Повышение надежности и долговечности деталей и узлов металлургического оборудования

циалистах, на факультете началась работа по открытию новых специальностей. В 1992 году на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» открыта новая специальность «Городское строительство и хозяйство». В 1995 году на кафедре «Архитектура » открыта специальность «Архитектура» и начата подготовка профессиональных архитекторов. Таким образом, факультет стал вести подготовку специалистов уже по пяти специальностям.

В настоящее время на архитектурно-строительном факультете ведется подготовка специалистов по 13 специальностям:

270301 - Архитектура;

270302 - Дизайн архитектурной среды;

270105 - Городское строительство и хозяйство; 270102 - Промышленное и гражданское строительство;

270106 - Производство строительных материалов , изделий и конструкций;

240304 - Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов; 270109 - Теплогазоснабжение ивентиляция; 270112 - Водоснабже ние и водоотведение;

270205 - Автомобильные дороги и аэродромы; 270114 - Проектирование зданий;

270115- Экспертиза и управление недвижимостью;

270300 - Архитектура;

270100 - Строительство.

В первое десятилетие XXI века стройфак вступил, имея хороший состав научно-педагогических кадров. Появилась реальная возможность сделать новый шаг вперед по пути развития и укрепления научно-исследовательской ба-зы факультета.

На архитектурно-строительном факультете выполняется широкий спектр научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, включающих следующие вопросы.

Исследование повреждаемости конструкций каркаса здания сталеплавильного отделения.

Влияние электрического разряда на структу-рообразование цементных паст.

Исследование работы стержневых железобетонных изгибаемых элементов пустотного профиля с использованием программного комплекса «Лира ».

Повреждаемость строительных конструкций отделения подготовки литых слябов ККЦ ОАО

«ммк».

Огнезащитные покрытия на основе жидкого стекла и бисульфата графита.

Особенности архитектуры и проблемы естественного освещения цехов и производственных зданий.

Изучение влияния локального нагрева на НДС подкрановой балки коробчатого сечения конвертерного отделения ККЦ ОАО «ММК».

Исследование НДС трубобетонных стержневых конструкций с обжатым ядром.

Разработка вяжущих на основе сталеплавильных шлаков.

Стратегия развития Южно-Уральского региона.

Совершенствование теплогвдравлических режимов тепловых сетей ОАО «ММК» в условиях повышенной нестабильности абонентского теплопотребле ния.

Повышение эффективности работы газовых инфракрасных излучателей (ГИИ) насосной станции «грязного» оборотного цикла водоснаб-же ния сортового производства ОАО «ММК».

Комплексный расчет фундаментного строения стана 5000 и другие НИИОКР в рамках договоров с Магнитогорским металлургическим ком -бинатом, его дочерними предприятиями, организациями города и региона.

Результаты выполненных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ многократно докладывались и занимали призовые места в конкурсах научных проектов городского, регионального, всероссийского уровней, удостаивались различных наград и поощрений.

УДК 621.771

Платов С.И., Кавдауров Л.Е., Железков О.С., Терентьев Д.В., Мироненков Е.И.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Учеными механико-машиностроительного факультета МГТУ совместно со специалистами металлургических предприятий постоянно ведутся научно-исследовательские работы, направленные на повышение надежности и долговечности металлургического оборудования. Среди работ, вы-

полненных за последние годы, следует отметить:

- поиск эффективных смазочных материалов, совершенствование систем и режимов смазывания тяже лона груженных деталей и узлов металлургического оборудования;

- исследования, направленные на повышение

стойкости валковой арматуры для бескалиб-ровой прокатки;

- технические разработки по повышению ресурса станин и планок проемов рабочих клетей прокатных станов;

- разработки, направленные на повышение надежности и долговечности металлоконструкций и деталей ходовой части мостовых кранов.

Внедрение и совершенствование систем «масло-воздух»

Одним из направлений борьбы с износом де -талей является совершенствование систем смазывания и поиск эффективных смазочных материалов (в работе принимали участие Г.Н. Юрченко, Ю.В. Жиркин, Г.Г. Алешкевич, Е.А. Ду-доров, И.С. Рамазан).

В последнее время за рубежом и в нашей стране широкое применение получают системы микродозированной смазки, основанной на принципе транспортировки масляной пленки с помощью сжатого воздуха по трубопроводам непосредственно к точкам смазывания. Данные системы получили название «масло-воздух». Подача сжатого воздуха для транспортирования смазочного материала в подшипниковые узлы обеспечивает их частичное охлаждение и предотвращает попадание воды, грязи, окалины и других частиц, так как создается внутренне избыточное давление. Системы «масло-воздух» позволяют регулировать дозы подаваемого смазоч-ного материала, частоту подачи и расход воздуха, что создает оптимальные режимы смазывания. Применение систем «масло-воздух» (М-В) обеспечивает существенную экономию смазочных материалов и повышение срока службы трущихся деталей

Разработчиком систем М-В, которые внедряются в условиях ОАО «ММК», является ЗАО «Металлпромсервис» (директор - Г.Н. Юрченко). Специалистами МГТУ совместно с работниками комбината проведены комплексные исследования, направленные на совершенствование систем «масло-воздух» и поиск рациональных режимов смазывания [1].

На основании проведенных исследований разработана новая система смазывания «масло-воздух» (патент РФ № 55085). Разработанная система смазки (рис. 1) позволяет повысить срока службы подшипниковых опор прокатных валков и сократить расход смазочного материала за счет регулирования толщины масловоздушной пленки в узлах трения в зависимости от темпера -туры окружающей среды и температуры подаваемой смеси «масло-воздух», а также вязкости

масла путем нагрева или охлаждения смазочного материала, находящегося в резервуаре.

На основании проведенных исследований в системах М-В, применяемых для смазывания подшипников качения рабочих валков чистовой группы клетей стана «2000» горячей прокатки, на воздушных магистралях установлены дополнительные фильтры тонкой очистки, а для смазывания подшипников рабочих валков клети № 13 изменена вязкость масла и увеличена продолжительность цикла подачи смазочного материала с 15 до 40 с.

В условиях ОАО «ММК», кроме стана «2000» г. п. (чистовая группа клетей № 7-13), системы «масло-воздух» внедрены и успешно эксплуатируются в ЛПЦ-3 (пятиклетьевой стан «1200», подшипники рабочих валков - 5 систем), в ЛПЦ-5 (двухклетьевой реверсивный стан, че-тырехклетьевой стан «2500» холодной прокатки, дрессировочные станы «1700» и «2500», под -шипники рабочих валков - 6 систем). В настоящее время системы М-В внедрены в ЛПЦ-4 (подшипники рабочих валков чистовой группы клетей стана «2500» - 7 систем), в ЛПЦ-8 (подшипники рабочих валков пятиклетьевого стана «630» - 5 систем), в кислородно-конверторном цехе для смазывания подшипников качения роликов МНЛЗ № 3.

Повышение стойкости линеек валковой

арматуры для бескалибровой прокатки

Специалистами МГТУ совместно с работниками ОАО «Белорецкий металлургический ком -бинат» проведены исследования, направленные на повышение стойкости линеек валковой арматуры для бескалибровой прокатки (в работе принимали участие А.К. Белан, Н.Ш. Тютеряков,

«масло-воздух»

И.М. Ячиков, Н.В. Оншин). На основании проведенных теоретических и экспериментальных ис-следований разработана математическая модель теплообмена линеек валковой арматуры с прокатываемой полосой и охлаждающей водой, учитывающая асимметрию передачи тепла линейке от прокатываемой полосы, неравномерность распределения давлений на рабочей поверхности носовых частей линеек, шероховатость контактных поверхностей [2].

Проведены экспериментальные исследования влияния температуры в интервале 20-800°С на величину показателя энергетической интенсивности изнашивания ряда материалов, применяе-мых для изготовления и восстановления деталей валковой арматуры скольжения (стали Ст3, 45, 55С2, 40Х, 6ХС, У8, 65Г, 12Х18Н10Т, чугунов СЧ15, СЧ25, СЧ30, наплавочного материала СОРМАИТ). Результаты исследований использовались при прогнозировании долговечности линеек валковой арматуры.

Внедрение результатов исследований в условиях стана 150 ОАО «БМК» позволило уменьшить массу комплекта арматуры в 1,7 раза; снизить время восстановления комплекта линеек в 2,5 раза; увеличить средний ресурс валковой арматуры на 30%, повысить качество получаемых прокаткой в гладких валках заготовок; увеличить использование бочки валков до 90%; увеличить массу проката на одном комплекте валков с 180 до 225 тыс.т.

Совершенствование конструкции планок проемов станин прокатных клетей

Станины прокатных клетей являются ответственными деталями прокатного стана. Стойки станин прокатных клетей и применяемые облицовоч -ные планки испытывают значительные нагрузки, особенно в момент захвата полосы валками. При этом на контактных поверхностях подушек валков и внутренних поверхностях стоек станин возникают значительные напряжения, которые приводят к износу контактных поверхностей [3]. В то же время износ поверхностей ведет к возникновению повышенных зазоров в системе «подушка валка -стойка станины», что, в свою очередь, влечет за собой перекос осей рабочих и опорных валков. Перекосы валков вызывают возникновение осевых усилий на валки, которые достигают 10-20% от усилия прокатки и воспринимаются подшипниками. В результате действия этих усилий наблю-дается преждевременный выход из строя подшипников валков, которые являются дорогостоящими узлами прокатного оборудования. Ремонт стоек станин и замена облицовочных планок проемов

станин требуют значительных материальных и трудовых затрат.

На основании экспериментальных исследований установлено, что при соударении прокатываемой полосы с валками прокатной клети в системе «подушка валка - стойка станины» возникают затухающие колебания, причем максимальные значения ударных нагрузок при колебаниях зависят от скорости движения полосы, толщины облицовочной планки и толщины демпфирующего элемента между планкой и стойкой станины клети [4].

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны два новых технических решения по повышению долговечности станин прокатных клетей (патенты РФ № 47778, № 68382).

Разработана конструкция двухслойных облицовочных планок для 6-й клети стана 2000 ОАО «ММК». Использование планок новой конструкции позволяет увеличить их стойкость в 1,8 раза.

Предложено использовать на подушках рабочих валков планки из полимерного износостой-

Рабочая клеть прокатного стана

Рис. 2. Новая конструкция узла размещения планок проемов станин

кого материала (например, Ф-4К15М5). Планки предложенной конструкции были испытаны на клетях черновой группы стана 2000 г/п Составлен акт внедрения данных планок.

Разработана новая конструкция узла размещения планок проемов станин, которая представлена на рис. 2. На разработанное техническое решение подана заявка № 2008132028 от 04.08.08 «Рабочая клеть прокатного стана» (положительное решение от 26.09.08).

Повышение надежности и долговечности подшипниковых опор транспортно-отгрузочной линии стана 2000 горячей прокатки

На основании проведенных исследований (в работе принимали участие Казаков И.В., Алешке-вич К.Г.) установлено, что в транспортно-отгрузочной линии стана 2000 горячей прокатки наиболее загруженными являются конвейера № 3, 1 и 8 и подшипниковые опоры роликов этих конвейеров часто выходят из строя по причине разрушения подшипников.

Анализ проведенного патентно-информационного поиска показал, что тела качения в процессе эксплуатации испытывают значительные контактные напряжения, которые, во-первых, характеризуются большими градиентами и ло-кальностью, а во-вторых, постоянным изменением во времени от нуля до максимума в зависимости от местонахождения тела качения. Контактное усталостное разрушение тел качения возникает в результате зарождения и развития микротрещин под влиянием циклически изменяющихся контактных давлений.

Используя программный комплекс MARK/Auto Forge, в основу которого положен метод конечных элементов, решена задача определения напряженно-деформированного состояния при качении ролика между кольцами подшипника [5].

По результатам компьютерного моделирова-ния из условия усталостной прочности определен предельный ресурс работы роликов подшипников опор конвейеров транспортно-отгрузочной линии стана 2000 горячей прокатки.

Кроме того, откорректированы режимы подачи смазочного материала в подшипниковые узлы, что позволило снизить расход масла и повысить срок службы подшипников.

Совершенствование режимов смазывания подшипниковых узлов опор роликов МНЛЗ ККЦ

На основании анализа причин преждевременной замены роликовых блоков и секций на раз-

личных участках МНЛЗ ККЦ ОАО «ММК» установлено следующее: на первой и второй неприводных секциях от 60 до 70% замен происходит по причине залива жвдким металлом и до 30% замен

- по причине заклинивания роликов; на секциях с 6 по 10 до 80% причиной преждевременного выхода из строя является заклинивание средних опор роликов; на секциях с 11 по 13 (горизонтальный участок) наблюдаются редкие поломки как роликов, так и подшипников, причем 20% замен происходит по причине заклинивания роликов.

Используя тепловизор «ТНЕЯМОКАМ Р60», были произведены замеры температур на смазочных магистралях от блоков питателей до подшипниковых узлов роликовых секций. На рис. 3 представлены температурные поля в зоне блока питателей на 5-6 секциях.

Проведенные исследования и результаты их анализа показали, что основной причиной выхода из строя подшипников качения роликов МНЛЗ являются высокие температуры (в некоторых зонахсвыше 150°С), возникающие на контакте ролика и слитка, которые вызывают разрушение трубопроводов и уплотнительных уст -ройств. Это приводит к попаданию воды, пыли и механических частиц непосредственно в подшипниковые узлы и вызывает интенсивный износ подшипников опор.

Разработаны рекомендации по техническому обслуживанию и ревизии роликовых секций, применение которых позволило снизить влияние температуры и сохранять эксплуатационные свойства смазочного материала, повысив тем самым работоспособность агрегатов в целом.

Повышение стойкости деталей и элементов гидросистем бесконусных загрузочных устройств доменных печей

Выполнен анализ эксплуатации гидравличе-ского оборудования на клапанах бесконусных загрузочных устройств (БЗУ) доменных печей № 4, 6, 9, по результатам которого установлены закономерности отказов гвдравлических систем (в работе принимали участие С.В. Готове кий, В.Н. Тараненко). Отказы происходят в результа-те воздействия агрессивной внешней среды, больших перепадов температур давления, а также гидроударов.

На основании проведенных исследований разработаны следующее рекомендации:

- для надежной эксплуатации верхнего газоуплотнительного клапана, верхнего и нижнего шихтового затворов, нижнего газоуплотнительного клапана, клапана выравнивания давления, клапана сброса давления достаточно

поддерживать давление в гвдравлической системе в пределах 13,9 и 16 МПа, при этом время срабатывания исполнительных механизмов задавать не более 6 с;

- для эффективной эксплуатации механизмов БЗУ следует снизить давление в гидравлической системе с 20 до 19 МПа, а давление в трубопроводах исполнительных механизмов уменьшить до уровня 15 МПа.

- для плавного регулирования скорости и вре-мени срабатывания исполнительных механиз-мов в гидравлических системах необходимо установить сдвоенные дроссельные обратные клапаны на многослойных плитах стандартного исполнения (например, производства фирмы «ЯехгоіЬ»), которые позволяют свести к минимуму гидравлические удары в системах. После теоретических исследований были

проведены стендовые и промышленные испытания предложенных решений. Они были совмещены и проходили на действующем оборудова-нии, во время плановых остановок доменных печей № 4, 6, 9, 10.

Внедрение предложенных технических решений позволило повысить стойкость гвдроци-линдров в 2,0 раза, устранить разрывы трубопроводов, повысить стойкость гидравлических распределителей и сократить простои доменных печей по причине остановки гидросистем с 50 до 30 часов в год. Ожидаемый экономический эффект от использования предложенных технических решений - около 1,5 млн руб. в год.

Совершенствование конструкции ходовой части мостовых кранов с целью повышения надежности и долговечности

Одной из причин преждевременного выхода из строя металлоконструкций мостовых кранов, ходовых колес и других деталей механизма пе -редвижения является возникновение значительных динамических и ударных нагрузок в результате наезда ходовых колес на стыки рельсов и выбоины в рельсах подкрановых пу-тей (в работе принимали участие С.П. Шин-кевич, А.А. Бахарев, Г.В. Бывалин, Ф. Ф. Га -тин). Другими причинами преждевременного выхода из строя деталей ходовой части являются перекосы моста в результате неудовлетворительного состояния подкрановых путей и монтажа ходовых колес, асинхронности работы двигателей привода передвижения моста и др. Установлено, что для повышения надежности и долговечности металлоконструкций мостовых кранов и деталей механизма передвижения за счет частичного гашения динамических и удар-

ваэрог: 1оо. 8" с.

Л ііті•

ЗР01: >160,2°С.

Рис. 3. Температура в зоне блока питателей 5-6 секций

ных нагрузок, возникающих при наезде колес на стыки рельсов, необходимо в ходовую часть крана вводить упругие элементы, а для повы-шения срока службы ходовых колес и подкра-новых рельсов необходимо использовать эф -фективные системы смазывания реборд.

С целью снижения динамических и ударных нагрузок разработано новое техническое решение (патент РФ № 41459), в котором буксы ходовых колес размещаются в балансирах с упругими элементами.

Предложено в конструкции ходовой части мостового крана с балансирами в качестве упругих элементов использовать пластины из транс -портерной ленты. Экспериментально определены размеры пакета пластин, при которых обеспечивается требуемая жесткость упругих элементов, обеспечивающая гашение динамических и ударных нагрузок.

Разработаны две конструкции системы смазывания реборд крановых колес: на основе ис-пользования пластичного смазочного материала с его подачей шнековым устройством (патент РФ № 60466) и на основе использования твердого смазочного материала в виде графигно-медных стержней Системы установлены на грейферных кранах № 22 и 24 участка усреднения концентратов аглоцеха ГОП ОАО «ММК».

Использование систем смазывания реборд крановых колес позволяет увеличить срок службы ходовых колес и снизить затраты на ремонт деталей и узлов механизма передвижения в 1,5 раза; сократить расход электро-энергии привода механизма передвижения моста на 10%. Экономический эффект применения систем смазывания реборд в условиях аглоирха ГОП ОАО «ММК» составляет 632,24 тыс. руб. в год.

Список литературы

2. Совершенствование режимов смазывания подшипни- 1.

ков рабочих валков прокатных станов при использовании системы «масло-воздух» / Г.Н. Юрченко, С.И. Платов, О.С. Железков и др. // Производство проката. 2007.

№ 6. С. 40-42. 2.

3. Моделирование тепловых процессов в деталях валковой арматуры длябескалибровой прокатки сорговых заготовок /

Л.Е. Кандауров, Ю.И. Таргаковский, И.М. Ячжов и др. // Процессы и оборудование металлургического производ-ства: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 119-123. 3

4. Кандауров Л.Е., Коковихин А.В. Анализ способов умень-

шения зазоров в системе «подушка валка - станина» рабочих клетей прокатных станов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 147-151. 4

5. Исследование колебательных процессов в валковой

системе при захвате полосы / Л.Е. Кандауров, А.В. Коковихин, Ф.Г. Ибратмов и др. // Процессы и оборудование металлургического производства: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. С. 93-98. 5.

6. Расчет тел качения подшипников на контактную усталостную прочность с использованием метода конечных элементов / С.И. Платов, О.С. Железков, Г.Н. Юрченко и др. // Вестник МГТУим. Г.И. Носова. 2006. № 4. С. 73-77.

List of literature

Lubricating Modes for Bearings of Working Rolls at Rolling Mills in "oil-air" System / G.N. Yurchenko, S.I. Platov, O.S. Zhelezkov and others // Rolling Production. 2007. № 6. P. 40-42.

Thermal Process Modeling in Rolling Fittings Parts for Noncalibre Rolling of Profiled Billets / Kandaurov L.E., Y.I. Tartakovsky, I.M. Yachikov and others // Processes and equipment of metallurgical production: digest of scientific reports Magnitogorsk: MSTU, 2005. P.119-123.

Kandaurov L.E., Kokovikhin A.V. Analysis of Gap Reduction in "roll chock-base" System of Working Stands at Rolling Mills // Modeling and Metal Forming Development: digest of scientific reports Magnitogorsk: MSTu, 2005. P.147-151.

Oscillating Processes in Rolling System in Stripe Grip / L.E. Kandaurov, A.V.Kokovikhin, F.G. Ibragimov and others // Processes and Equipment of Metallurgical Production: digest of scientific reports Magnitogorsk: MSTU, 2006. P.93-98. Calculation of Bearing Rolling Element and Constant Strength Fatigue Using Finite Element Method / S.I. Platov,

O.S. Zhelezkov, G.N. Yurchenko and others // Vestnik of MSTU named after G.I. Nosov. 2006. № 4. P. 73-77.

УДК 621.771

Чукин М.В., Колокольцев В.М., ГунГ.С., Салганик В.М., Платов С.И.

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ГОУ ВПО «МГТУ» В УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ*

В настоящей статье авторами сделана попытка систематизировать и обобщить некоторые предпосылки и конкретные результаты научной деятельности ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» в области совершенно новой для фундаментальной и прикладной науки - наноиндустрии. Важность и актуальность развития научной деятельности университета в этой области знаний подтверждается приоритетными направлениями развития научнотехнологического комплекса России, включающего в себя всего 5 основных разделов, а именно: живые системы; индустрия наносистем и материалов; ин-форм ациэнно-те ле комму никацио нные с истемы;

энергетика и энергосбережение; рациональное природопользование .

В середине 2008 года к приоритетным направлениям развития добавились «другие разделы» -

* Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)». Проект «Создание науч-ных основ эволюции структуры и свойств наноструюур-ных конструкционных сталей в процессах обработки давлением» (регистрационный номер 2.1.2/2014).

элементы отраслевой и прикладной науки, куда относились машиностроение, металлургия, транспорт и т.д. Однако в связи с развитием мирового финансово-экономического кризиса данные разделы в 2009 году были исключены из приоритетных на -правлений Научная деятельность университета как типичного представителя прикладной металлургической науки не может оставаться без связи с развитием научно-технологического комплекса России и наиболее близким направлением движения творче -ского потенциала ГОУ ВПО «МГТУ», которой является индустрия наносистем и наноматериалов.

1. Результативность научной работы ГОУ ВПО «МГТУ» в системе инновационной деятельности государства

Результативность научной деятельности ГОУ ВПО «МГТУ» в области нанотехнологий связана с участием и победой в конкурсах различного уровня.

Так, в 2007-2008 годах заключены и успешно выполнены государственные контракты (совместно с ГОУ ВПО «УГАТУ») по Федеральным целевым программам «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-техно-