Цель исследований - анализ характеристик известных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом и изучение влияния основных эксплуатационных параметров (термоциклирование, недостаточная долговременная стабильность, фазовая сегрегация, коррозия, переохлаждение) на теплофизические и эксплуатационные свойства этих материалов. Использованы аналитические методы исследований, основанные на обобщении и анализе значительного количества эмпирической информации по теплоаккумулирующим материалам, классификации материалов по их основным свойствам и синтезу рекомендаций по практическому использованию теплоаккумулирующих материалов в системах теплоснабжения, использующих энергию солнца. Рассмотрены критерии выбора рабочего тела, использующего скрытую теплоту фазового перехода для тепловых аккумуляторов. Одним из основных, сформулированных авторами, требований к рабочему телу является сохранение теплофизических свойств (температуры плавления, скрытой теплоты плавления, а также диапазонов их изменения) при многократных фазовых переходах в процессе эксплуатации. Показано влияние числа переходов (100-1500 термоциклов) на стабильность теплофизических свойств материалов, а также представлены рекомендации по выбору термоаккумулирующих материалов для систем аккумулирования тепловой энергии в системах теплоснабжения, использующих энергию солнца. В качестве теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом для систем, использующих солнечную энергию и работающих с достаточно невысокими температурами (порядка 30-60ºС), могут быть использованы как органические (парафины, жирные кислоты), так и неорганические (кристаллогидраты солей) материалы. Для повышения эффективности процессов теплообмена в системах аккумулирования тепла, использующих материалы с низким коэффициентом теплопроводности (0,148-0,6 Вт/м·К), рекомендовано применять специальные технические решения: увеличение площади теплопередающих поверхностей, использование инклюзивных добавок (например, вставка пористой металлической пены и металлической матрицы в теплоаккумулирующий материал, добавление или дисперсия наночастиц) и др.

Цель исследования - создание и апробация алгоритма поиска адаптивной траектории утяжеления, соответствующей наименьшему предельному по статической апериодической устойчивости перетоку активной мощности для текущей схемно-режимной ситуации в энергосистеме. Для разработки алгоритма использовано значение определителя матрицы Якоби, методы кластерного анализа, а также программный комплекс RastrWin, пакет Microsoft Excel, функции Matlab и методы математической статистики. Предложен, разработан (на языках программирования Visual Basic Script, Visual Basic for Application) и апробирован алгоритм, базирующийся на изменении численного значения определителя матрицы Якоби в зависимости от изменения активной мощности генерирующего оборудования и активной мощности нагрузок энергосистемы (на схеме части Иркутской энергосистемы). Определены сенсорные нагрузочные узлы для исследуемого контролируемого сечения № 1, связывающего энергорайон с остальной частью энергосистемы. Установлено, что увеличение величины мощности (на 0,197 МВт - для узлов 220 кВ, на 0,076 МВт - для узлов 110 кВ, на 0,112 МВт - для узлов 6-10 кВ) в этих узлах приводит к значительному изменению значений определителя матрицы Якоби (на 0,103 о.е. - для узлов 220 кВ, на 0,926 о.е. - для узлов 110 кВ, на 0,33 о.е. - для узлов 6-10 кВ). Установлено, что разница в 27 МВт между значениями предельного перетока, определенного по статической апериодической устойчивости, и предельного перетока, рассчитанного с использованием траектории утяжеления, объясняется отличием исходных расчетных моделей, которые использованы при утяжелении режима. Апробация алгоритма на контролируемом сечении № 1 Иркутской энергосистемы позволила сделать вывод о его пригодности для поиска адаптивной траектории утяжеления с ее последующим применением при расчете и анализе предельных по статической апериодической устойчивости перетоков активной мощности в контролируемом сечении.

Цель - анализ причин золового износа, приводящего к выходу из строя оборудования котлоагрегатов, и обзор способов увеличения срока службы конвективных поверхностей теплообмена котлов. Использован аналитический метод прогнозирования, включающий расчет абразивного износа в зависимости от сорта сжигаемого угольного топлива, а также метод диагностики поверхности труб (без специальной их подготовки) с помощью низкочастотных электромагнитных полей, реализуемый с помощью компьютерной программы «Состояние поверхностей нагрева» совместно с трехмерными моделями Autodesk AutoCAD. Показано, что вместе с аналитическим прогнозированием золового износа применение способа диагностики конвективных поверхностей, основанное на их сканировании, способствовало осуществлению систематического контроля за состоянием поверхностей нагрева котлов. Предложены способы снижения интенсивности абразивного износа в период эксплуатации котлоагрегатов: уменьшение количества сжигания угля с абразивностью > 63%; уменьшение тонины помола угольной пыли до 30-35%; установка защитных металлических устройств на трубы теплообменников; управление скоростью газового потока (для угля с низкой абразивностью ограничение по скорости потока составила 10-12 м/с, а для высокоабразивного угля - 6-8 м/с); регулярная диагностика поверхности труб (через каждые 50 тыс. ч наработки, а при утонении трубы на 0,5 мм и более - через каждые 25 тыс. ч). Предлагаемые мероприятия позволят увеличить срок службы поверхностей нагрева котельных агрегатов в 2-3 раза. Показана необходимость применения неразрушающих способов контроля состояния поверхностей труб в сочетании с регулировкой скорости газового потока в газоходе, а также подбора оптимальной тонины помола угольной пыли в зависимости от сорта сжигаемого на теплоэлектроцентралях угля для того, чтобы избежать незапланированных остановов котлов.

Цель - разработка новых технических устройств для улавливания из дымовых газов тепловых электростанций частиц пыли размером до 10 мкм, а также создание инженерной методики предлагаемого сепарационного устройства и получение расчетных зависимостей для определения времени его работы до необходимого технического обслуживания. Для определения эффективности осаждения частиц на поверхности сепарационного устройства были использованы ранее апробированные методы математического моделирования, основанного на законах сохранения импульса и тепла, а также на основе решения уравнений гидрогазодинамики. Предложена оригинальная конструкция трапециевидного сепаратора с несколькими рядами дугообразных элементов, на которые в процессе эксплуатации аппарата налипает пыль за счет действия инерционных и центробежных сил. При увеличении входной скорости газового потока от 3 до 11 м/с и значениях эффективности 0,5, 0,7 и 0,9 продолжительность работы сепаратора в среднем снижается в 3,7 раза. Установлено, что минимальная продолжительность работы сепаратора составляет около 50 сут при скорости запыленного потока 11 м/с и концентрации пыли 8 мг/м³; максимальная продолжительность работы сепаратора - около 465 сут при скорости запыленного потока 3 м/с и концентрации пыли 5 мг/м³. Предложенная конструкция трапециевидного сепаратора позволяет улавливать частицы из дымовых газов тепловых электростанций размером более 10 мкм с эффективностью 99,0-99,9% и частицы размером менее 10 мкм с эффективностью в среднем 61,7%, что способствует решению задач по уменьшению выбросов в воздушный бассейн. Разработанная методика позволит определять основные конструктивные размеры предлагаемого сепаратора при заданных параметрах газового потока.

Цель - разработка методики оптимизации структуры автономного энергетического комплекса, состоящего из фотоэлектрических панелей, аккумуляторных батарей и дизель-генератора, и ее реализация в программно-вычислительном комплексе. Для оптимизации структуры комплекса применен метод роя частиц, для использования которого не требуется знать точного градиента оптимизируемой функции, в качестве которой была выбрана себестоимость вырабатываемой энергокомплексом электроэнергии. При оптимизации учитывались изменения графика нагрузки потребителей, актинометрические и метеорологические условия местности, технические характеристики фотоэлектрических панелей и аккумуляторных батарей. Также предусмотрен выбор из трех вариантов установки фотоэлектрических панелей относительно горизонта: горизонтально; под углом к горизонту; под углом к горизонту на поворотном одноосном основании с вертикальной осью вращения с использованием системы слежения за солнцем (угол наклона выбирается равным широте местности). Для с. Кызыл-Хая Республики Тыва, функционирующего от дизельной электростанции, рассчитаны среднемесячные значения солнечной инсоляции на горизонтальную поверхность; суммарная установленная мощность электрогенерирующих элементов автономного энергокомплекса, оптимизированного методом роя частиц, составила 450,1 кВт с емкостью аккумуляторных батарей равной 22,2 кА·ч. Разработанная методика оптимизации структуры энергокомплекса реализована в программной среде MATLAB. После оптимизации по предложенной методике структуры автономного энергокомплекса с наклонным расположением фотоэлектрических панелей себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии составила 26,978 руб/кВт∙ч при капитальных затратах 16956,853 тыс. руб. Использование данной оптимизированной структуры комплекса позволит изменить график подачи электроэнергии от 18 до 24 ч в сут, а также может привести к возможному снижению потребления дизельного топлива на 70% в сравнении с потреблением при 18-часовом графике подачи электроэнергии от дизельной электростанции.

Цель - установить степень влияния изменения температуры отдельных групп, оборудованных в составе солнечной электростанции солнечных панелей, находящихся в условиях частичной затененности, на вольт-амперную и ватт-вольтовую характеристики всей солнечной электростанции и определить математическую модель, наиболее адекватно воспроизводящую данный процесс. В исследовании использовались 3 различные математические модели (однодиодная явная, однодиодная, двухдиодная) солнечных панелей, реализованные в программном комплексе MATLAB Simulink. При моделировании принято, что изменение температуры отдельных групп солнечных панелей под воздействием тени от облаков различной плотности происходит в диапазоне от +35°С до +60°С. Произведена верификация полученных данных реализованных математических моделей на основе солнечных панелей компании Kyocera KC200GT с данными, представленными в технической документации производителя, которая показала способность этих моделей адекватно воспроизводить вольт-амперную и ватт-вольтовую характеристики. Показано, что наибольшую погрешность в полученных данных (до 18,31%) имеет однодиодная явная математическая модель, а погрешность однодиодной модели составила 3,42%. Установлено, что наиболее адекватно воспроизводит вольт-амперные характеристики солнечных электростанций в условиях частичной затененности двухдиодная математическая модель. Доказано, что при моделировании мощных солнечных электростанций, эксплуатируемых в условиях частичной затененности, с целью получения выходных характеристик необходимо учитывать не только изменение уровня освещенности отдельных групп солнечных панелей, но и соответствующее изменение их температуры. Кроме того, для получения удовлетворительных результатов математического моделирования солнечной электростанции в изучаемых условиях рекомендуется использовать эквивалентную двухдиодную математическую модель солнечной панели.

Цель - оценка влияния физико-химических свойств углей, сжигаемых на тепловых электростанциях Иркутской области, на эксплуатационные характеристики котельных агрегатов. Для прогнозирования использования в качестве топлива, ранее не используемых на тепловой электроцентрали ПАО «Иркутскэнерго» углей Мугунского и Ирбейского месторождений, применялись математические методы исследований с помощью программного комплекса «SAF», разработанного авторами на базе пакета Microsoft Excel. При анализе состава минеральной части угля Ирбейского месторождения было спрогнозировано, что в результате его сжигания в области температур выше 900ºС можно ожидать шлакование экранных поверхностей нагрева и пароперегревателя (на примере котельных агрегатов Ново-Иркутской тепловой электроцентрали) из-за высокого содержания оксидов железа (III) в золе (16,2%). С помощью программного комплекса «SAF» выполнены расчеты показателей, определяющих шлакующие и загрязняющие свойства твердых топлив: склонность к образованию железистых, сульфатно-кальциевых отложений, отложений на базе активных щелочей; индексы шлакования топочной камеры и загрязнения ширм котельных агрегатов и др. Выявлено, что вновь используемые угли Мугунского и Ирбейского месторождений имеют высокую склонность к образованию железистых отложений - 0,683 о.е. и 0,678 о.е., соответственно. Кроме того, индекс шлакования топочной камеры остается также на высоком уровне (выше 0,75) при сжигании исследуемых углей. Предложено оснастить котельный агрегат БКЗ-420-140 более современными аппаратами водяной обдувки и ввести в эксплуатацию штатные глубоковыдвижные обдувочные аппараты для очистки пароперегревателя от золовых отложений. Предлагаемые мероприятия позволят уменьшить цикличность очистки поверхностей нагрева котельных агрегатов в 2-3 раза. Показана необходимость проведения экспертной оценки шлакующих и загрязняющих свойств ранее не сжигаемых на теплоэлектроцентрали топлив, для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, приводящих к незапланированным остановам котлов.

Цель - показать эффективность использования в реальной трехфазной четырехпроводной вторичной распределительной сети низкого напряжения предлагаемого в работе алгоритма оценивания состояния сети по информации об измерениях, выполняемых интеллектуальными счетчиками. Нелинейное оценивание состояния производится методом простых итераций, на каждом шаге которого переопределенная система линейных уравнений измерений решается методом взвешенных наименьших квадратов. Оценивание состояния выполняется для каждой фазы и нейтрального провода независимо, оценки фазных напряжений относительно нейтрального провода определяются по оценкам напряжений фазных проводов и нейтрального провода относительно земли. Тестирование метода проводится на примере реального 11-узлового магистрального фидера, на опорах которого установлены однофазные и трехфазные счетчики МИР С-04, МИР С-05 и МИР С-07 российского производства. Для оценивания состояния использовалась информация о среднечасовых мощностях нагрузок и модулей напряжений для 576 срезов измерений, взятая из протоколов автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии. Высокую точность полученных оценок подтверждают не превышающие 1,2 В остатки между измеренными значениями переменных и их оценками. Представлены способы определения потерь энергии по оценкам напряжений как относительно земли, так и относительно нейтрального провода. Показана возможность симметрирования фазных нагрузок перемещением однофазных нагрузок наиболее нагруженной фазы в менее нагруженную. Проведенные для реальной сети расчеты показывают близость измеренных интеллектуальными счетчиками значений переменных к их оценкам, что подтверждает эффективность представленного алгоритма оценивания состояния вторичной распределительной сети с явным учетом нейтрального провода.

Цель - разработка способа двухзонного регулирования скорости вентильного двигателя с магнитоэлектрическим возбуждением, применяемого для привода различных машин и механизмов циклического действия или позиционного типа. Применялись методы моделирования на основе современной теории электропривода (с использованием уравнений Горева-Парка) и методы классической теории управления. Разработан способ двухзонного регулирования скорости вентильного двигателя на основе ранее апробированной одноконтурной системы управления его скоростью ниже синхронной, с полной компенсацией тока статора по продольной оси d . Описан способ регулирования скорости выше синхронной за счет неполной компенсации (задаваемой коэффициентом) тока статора по продольной оси. Разработана нелинейная модель вентильного двигателя (на основе уравнений Горева-Парка), позволяющая исследовать режимы его функционирования при скоростях выше и ниже синхронной. Проведенное моделирование для двигателя с конкретными параметрами включало в себя пусковые и тормозные режимы, плавные переходы с одной скорости на другую (путем подбора скорости изменения уставки), скачкообразный сброс и наброс нагрузки. Для управления использовалась одноконтурная система управления с пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором. Разработанная модель позволяет подобрать необходимый закон изменения напряжения по поперечной оси q статора изучаемого двигателя с целью не допустить перегрузки по току преобразователя частоты при работе двигателя как выше, так и ниже синхронной скорости. Исследованы динамические режимы работы замкнутой системы «преобразователь частоты - вентильный двигатель» в среде имитационного моделирования Simulink пакета Matlab. Полученные уравнения статических режимов позволяют определить ограничения по скорости и моменту при двух вариантах работы привода. Таким образом, разработана более простая система управления вентильным двигателем, чем классическая двухконтурная, в которой не предполагается отключение преобразователя частоты при перегрузках.

Цель - повышение эффективности процессов механической обработки осевых режущих инструментов из быстрорежущей стали на высокопроизводительном оборудовании на основе выбора прогрессивных технологических подходов, аналитический обзор современных технологий изготовления осевого режущего инструмента на станках с программным управлением типа обрабатывающего центра. В качестве критериев оценки эффективности использовались производительность процесса, выраженная в скорости удаления материала, и качество обработки инструментов (шероховатость поверхности, геометрическая точность, механические свойства). Установлено, что многооперационные станки, выполняющие токарные, фрезерные и другие типы операций за один установ, относятся к оборудованию, в наибольшей степени отвечающему требованиям высокопроизводительной обработки осевого режущего инструмента. Определены прогрессивные технологические процессы, применяемые при изготовлении режущих инструментов на многооперационных станках: точение фрезерованием, ротационное и полигональное точение. Показано, что применение метода точения фрезерованием позволяет исключить из технологического процесса обработки операцию шлифования, что приводит к снижению себестоимости изделия на 77%. Установлено, что точение фрезерованием подразделяется на ортогональную и тангенциальную обработки, каждая из которых имеет свою особенность определения скоростей резания, которая должна учитываться при назначении оптимальных режимов обработки. Выявлено, что получение заданной формы обрабатываемого изделия является при точении проблемным фрезерованием. Установлено, что соотношение скоростей вращения инструмента и заготовки и глубина резания являются наиболее значимыми факторами, влияющими на отклонение круглости, которое может достигать 2 мм. Показана связь шероховатости с шириной фрезерования. На основании проведенного анализа рекомендовано при изготовлении осевых режущих инструментов вместо классического точения применение технологии точения фрезерованием, обеспечивающей увеличение производительности процесса обработки осевого режущего инструмента в 2-5 раз без потери качества обрабатываемого изделия, и снизить шероховатость поверхности до 10 раз; при этом снижаются силы резания, температура в зоне резания, а также увеличивается стойкость инструмента и устраняется образование сливной стружки.

Цель - изучение и экспериментальное подтверждение возможности повышения коэффициента полезного действия электрической модульно-спусковой печи для снижения удельной энергоемкости обжига вермикулитовых концентратов за счет получения наиболее рациональной (с точки зрения коэффициента полезного действия) конструктивной структуры печи. Методы исследования основываются на теоретическом анализе энергетических характеристик рабочего процесса печного агрегата - коэффициенте полезного действия и удельной энергоемкости, законах физики температурного излучения и теплотехники, а также на анализе экспериментальных данных, полученных при испытаниях опытной модели печи в лабораторных условиях при температуре 730…780ºС и продолжительности обжига 2,48…3,06 с. За счет изменения конструктивной структуры шестимодульной печи достигнуто снижение удельной энергоемкости обжига вермикулита, согласно расчетам, до 188,9 мДж/м³, а по экспериментальным данным - до 197,0 мДж/м³. Снижение экстремального значения удельной энергоемкости модернизированной печи с минимальным значением стандартной аналогичной печи составило 17,9%. Установлено, что эффект снижения энергоемкости обусловлен структурной трансформацией печного агрегата путем переноса нижнего модуля с минимально низким коэффициентом полезного действия и установкой его в параллельное сопряжение с верхним модулем, что приводит к существенному увеличению его коэффициента полезного действия и печи в целом. Кроме того, в рассматриваемой печи применены более эффективные подвесные нагревательные системы. Согласно расчетам и проведенным экспериментальным исследованиям, ожидаемый совокупный эффект, достигаемый за счет конструктивной трансформации печного агрегата и применения более энергоэффективных подвесных нагревательных систем в энергетических блоках печи, по снижению удельной энергоемкости обжига вермикулитовых концентратов составил в среднем для их различных видов и размерных групп до 147,3 мДж/м³.

Цель - экспериментальное исследование вибрации, возникающей на узлах колесно-моторного блока электровоза при движении в кривых малого радиуса (R = 250-350 м) в условиях горно-перевального участка (с уклонами до 17 ‰). Измерение вибраций осуществлялось экспериментально на электровозе 3ЭС5К «Ермак» при помощи вибропреобразователей типа АР-2038-10 и АР-2038-100, установленных на буксе первой по ходу движения колесной пары, кожухе зубчатой передачи и остове тягового двигателя. Для измерений использовалась система, позволяющая непрерывно записывать сигнал вибропреобразователей по восьми каналам с частотой дискретизации 12,8 кГц. Получены экспериментальные данные параметров вибраций, возникающих на буксе колесной пары, кожухе зубчатой передачи и остове тягового двигателя электровоза, при взаимодействии колеса электровоза и рельса на практически бесстыковом пути при движении в кривых малого радиуса. Установлена закономерность, что уровень вибрации при входе в кривые малого радиуса по трем координатам X, Y, Z практически на порядок выше, чем вне кривой. При работе электровоза в режиме тяги выявлено, что резкое увеличение амплитуды (до 10 раз) гармоник с частотами, кратными зубчатой частоте, связано с совпадением с собственными частотами кожуха зубчатой передачи. В режиме выбега, в области частот около 1,5 кГц, на буксе регистрируется псевдослучайная вибрация, среднеквадратичное значение ускорения которой выше 100 м/с², что сопоставимо со значениями ускорения при прохождении стыка пути. Полученные данные параметров вибрации позволяют предположить, что надежность локомотивов, работающих в условиях горно-перевальных участков с большим количеством кривых малого радиуса, будет существенно меньше, чем при работе на равнинных участках, а переход к бесстыковому пути не является эффективной мерой снижения вибрации в кривых малого радиуса.

Цель - установить влияние переднего угла g (в диапазоне от -8° до +10° при постоянном заднем угле a+6°) токарного резца из твердого сплава ВК8 на выходные параметры (силу резания, шероховатость, износ режущей кромки по передней и задней поверхностям) при точении заготовки из титанового сплава ВТ22. Для определения сил резания использовался динамометрический анализ с помощью лабораторного стенда STD.201-1. Точение заготовки производилось при постоянной скорости резания равной 50 м/мин, глубине резания 3 мм и при значениях подачи движения резца вдоль заготовки 0,11, 0,15, 0,21 мм/об. Измерение шероховатости производилось профилометром TR200, износ режущей кромки - при помощи измерительной машины Micro Vu-Sol-1. Установлено, что наибольшее значение (2000 Н) тангенциальной силы резания достигнуто при подаче равной 0,21 мм/об, при этом зафиксирован самый большой перепад (равный 400 Н) значений тангенциальной силы резания в зависимости от изменения значений g в диапазоне от -8° до +10°. При подаче 0,11 мм/об такой перепад составил 300 Н, при подаче 0,15 мм/об - 100 Н. Измеренная при заданных значениях подачи шероховатость находится в допустимых пределах чистоты поверхности, соответствующей 8-9 классу чистоты (кроме g = +10°). По полученным результатам рекомендован выбор значений режимов токарной обработки заготовок из титанового сплава ВТ22 по различным критериям: фиксированной тангенциальной силе резания - подача 0,11 мм/об (g = +10°); значениям шероховатости - подача 0,11 и 0,21 мм/об (при всех выбранных значениях g) или 0,15 мм/об (для g = -4, 0, +4, +8°); износу режущей кромки - подача 0,11 мм/об при g от -8° до -2°, 0,15 мм/об (при g = -4°, 0°, 2°, 4°, 8°, 10°), 0,21 мм/об (при g = -4°, -2°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°).

Цель - разработать эффективный способ полировки поверхности изделий с использованием магнитного поля, позволяющий обеспечить необходимый съем материала и низкую степень шероховатости обрабатываемой детали. Объектом исследований был выбран образец стали SKD11 цилиндрического профиля диаметром 16 мм, покрытый Ni-P-слоем толщиной 1 мм. Для полировки стали SKD11 с покрытием Ni-P в соответствии с экспериментальной методикой Тагучи использовались образцы жидкой магнитной суспензии, содержащие магнитные зерна из железа и абразивные зерна разных диаметров с различными рабочими расстояниями до магнита полировального оборудования. Экспериментальная полировальная система включала в себя постоянный магнит (с магнитной индукцией равной 0,45 Тл), диск, несущий жидкую магнитную суспензию, и два электродвигателя. Распределение магнитных железосодержащих зерен и абразивных зерен в жидкой магнитной суспензии на рабочей обрабатываемой поверхности было исследовано методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлено, что жидкая магнитная суспензия, содержащая магнитные зерна из железа большого диаметра (7 мкм) и абразивные зерна меньшего диаметра (1 мкм), должна использоваться на том же расстоянии полировки (= 1 мм) и применяться одновременно с эмульсией на основе магнитных зерен из железа для финишной обработки зеркальной поверхности стали SKD11, покрытой Ni-P слоем. Использование данной смеси жидкой магнитной суспензии позволило достичь шероховатости 3,6 Нм на обрабатываемой поверхности образца при отсутствии царапин или адгезии абразивов со смесью. Применение жидкой магнитной суспензии, содержащей магнитные зерна из железа, является эффективным методом прецизионной обработки поверхности заготовки с погрешностью до наноуровня, когда диаметр магнитных зерен больше диаметра абразивных зерен. По характеристикам стоимости и производительности данная комбинированная смесь весьма перспективна в качестве технологии полировки по сравнению с дорогостоящей жидкой магнитной суспензией, содержащей магнитные железные зерна с покрытием ZrO₂.

Цель - получение металлического композиционного материала на основе сплава алюминия Al - 5%Cu с введением добавок карбида бора B₄C и изучение микроструктурных особенностей и механических свойств литых заготовок на его основе. Литые заготовки из алюминиевого сплава, содержащего 5% масс. Сu с различным (от 2 до 7% масс.) содержанием карбида бора, готовили в лабораторных машинах литья под давлением (частицы B₄C крупностью 5-7 мкм вводили в расплав при непрерывном перемешивании непосредственно перед литьем). Испытания образцов на растяжение при удлинении 0,1-0,5 мм осуществляли на разрывных машинах марки «Shimadzu» в соответствии со стандартами ASTM. Изучение микроструктуры экспериментальных образцов проводили методом сканирующей электронной микроскопии с помощью микроскопа INSPECT S50 (FEI, Нидерланды). При изучении микроструктуры образцов установлено, что при введении карбида бора в алюминиевую матрицу композит содержит включения промежуточной фазы кристаллизации Al₂Cu и распределенные по всему объему матрицы включения частиц B₄C; имеются зоны пористости в виде слабого контакта матричного материала с встраиваемой поверхностью армированной частицы карбида бора, фиксируется высокий уровень смачивания матричным расплавом, что приводит к равномерному распределению частиц в объеме матрицы. Наилучшие показатели по твердости (113 HV) и пределу прочности на растяжение (~180 МПа) имеют образцы с добавкой карбида бора в количестве 5%: при данном содержании наблюдается низкая ликвация частиц в объеме матрицы Al-Cu и, как следствие, равномерная мелкозернистая структура заготовки для выбранного состава композита. По результатам исследований рекомендован в качестве материала для изготовления изделий с требуемыми твердостью и прочностью состав композита, получаемого литьем под давлением, на основе сплава Al - 5%Cu с добавкой частиц карбида бора 5%.

Цель - расчет технико-экономической эффективности ранее предложенной технологии переработки пылей электросталеплавильного производства пирометаллургическим способом. Технология заключается в восстановлении железа и цинка из их кислородосодержащих форм (ZnFe₂O₄ и ZnO) активными углеродосодержащими материалами. Для проведения экспериментов по переработке техногенной пыли ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» в лабораторной установке на базе высокотемпературной печи LHT 08/17 (Nabertherm, Германия) были использованы пробы с содержанием 26,02% масс. ZnO и 37,7% масс. Fe₂O₃; в качестве углеродистого восстановителя - уголь марки «длиннопламенный орех мелкий»; известь и кварцевый песок служили источниками шлакообразующих компонентов. Получены товарные продукты в виде гранулированного чугуна (с содержанием 96,75% масс. Fe и 2,92% масс. С) и цинкоксидного продукта (с содержанием 90,21% масс. ZnO). Извлечение железа в чугун составило 94,0%, цинка - 91,0%. В качестве основного технологического агрегата для промышленной реализации процесса рекомендована кольцевая печь с вращающимся подом. Предложена принципиальная технологическая схема, заключающаяся в дозировании сырьевых материалов, подготовке шихтовых брикетов, проведении восстановительной плавки, разделении продуктов плавки (чугуна и шлака) и улавливании цинксодержащих возгонов. Для оценки технико-экономической эффективности разработанной технологии в промышленных масштабах в расчет приняты затраты на строительство завода с объемом переработки пылей электросталеплавильного производства 15 тыс. т в год с установкой 1 кольцевой печи со средним диаметром 12 м. Показано, что предложенная технология позволяет получать товарный гранулированный чугун и цинкоксидный продукт в объеме 33264 т/год и 4435 т/год, соответственно. Расчетные срок окупаемости с учетом инвестиционного периода составляет 34 мес., а ожидаемая чистая прибыль - 535,59 млн руб/год.

Цель - проанализировать особенность влияния конструкции катодного кожуха на электролизерах с самообжигающимися анодами на следующие магнитогидродинамические характеристики: магнитное поле, скорости и направления циркуляции катодного металла, запас магнитогидродинамической стабильности. В качестве объекта исследования был взят наиболее распространенный тип электролизеров с анодом Содерберга и верхним токоподводом - С-8БМ, для которого приняты контрфорсный и шпангоутный типы катодного кожуха. Для моделирования магнитогидродинамических явлений, происходящих в электролизере, использовалась специализированная компьютерная программа Blums v5.07. Тип ошиновки, параметры анодного узла, свойства материалов катодного устройства, особенности формирования конуса спекания анодной массы, а также форма рабочего пространства для обоих вариантов моделей задавались одинаковыми. Расчет магнитного поля электролизера выполнялся с использованием аналитического метода исследования, основанного на интегрировании уравнений Пуассона (для областей, занятых током) и Лапласа (для областей, не занятых током). Согласно расчетам скоростей и направлений движения катодного металла установлено, что для обоих типов катодных кожухов электролизера характерна четырехконтурная система циркуляции, определяемая соответствующим расположением анодных стояков на входном и выходном торцах электролизера. По результатам математического моделирования было установлено, что для электролизеров с катодным кожухом шпангоутного типа поперечная и вертикальная составляющие магнитного поля менее скомпенсированы, чем на ваннах с контрфорсным кожухом, что отражается на средних скоростях движения катодного металла: скорости циркуляции будут на 0,02 см/с ниже. Однако запас магнитогидродинамической стабильности практически идентичен для обеих конструкций катодного кожуха. При одинаковой форме рабочего пространства, а также значении межполюсного расстояния (41 мм) и уровне металла (34 см) рассчитанный запас магнитогидродинамической стабильности составил 360-380 мВ.

Цель - разработка компьютерного (на основе физико-химического моделирования) метода контроля и управления процессами минералообразования и выбросов вредных соединений при переработке нефелиновой руды методом спекания в трубчатых вращающихся печах. Используются технологические, математические и минералогические методы исследований, а также методы физико-химического моделирования с помощью программного комплекса «Селектор». Разработанная физико-химическая модель, в соответствии с технологическими этапами получения спека (сушка, дегидратация, декарбонизация, оплавление, спекание, охлаждение), условно разделена на шесть термодинамических резервуаров (зон печи), между которыми имитируется обмен веществом и энергией. Согласование результатов моделирования с производственно-статистическими данными АО «РУСАЛ Ачинск» осуществлено на основе анализа работы печи с объемом переработки 120 т шихты/ч. Показано, что при переработке нефелиновой шихты с получением глинозема и содопродуктов (при точности стандартных методов анализа 1-5%) отклонение производственных показателей по извлечению Al₂O₃ от прогнозируемых результатов составляет при физико-химическом моделировании 0,1-0,6%, а при контроле теплофизических полей - 1,5-2,1%. Применение моделирования при процессе спекания с помощью программного комплекса «Селектор» позволяет значительно повысить степень контроля и управления циклом переработки сырья. Показано, что предложенный метод термодинамического анализа обеспечивает высокоточный контроль процессов минералообразования по технологическим зонам в печи спекания глиноземсодержащей шихты и гарантирует отклонение содержания Al₂O₃ в спеке от прогнозируемых данных не более 0,1-0,6%. При этом степень извлечения Al₂O₃ в раствор, рассчитанная с помощью физико-химического моделирования, составляет 85,8%, имеющая значение, согласно производственным данным, в среднем 85,7%.