problems in terms of the creep and viscoplasticity theories obtained in the ANSYS software environment. The material constant values are determined from the results of uniaxial tests and test forming of Ti–6Al–4V titanium alloy. It is shown that test forming used to identify the material model provides much more appropriate results with the evaluation error reduced from ~20 % (when identifying the model based on the results of standard uniaxial mechanical tests) to ~3 %.Исследован режим сверхпластической формовки круглой мембраны при постоянном давлении. Математическая модель технологического процесса построена в рамках основных предположений безмоментной теории оболочек, а также двух известных из литературы упрощенных подходов, основанных на гипотезе о равнотолщинности оболочки по ее профилю и равнорастянутости меридиана, проходящего через полюс купола. Проанализированы методы расчета продолжительности процесса сверхпластической формовки круглой мембраны. Проведено конечно-элементное моделирование рассматриваемого процесса с использованием учебной версии программного комплекса ANSYS 10ED. В данной работе рассмотрены два варианта постановки краевой задачи механики сверхпластичности – теории ползучести и вязкопластичности. Результаты вычислений по аналитическим формулам сопоставлены с решениями краевых задач теории ползучести и вязкопластичности, полученными в среде программного комплекса ANSYS. Значения материальных постоянных были определены по данным одноосных испытаний и тестовых формовок титанового сплава ВТ6 (Ti–6Al–4V). Показано, что в том случае, если для идентификации модели материала используются тестовые формовки, результаты расчетов оказываются намного более корректными, а погрешность оценки снижается с уровня ~20 % (при идентификации модели по результатам стандартных одноосных механических испытаний) до ~3 %
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЛИГАТУРНЫХ СПЛАВОВ Al–Hf–Sc
Get PDFThe microstructure peculiarities of the new Al–Hf–Sc master alloys were studied using the methods of optical and scanning electronic (SEM) microscopy in combination with EDX analysis. The alloys studied included the meta-stable intermetallic compounds (aluminides) having cubic lattices identical to those in the matrix of aluminum alloys. Binary and ternary alloys were melted in graphite crucibles at a carbon-resistance furnace under an argon atmosphere. Al–0,96at.%Hf (5,98 wt.% Hf) and Al–0,59at.%Hf (3,77 wt.% Hf) alloys were prepared by superheating above the melting point up to about 200 and 400 degrees respectively. Melts were poured into a bronze casting form where crystallization rate was ~103 degrees/sec. Besides stable aluminides with tetragonal lattices, Al3Hf metastable aluminides with cubic lattices were formed only in the melt superheated by 400 degrees above the melting point. The degree of superheat for ternary alloys where Aln(Hf1–xScx) meta-stable aluminides were formed was 240, 270 and 370 degrees. The hafnium fraction in the Aln(Hf1–xScx) aluminides changed from 0,46 to 0,71 depending on the Hf : Sc ratio in the alloy. The master alloys produced (at.%): Al–0,26Hf–0,29Sc and Al–0,11Hf–0,25Sc (wt.%: Al–1,70Hf–0,47Sc and Al–0,75Hf–0,42Sc) demonstrate fine grain structures with meta-stable aluminides of Aln(Hf0,58Sc0,42) and Aln(Hf0,46Sc0,54) compositions respectively. Aluminide sizes are less than 12 and 7 μm. Their crystal lattice mismatch with the aluminum alloy matrix lattice is less than for Al3Sc. This fact allows us to expect high modifying effects of the experimental Al–Hf–Sc master alloys in their further application. In addition, replacement of expensive scandium with hafnium in the master alloys can reduce scandium consumption considerably.С использованием методов оптической и электронной сканирующей микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа изучены особенности микроструктуры новых лигатурных сплавов системы Al–Hf–Sc с метастабильными алюминидами, имеющими кубическую решетку, идентичную решетке матрицы алюминиевых сплавов. Выплавку бинарных и тройных сплавов проводили в печи угольного сопротивления в графитовых тиглях в атмосфере аргона. Сплавы Al–0,96ат.%Hf (5,98 мас.% Hf) и Al–0,59ат.%Hf (3,77 мас.% Hf) готовили при перегреве над температурой ликвидуса около 200 и 400 град соответственно. Расплавы заливали в бронзовую изложницу, скорость кристаллизации в которой составляла ~103 град/с. Только в сплаве, перегретом над температурой ликвидуса на 400 град, наряду со стабильными алюминидами с тетрагональной решеткой образовались метастабильные алюминиды Al3Hf с кубической решеткой. Перегрев тройных расплавов, в которых сформировались метастабильные алюминиды Aln(Hf1–xScx), составил 240, 270 и 370 град. В зависимости от соотношения Hf и Sc в сплаве доля гафния в алюминидах Aln(Hf1–xScx) изменяется от 0,46 до 0,71. Лигатурные сплавы (ат.%) Al–0,26Hf–0,29Sc и Al–0,11Hf–0,25Sc (мас.%: Al–1,70Hf–0,47Sc и Al–0,75Hf–0,42Sc) характеризуются тонкой структурой зерна и метастабильными алюминидами состава Aln(Hf0,58Sc0,42) и Aln(Hf0,46Sc0,54) соответственно. Размеры алюминидов не превышают 12 и 7 мкм. Несоответствие их решеток с решеткой матрицы алюминиевых сплавов меньше, чем таковое для Al3Sc. Это позволяет предположить проявление опытными лигатурами Al–Hf–Sc высокого модифицирующего эффекта при их дальнейшем использовании. Кроме того, замещение гафнием дорогостоящего скандия в лигатурных сплавах может значительно сократить расход последнего
ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ РОССЫПЕЙ ШЛИХОВОГО ЗОЛОТА МЕТОДОМ МАГНИТОЖИДКОСТНОЙ СЕПАРАЦИИ
Get PDFThe process of separation in a ferrofluid is recommended for gold separation from placer beneficiation products. The process of magnetic fluid separation is based on the ponderomotive force of the inhomogeneous magnetic field appeared in ferrofluids in addition to the pushing gravity force. The horizontal component of this force in a separation medium participates in the movement of bodies along an equipotential surface across the working area – to the separation cell walls and towards the central plane of the pole gap, and the longitudinal component participates in the movement along the working area. In order to improve the technological parameters of the process, it is recommended to limit the transverse displacements of the bodies by vertical partitions installed in the separation medium along the separator pole gap. The theoretical study results regarding particle motion in the separator working area suggest that the wall effect is manifested in the appearance of a flow opposite to the direction of particle motion. This increases the hydrodynamic drag force and reduces the speed of particle movement. It is shown that the decrease in the time of light concentrate fraction presence in the separator working area with vertical walls promotes an increase in the productivity of the process with respect to the initial feed and heavy fraction productivity (gold extraction into the heavy fraction). The mathematical methods of experimental design were used to perform investigation tests of competing methods of separation on artificial mineral mixtures and heavy gold-bearing concentrates isolated from placer sands. It has been proved that the transition from ferrofluid volume separation to separation using the developed method increases the unit productivity by 9 %, and the gold extraction into the heavy fraction from 84,34 to 91,77 % due to light fraction losses reduced from 15,46 to 7,96 %. Heavy fraction yield lowered by 11,6 rel.% made it possible to obtain a material containing over 800 kg per ton of gold.Для выделения золота из продуктов обогащения россыпей рекомендуется процесс сепарации в ферромагнитной жидкости (ФМЖ). Процесс магнитожидкостной сепарации основан на появлении в ФМЖ дополнительной к гравитационной выталкивающей силе пондеромоторной силы неоднородного магнитного поля. В объеме среды разделения горизонтальная составляющая этой силы участвует в перемещении тел по эквипотенциальной поверхности поперек рабочей зоны – к стенкам сепарационной кюветы и в сторону центральной плоскости межполюсного зазора, а продольная составляющая – вдоль. С целью повышения технологических показателей процесса рекомендуется ограничить поперечные перемещения тел вертикальными перегородками, установленными в среде разделения вдоль межполюсного зазора сепаратора. Из результатов теоретического исследования движения частиц в рабочей зоне сепаратора следует, что влияние стенок проявляется в возникновении встречного направлению движения частиц потока, который является причиной роста гидродинамической силы сопротивления и снижения скорости движения частиц. Показано, что при наличии вертикальных стенок уменьшение времени нахождения легкой фракции шлиха в рабочей зоне сепаратора способствует росту производительности процесса по исходному питанию и производительности по тяжелой фракции (извлечению золота в тяжелую фракцию). С использованием методов математического планирования эксперимента выполнены исследовательские испытания конкурирующих способов сепарации на искусственных смесях минералов и на тяжелых золотосодержащих шлихах, выделенных из песков россыпи. Доказано, что при переходе от сепарации в объеме ФМЖ к сепарации разработанным способом производительность аппарата увеличивается на 9 %, а извлечение золота в тяжелую фракцию – с 84,34 до 91,77 % за счет уменьшения потерь с легкой фракцией с 15,46 до 7,96 %. При снижении выхода тяжелой фракции на 11,6 отн.% получен материал, содержащий более 800 кг/т золота
ВЫСОКОТЕРМОСТОЙКИЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ ФАСОННЫХ ОТЛИВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Get PDFThe study covers organoaluminum and yttrium aluminum binder application in the production of high-heat-resistant ceramic corundum molds. This technology is a promising trend in the manufacturing of ceramic shell molds for precision casting of intricate shape high-duty investment parts of titanium alloys. Foundry shop applications of silica-free binders having a number of advantages over most popular ones at the moment addresses many issues associated with thermochemical stability of ceramic molds and reduces the scope of finishing operations along with rejection rate when casting parts of reactive metals and alloys, thus providing improved quality of high-duty investment castings.Рассмотрены вопросы применения алюмоорганического и алюмоиттриевого связующих при изготовлении высокотермостойких керамических корундовых форм. Эта технология является перспективным направлением в создании керамических оболочковых форм для точного сложнопрофильного литья отливок ответственного назначения из титановых сплавов. Использование в литейных цехах бескремнеземных связующих, обладающих рядом преимуществ по сравнению с наиболее распространенными в настоящее время, позволяет решить многие вопросы, связанные с термохимической устойчивостью керамических форм, а также снизить объем отделочных операций и брак при литье деталей из химически активных металлов и сплавов, обеспечивая повышение качества точных отливок ответственного назначения
СОРБЦИЯ РЕНИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ИМПРЕГНАТАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ТРИАЛКИЛАМИН
Get PDFThe paper studies rhenium (VII) sorption from sulfuric acid solutions by impregnates based on macroporous polymer carriers (copolymers of styrene with divinylbenzene, weak acid cation exchange resion) containing commercial trialkylamine (ТAA). The study provides equilibrium and kinetic characteristics of rhenium recovery by the impregnate based on the macroporous weakly acidic cation exchange resin (K-TAA) having the best rhenium capacity. The maximum coefficient of rhenium distribution in the K-TAA impregnate is observed in sorption from pH = 2 solutions. The rhenium sorption isotherm is described by the Langmuir equation with the K = 29±2 ml/g constant. A limited solution volume method was used to obtain the integral kinetic curves of sorption with a half-reaction time value considered to calculate the effective coefficients of rhenium diffusion in the impregnate amounted to (3,8·10–11 (295 K) and 1,3·10–10 (308 K) m2/s). Kinetic results linearized by the equations of models (pseudo-first, pseudo-second order, Elovich and inner diffusion) showed that kinetic curves with the highest correlation degree are described by the pseudo-second order equation with the 0,00056 (295 K) and 0,00059 (308 K) g·mg–1·min–1 rate constants. The apparent activation energy of rhenium sorption (39±2 kJ/mol) was calculated using the Arrhenius equation. The K-TAA impregnate was tested for rhenium sorption from the eluate obtained by rhenium desorption from the Purolite A170, weak base anion exchange resin pre-saturated with rhenium from the complex pregnant solution for leaching of products derived from poor rhenium-containing copper sulfide raw materials processed.В статических условиях изучена сорбция рения (VII) из сернокислых растворов импрегнатами на основе макропористых полимерных носителей (сополимеров стирола с дивинилбензолом, слабокислотного катионита), содержащих технический триалкиламин (ТАА). Получены равновесные и кинетические характеристики сорбции рения импрегнатом К-ТАА на основе макропористого катионита, имеющего лучшие емкостные характеристики по рению. Максимальное значение коэффициента распределения рения в импрегнате К-ТАА наблюдается при сорбции из растворов с рН = 2. Изотерма сорбции рения описывается уравнением Ленгмюра с константой K = 29±2 мл/г. Методом ограниченного объема раствора при различных температурах получены интегральные кинетические кривые сорбции и с учетом времени полупревращения рассчитаны эффективные коэффициенты диффузии рения в импрегнате, составившие 3,8·10–11 (295 K) и 1,3·10–10 (308 K) м2/с. Обработка кинетических данных линеаризацией по уравнениям моделей псевдопервого, псевдовторого порядка, внутренней диффузии и Еловича показала, что кинетические кривые с наиболее высокой степенью корреляции описываются уравнением псевдовторого порядка с константами скорости 0,00056 (295 K) и 0,00059 (308 K) г·мг–1·мин–1. По уравнению Аррениуса рассчитано значение кажущейся энергии активации сорбции рения, составившее 39±2 кДж/моль. Осуществлена апробация импрегната К-ТАА для сорбции рения из элюата, полученного при десорбции рения со слабоосновного анионита Purolite A170, предварительно насыщенного рением из сложного по составу продуктивного раствора выщелачивания продуктов переработки бедного ренийсодержащего сульфидного медного сырья
СОРБЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ ЦИНКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Get PDFThe article studies the dynamic sorption of indium ions from polycomponent solutions with pre-reduced iron (III) containing, g/dm3: 0,084 In3+, 6,2 Fe2+, 67,0 Zn2+ and 19,6 H2SO4, on the Metosol reagent. The latter is a montmorillonite with the following composition (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2(H2O)n, modified by di(2-ethylhexyl) phosphoric acid. Its absorption dynamics of metal ions was studied by the method of frontal chromatography. The article determines the values of working (DEC) and total (TDEC) dynamic exchange capacities of the mineral sorbent depending on the specific throughput rate and the eluent temperature. The article justifies and calculates the basic parameters of the sorption technology of selective indium extraction from process solutions used for zinc production operations on the Metosol reagent in columns with subsequent desorption of metal by hydrochloric acid solution (1 : 1).Исследована в динамическом режиме сорбция ионов индия из поликомпонентных растворов с предварительно восстановленным железом (III), содержащих, г/дм3: 0,084 In3+, 6,2 Fe2+, 67,0 Zn2+ и 19,6 H2SO4, на реагенте Metosol. Последний представляет собой монтмориллонит состава (Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2(H2O)n, модифицированный ди(2-этилгексил)фосфорной кислотой. Динамика поглощения им ионов металлов изучена методом фронтальной хроматографии. Определены значения рабочей (ДОЕ) и полной (ПДОЕ) динамических обменных емкостей минерального сорбента в зависимости от удельной скорости пропускания и температуры элюента. Обоснованы и рассчитаны основные параметры сорбционной технологии селективного извлечения индия из технологических растворов цинкового производства на реагенте Меtоsol в колонках с последующей десорбцией металла раствором соляной кислоты (1 : 1)
РОЛЬ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ В ИННОВАЦИОННОМ РАЗВИТИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ
Get PDFResearch infrastructures play a vital role in advanced scientific research. At the same time they are an important element of innovative development of the Russian metallurgical industry. Its modernization and improved competitiveness on global markets can be facilitated by the opportunities of the open access both to Russian and European research infrastructures. The paper describes the types and rules of access. Transnational access to European research infrastructures is possible only on a competitive basis where up to 20% of the test time is provided to user teams from Russia and some other countries. Virtual access ensures free of charge access to e-Infrastructure, namely to powerful computers, networks and databanks in various fields. In addition, the paper describes information resources providing all necessary data about the main European research infrastructures.Исследовательские инфраструктуры являются не только основой передовых научных исследований, но и важным элементом инновационного развития российской металлургической промышленности. Ее модернизации и повышению конкурентоспособности на мировых рынках может способствовать использование возможностей открытого доступа как к российской, так и европейской инфраструктурам. В статье рассмотрены типы и правила такого доступа. Транснациональный доступ к инфраструктуре возможен только на конкурсной основе: 20 % экспериментального времени предусмотрено для исследовательских групп из России и некоторых других стран. Виртуальный доступ обеспечивает бесплатный доступ к электронной инфраструктуре – мощным компьютерам, сетям и банкам данных в различных тематических областях. Кроме того, описаны информационные ресурсы, помогающие найти необходимые сведения об основных европейских исследовательских инфраструктурах.