Send this page to a friend Повідомити про помилку. 15-09-2011 10:23

Результати держбюджетних НДР

КОРОТКИЙ ОПИС
ЗАКІНЧЕНИХ У 2010 РОЦІ ДЕРЖБЮДЖЕТНИХ НДР

/ПРОПОНУЮТЬСЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ НА КОМЕРЦІЙНІЙ ОСНОВІ/

   Download brief description (eng.)

Зміст

1. Розробка наукових основ і принципів керування активністю нанокаталізаторів та дослідження нових каталітичних систем
2. Розробка наукових і технологічних основ одержання активованих шлаків із вторинної сировини для чорної металургії
3. Розвиток наукових основ та розробка функціональних сплавів для експлуатації в умовах ударно-абразивного зношування в корозійно-активних середовищах
4. Математичне моделювання процесу межового тертя при прокатці
5. Створення ресурсозберігаючих технологій, які забезпечують використання внутрішніх резервів самих сплавів для підвищення їх властивостей
6. Інтенсифікація агломерації руд і концентратів за рахунок керування газодинамічними, тепло- і масообмінними процесами
7. Основи автоматизованого синтезу та оптимізації конструкції шарнірно-зчленованих стрілових систем портальних кранів
8. Розробка ресурсозберігаючих порошкових матеріалів із недефіцитних по-рошків феросплавів і металів для електродугового напилення покриттів з високими триботехнічними характеристиками
9. Розробка економічних зносостійких сплавів і способів зміцнення, заснованих на створенні гетерофазних метастабільних станів

1. Розробка наукових основ і принципів керування активністю нанокаталізаторів та дослідження нових каталітичних систем (науковий керівник – Гранкін В.П., д-р фіз.-мат. наук, проф.).
На сьогоднішній день більш 80 % процесів органічного синтезу і нафтохімії є процесами з використанням гетерогенних каталізаторів, а з урахуванням обсягу виробленої продукції кількість каталітичних процесів перевищує 95 %. Сучасні нанокаталізатори дозволяють проводити процеси зі швидкістю, більшою на порядки, що дає можливість різко підвищити продуктивність діючих виробництв. У роботі показано, що ще більша ефек-тивність може бути у спеціально вирощуваних із використанням нанотехнологій каталізаторах зі системою нанорозмірних металевих структур на поверхні матриці-носії.
Розроблено наукові основи теорії управління активністю нанокаталізаторів та принципи конструювання каталітичних наноструктур на поверхні нанокаталізаторів. Доказано, що ефективними є нанокаталізатори з розподіленими функціями нанодільниць на поверхні, одні з яких відповідають за процеси активації реакції, а інші – за процеси релаксації за високоефективним електронним каналом акомодації енергії реакції.

2. Розробка наукових і технологічних основ одержання активованих шлаків із вторинної сировини для чорної металургії (науковий керівник – Троцан А.І., д-р техн. наук, проф.).
Розроблено основні положення сучасної теорії металургійних шлаків, які полягають у тому, що металургійні шлаки в рідкому стані є асоціантами певного складу, існуючими у заданому температурному інтервалі; структурно-хімічний стан металургійних шлаків можна визначити на полігональних діаграмах станів у всьому інтервалі концентрацій твердих і рідких вихідних компонентів. Отримані результати дозволяють оптимізувати технологічні параметри ковшової обробки залізовуглецевих розплавів присадними матеріалами з вторинної сировини і підвищити екологічну безпеку на підприємствах чорної і кольорової металургії.
Створено нові рецептури шлакоутворюючих і рафінувальних матеріалів із вторинної сировини для шлаковой обробки металургійних розплавів, які реалізуються при ви-робництві синтетичних шихтових і рафінувальних матеріалів для підприємств України. Наукові результати роботи розширюють технологічні можливості переробки промислових відходів чорної і кольорової металургії та їх використання при виробництві чавуну і сталі та покращенні екології на металургійних заводах.
Розроблено технічні умови на періклаз-порошок, синтетичні сплави і компакт-матеріали, а також нові сплави, брикети, порошкові дроти, які охороняються патентами України і застосовуються в сталеплавильному виробництві.

3. Розвиток наукових основ та розробка функціональних сплавів для експлуатації в умовах ударно-абразивного зношування в корозійно-активних середовищах (науковий керівник – Ткаченко Ф.К., д-р техн. наук, проф.).
Мета роботи – розвиток наукових принципів легування сплавів для забезпечення високої стійкості до ударно-абразивно-корозійного зношування з наступною розробкою нових функціональних металевих матеріалів, призначених для використання в умовах поєднання ударно-абразивного зношування з агресивною дією водяних корозійно-активних розчинів технологічного призначення.
Показано, що вирішальний вплив на опір зносу справляє мікроструктурний фактор, а не хімічний склад сталі. Встановлено, що максимальну зносостійкість сталі забезпечує аустенітно-мартенситна структура з переважною долею (65 – 75%) залишкового аустеніту. Деформаційне мартенситне перетворення аустеніту при зношуванні підвищує зносостійкість сталей. Запропоновано хімічний склад нових функціональних економнолегованих сталей з підвищеним рівнем властивостей та режими їх термообробки. Сталі мають економне легування, тобто у їх хімічному складі відсутні Ni, Mo, W, а кількість хрому знижена у 12-20 разів у порівнянні з вітчизняними та зарубіжними аналогами – нержавіючими або зносостійкими сталями.
Розроблені сталі за співвідношенням «ціна – зносостійкість» є набагато кращими у порівнянні з відомими корозійностійкими сплавами різних структурних класів. Співставлення ефективності використання доцільно виконувати із застосуванням статистичної функції «бажаності», яка являє собою інтегральний показник економічної ефективності використання матеріалу в різних корозійно-активних середовищах.
Результати роботи мають практичну цінність для гірничо-металургійної та інших галузей промисловості.

4. Математичне моделювання процесу межового тертя при прокатці (науковий керівник – Капланов В.І., д-р техн. наук, проф.).
Мета роботи – створення моделі процесу межового тертя для ефективного керування процесом прокатки тонких штаб з широким сортаментом по геометричним розмірам і маркам сталі на основі теорії тонколистової прокатки.
У роботі теоретично пояснені явища, які відбуваються на розділяючій поверхні, і створено наукову класифікацію режимів тертя. Дана характеристика кожному елементарному виду тертя і приведені моделі граничного тертя на основі головного фактору - формування і вдосконалення шару поверхнево-активних компонентів, що створюють інте-гральну систему опору відносного ковзання частинок деформованого металу. Класифікація режимів тертя базується на найважливішій ролі поверхнево-активних речовин, динаміці дії їх на металеву поверхню, починаючи від фізичної адсорбції, потім протікаючого процесу хемосорбції, латентного періоду формування граничних шарів і, таким чином, створюючи радикально якісно новий молекулярно-фізичний шар.
Дане наукове і більш точне визначення порівняно молодій міждисциплінарній науці трибоніці як комплексній науці, що об'єднує, систематизує і узагальнює основні закономірності тертя, зносу і змащування технічних систем, пов'язана з суміжними галузями фундаментальної науки.
Вперше розроблено математичні моделі граничного тертя для умов листової про-катки на безперервних станах. Базові математичні моделі дозволяють досліджувати процес тертя в широкому діапазоні зміни швидкості прокатки та оптимізувати режим про-катки, заснований на цілком достовірній закономірності зміни коефіцієнта тертя залежно від швидкості прокатки.
Фундаментальні розробки режимів тертя при тонколистовій прокатці в умовах високошвидкісної деформації можуть використовуватися для розвитку наукових уявлень про контактну взаємодію робочих валків з прокатуваною смугою, дозволяють вперше розроблену теорію високошвидкісної прокатки застосувати для розрахунку основних параметрів при отриманні супертонких штаб на багатоклетевих безперервних станах.
Результати досліджень мають евристичну цінність і є важливими при розробці нових конструкцій прокатних станів, створенні спеціальних прокатних агрегатів-автоматів, що відрізняються високими техніко-економічними показниками листопрокатного виробництва, а також дозволяють здійснити науковий підхід до освоєння технології безперервної і безкінцевої тонколистової холодної прокатки з швидкістю до 60-75 м/с.

5. Створення ресурсозберігаючих технологій, які забезпечують використання внутрішніх резервів самих сплавів для підвищення їх властивостей (науковий ке-рівник – Малінов Л.С., д-р техн. наук, проф.).
Мета роботи – підвищення механічних властивостей і зносостійкості низько- та еко-номнолегованих сталей до рівня, який дорівнює або перевищує аналоги, що містять нікель та інші дорогі елементи.
У ХХІ столітті одним із найважливіших наукоємних напрямів в матеріалознавстві є створення в сплавах метастабільних структур, що здібні до самоорганізації в процесі навантаження. Це дозволяє створювати в матеріалах можливість адаптуватися до зовнішнього впливу та суттєво підвищувати властивості в процесі навантаження на 20 %, а зносостійкість у 1,5 рази.
Для великої групи сталей, які широко застосовуються у промисловості (09Г2С, 10Г2ФБ, ЕН36, 20ГЛ, 20ГФЛ, 14Г2, 30ХГСА, 35ХМЛ, 35ХМФЛ, 60С2), розроблено енергозберігаючі технології термічної обробки (нормалізація, гартування, у тому числі ізотермічне та переривчасте), які передбачають нагрів у міжкритичний інтервал температур та одержання багатофазних структур, що містять в багатьох випадках метастабільний аустеніт, дозволяючий реалізовувати ефект самогартування при навантаженні. В результаті забезпечується рівень механічних властивостей та зносостійкості більш високий, ніж досягається у теперішній час традиційними термообробками.
Показано перспективність здобуття регулярної неоднорідної структури диферен-ційованими обробками, що поєднують загальну і локальну дію на матеріал із використанням для останнього джерел концентрованої енергії. Це дозволяє в одному матеріалі отримувати різні за хімічним складом, структурою та властивостями ділянки, розташовані в заданій послідовності. Поєднання об'ємної і локальної обробок дає можливість набути в матеріалі високих механічних властивостей, а також різні фізичні характеристики (феромагнітність та парамагнітність, неоднакові коефіцієнти лінійного розширення), що відкриває нові можливості для здобуття ефективних матеріалів з регулярною неоднорідною структурою.
Перевага нових технологій перед існуючими вітчизняними та зарубіжними аналогами полягає в тому, що вони забезпечують матеріалам можливість самопідвищення властивостей при експлуатації. Розроблені технології не потребують капітальних витрат при впроваджені у виробництво, і це дуже важливо. Вони можуть бути використані на ба-гатьох металургійних та машинобудівних підприємствах України зі значним економічним ефектом.

6. Інтенсифікація агломерації руд і концентратів за рахунок керування газодинамічними, тепло- і масообмінними процесами (науковий керівник – Кривенко С.В., канд. техн. наук, доц.).
Мета роботи – інтенсифікація агломераційного процесу зі збільшенням висоти агломераційного шару на агломашинах та значним зростанням продуктивності агломашин за рахунок підвищення якості огрудкування агломераційної шихти.
Розроблено систему комплексного аналізу аглодоменного виробництва, яка складається з чотирьох розрахункових модулів: складу агломераційної шихти і агломерату; техніко-економічних показників агломераційного виробництва; матеріального і теплового балансу доменної плавки; зміни собівартості чавуну. Показано, що оптимальні витрати компонентів агломераційної і доменної шихт, а також технологічні параметри виробниц-тва, отримані в результаті розрахунків, забезпечують максимальний сумарний економічний ефект аглодоменного виробництва.
Створено систему управління якістю огрудкування шихти з використанням методу технічного зору, що дало можливість в потоці визначати гранулометричний склад сипкого матеріалу та параметри спікаємого шару. Розроблений спосіб безперервного контролю гранулометричного складу та характеристик шару огрудкованої агломераційної шихти сприяє впровадженню у виробництво математичного моделювання шару з визначенням параметрів процесу агломерації для використання нових способів управління. Одночасне регулювання швидкості обертання огрудкувача та витрат води на зволоження дозволило оптимізувати роботу огрудкувача. Дослідження в промислових умовах розробленої системи управління огрудкуванням показали можливість підвищення продуктивності агломашин на 4 %.
Розроблено новий спосіб спікання агломерату за рахунок одночасного використання попереднього підігріву шихти та збагачення киснем повітря, що дозволило суттєво підвищити продуктивність агломераційного процесу за рахунок усунення недоліків кожного з цих способів спікання при їх використанні окремо. При температурі попереднього підігріву до 120 °С та вмісті кисню в повітрі, що всмоктується в шар, до 25 % продуктивність аглопроцесу підвищується на 230 %. Новий спосіб спікання дозволяє зменшити питомі викиди монооксиду вуглецю в атмосферу.
Впровадження нового способу завантаження агломераційної шихти з використанням керованої сегрегації дозволило підвищити продуктивність агломашин за рахунок покрашення порожності шару. При ступеню сегрегації 0,72 вертикальна швидкість спікання зростає на 48%. Одночасно даний спосіб завдяки конструктивним особливостям дає можливість уникнути деформації завантажувального лотка та зменшити вертикальну нерівномірність завантаженого шару по гранулометричному складу.
Результати роботи можуть бути використані в металургійній, хімічній промисловості, а також у виробництвах, де існує переробка сипких матеріалів.

7. Основи автоматизованого синтезу та оптимізації конструкції шарнірно-зчленованих стрілових систем портальних кранів (науковий керівник – Суглобов В.В., д-р техн. наук, проф.).
Метою роботи є розвиток теорії синтезу стрілових систем портальних кранів, практичне використання якої націлено на автоматизацію процесу розрахунку і проектування кранів і на цій основі створення портальних кранів нового покоління з більш якісними технічними характеристиками і зниженими показниками енергоспоживання та метало-місткості.
90% вантажопідйомних кранів і машин України вже відпрацювали свій нормативний технічний ресурс і підлягають заміні. Згідно даним Міністерства транспорту України для заміни портальних кранів у морських та річних портах України необхідні кошти у сумі більш ніж 3,5 млрд.грн. Зараз розрахунок та синтез врівноважувальних пристроїв стрілових систем портальних кранів не має явних рішень і виконується графоаналітичними методами. Значний обсяг такої роботи не дозволяє розглянути значну кількість варіантів для вибору оптимального рішення, а недостатня точність методу не забезпечує отримання економічно привабливого варіанту конструкції врівноважувального пристрою. Все це приводить до збільшення потрібної потужності двигунів механізму зміни вильоту стріли та збільшення маси рухомої противаги.
Експлуатаційні характеристики, енергоспоживання й металоємність портальних кранів значною мірою залежать від оптимального синтезу стрілової системи й системи зрівноважування. Визначено вимоги до стрілових систем i систем зрівноваження для якісної й кількісної оцінки їхньої якості. Запропоновано й обґрунтовано критерії оцінки якості для синтезу й оптимізації конструкції стрілових систем i систем зрівноваження. Розроблено математичні моделі стрілових систем i систем зрівноваження. Розроблено алгоритми програм оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження, що засновані на моделюванні еволюційного процесу. Це, так званий, «генетичний алгоритм», що пред-ставляє новий напрямок в алгоритмiцi. Для багатокритерійної оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження використаний метод багатомірних статистичних сит (ММС) – статистична сепарацiя.
Розроблено програми автоматизованого синтезу та оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження, а також інструкції споживача цих програм. Виконано зрівняльні розрахунки параметрiв діючого крана i удосконаленого за рахунок використання програм оптимізації, дана оцінка економічного ефекту і наведено відомості про впровадження програм.

8. Розробка ресурсозберігаючих порошкових матеріалів із недефіцитних по-рошків феросплавів і металів для електродугового напилення покриттів з високими триботехнічними характеристиками (науковий керівник – Роянов В.О., д-р техн. наук, проф.).
У нашій країні і за кордоном останніми роками поширюються дослідження металізації з використанням порошкових дротів, що є вельми перспективним, оскільки дозволяє варіювати в широкому діапазоні хімічний склад напилених покриттів, а також змінювати енергетичний стан потоку розплавлених частинок металу, забезпечуючи протікання екзотермічних реакцій між компонентами порошкового дроту, що зумовлює задані властивості покриттів. Але для одержання покриттів із високими триботехнічними характеристиками використовуються дорогокоштуючі дефіцитні порошки карбідів, нітридів, боридів металів, що провокує високу ціну покриттів і обмежує їх використання.
Наукова новизна даної роботи полягає у вирішенні питань по застосуванню високопродуктивного способу металізації для отримання робочого шару з потрібними відпо-відно до умов експлуатації властивостями, які можуть бути отримані при використанні недефіцитних матеріалів і забезпечити підвищення триботехнічних характеристик, а також удосконалення процесу дугової металізації з метою енергозбереження при використанні пульсуючого розпилюючого потоку.
Розроблено склад порошкового дроту і технічні умови на промислове виготовлення порошкового дроту і устаткування для металізації. Створено технологію металізації робочого шару підвищеної якості і затверджено відповідну технологічну інструкцію. Встановлено закономірності впливу на структуру металу легуючих компонентів, які підвищують триботехнічні властивості напиленого шару.
Удосконалено основні теоретичні і технологічні положення по питанню впливу особливостей плавлення матеріалів на формування високоякісного робочого шару і службові характеристики покриттів. Надійність сплавлення основного металу з наплавленим збільшена у 1,5…2 рази за рахунок екзотермічних процесів, а службові характеристики покриттів підвищені на 40…60%. Крім того, за рахунок отримання покриттів з мінімальними припусками на механічну обробку, досягнуто значну економію напилюваних матеріалів при менших енергетичних витратах.
Результати роботи можуть бути використані для створення оптимальних умов одержання робочого шару необхідної якості способом електродугової металізації при економії дорогокоштуючих компонентів, а також при розробці високоефективного устаткування, матеріалів і технологічних процесів.

9. Розробка економічних зносостійких сплавів і способів зміцнення, заснованих на створенні гетерофазних метастабільних станів(науковий керівник – Чейлях О.П., д-р техн. наук, проф.).
Мета роботи – розробка економічних зносостійких метастабільних сплавів, які не містять гостродефіцитних легуючих компонентів, а також створення способів зміцнення, заснованих на формуванні гетерофазних метастабільних станів для підвищення механічних і експлуатаційних властивостей зносостійких матеріалів, поверхневих шарів та деталей, що швидко зношуються.
Вперше запропонована систематизація можливих варіантів термоциклічної обробки, що включає нові схеми обробок зі змінними температурними параметрами (патент України № 48647). Систематизовано можливі варіації гетеро-фазово-структурних метастабільних комбінацій і модифікацій для конструкційних і інструментальних сталей, зносостійких білих і сірих чавунів у поверхневих зміцнених шарах, що дозволяють цілеспрямовано використовувати переваги деформаційних фазових перетворень для самозміцнення у процесі експлуатації та підвищення їх властивостей.
Розроблено конкурентоспроможні сталі, зносостійкі чавуни і наплавлювальні матеріали, які не містять гостродефіцитні легуючі компоненти (Ni, Mo, Nb, W), є значно де-шевшими на $200…2300/т та одночасно мають підвищений комплекс механічних і експлуатаційних властивостей. Запропоновано також нові технології термічної та термоциклічної обробок, які забезпечують створення метастабільних станів і зміцнюючий ефект у процесі експлуатації. Нові матеріали і технології мають інноваційну привабливість для впровадження у виробництво.
Результати роботи можуть використовуватися на металургійних, машинобудівних і ремонтно-механічних підприємствах України й інших країн. Перспективними є ринки збуту, такі як Єгипет, Польща, Угорщина, Російська Федерація (металургійні підприємства).

 

Контактна особа:
Рябухін Олександр Васильович,
начальник відділу маркетингу та інноваційної діяльності,
тел. +38 0 (629) 44 64 98,
факс +38 0 (629) 34 52 94,
e-mail:omid@pstu.edu
http://www.pstu.edu/