Search

The damage of the copper stave will affect the sustainable production of the blast furnace and is not conducive to improving the economic efficiency of the blast furnace. The formation of a stable slag crust is crucial for the longevity of the copper stave. In this study, the flow properties and crystallization characteristics of the slag crust in a blast furnace with the copper stave running for 10 years without damage in China were analyzed. The phase precipitation during the cooling process was calculated by FactSage software. The phase composition and micromorphology of the slag crust were studied in detail by XRD and SEM–EDS. The results show that the slag phase in the slag crust is a CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO slag system with high alumina content (33.62 ~ 35.72%) and low magnesium oxide content (2.68 ~ 3.84%). The melting characteristic temperature of the slag crust in the belly and the bosh is between 1127–1303 °C and 1287–1500 °C, respectively, and the characteristic temperature of the cold side of the slag crust is higher than that of the hot side, which was mainly resulted from the tendency of gehlenite and magnesia-aluminum spinel in the slag phase to precipitate during the cooling process. With the increase of the basicity of the slag phase, the precipitation temperature and amount of gehlenite increase, resulting in the characteristic temperature of the slag crust in the bosh significantly higher than that in the belly. The increase of FeO content reduces the initial precipitation temperature of crystals, and the increase of cooling strength is beneficial to the slagging on the copper stave, which provides a theoretical basis for the stable operation of the slag crust on copper stave blast furnace.

Slag crusts on the cooling stave of a blast furnace offer greatly protection for the furnace wall. Frequent forming and shedding of slag crusts (FSSCs) cause severe erosion on the wall, which affects the life of a blast furnace. However, it is very difficult to detect the FSSCs directly because of restrictions imposed by the structure of a blast furnace and detecting costs. This paper presents a soft-sensing method based on two-dimensional decision fusion to detect the state of slag crust (SSC) of a blast furnace. First, a soft-sensing scheme for SSC is put forward on the basis of features of slag crusts and the temperature detected in cooling stave. Next, methods for calculating a temperature threshold (TT) and a change-rate threshold of temperature (CRTT) are presented according to the characteristics of slag crusts. Finally, a two-dimensional decision method is presented by fusing the TT and CRTT to determine the SSC of the blast furnace. The experiment results based on industrial data demonstrate the effectiveness of the method.

The relevance of using slag crust separation methods, which are characterized by easy separation and are based on thermo-deformation processes in the sample, is shown in the development of new welding materials. The developed method of assessing slag separation based on the theoretical calculation of thermo-deformation processes in the base metal has passed the stages of experimental research The experimental approbation of the proposed methodology for assessing the separation of the slag coating from the surface of welded joints under experimental fluxes based on the TiO2-MnO-SiO2–MgO–CaO-FeO-Al2O3 slag system was carried out for different welding regimes. The evaluation criterion for the high-temperature separation of the slag coating takes into account: the ratio of the geometric parameters of the test sample, the amount of heat input during the surfacing process, and the factor of the presence of spinel-forming components at the slag-metal interface. The selected parameters for evaluating the separation of the slag crust in points, where the guaranteed separation of the slag coating is counted for the arbitrary separation of the slag during its destruction or the arbitrary separation of the slag by a monolithic layer. The practical value of the proposed method lies in the possibility of quantitative assessment of the probability of high-temperature separation of the slag coating for a wide range of fluxes for surfacing. The results of the conducted experiments show the efficiency of the developed methodology for evaluating the high-temperature separation of the slag coating from the surface of the weld metal., Показана актуальність використання при розроблені нових зварювальних матеріалів способів віддільності шлакової корки, що характеризуються легкою віддільністю і базуються на термодеформаційцних процесах в зразку. Розроблений спосіб оцінки відділення шлаку на основі теоретичного розрахунку термодеформаційних процесів в основному металі пройшов етапи експериментального дослідження. Експериментальна апробація запропонованої методики оцінки відокремлення шлакового покриття з поверхні наплавлених швів на зразки із сталі Сталь 3сп, 40Х під дослідними флюсами (ДФК №2, ДФК №3) на основі шлакової системи TiO2-MnO-SiO2–MgO–СаО-FeO-Al2O3 дротами 30ХГСА та Св – 08Г1HMA проведена для різних режимів наплавлення. Критерій оцінки високотемпературного відокремлення шлакового покриття враховує: співвідношення геометричних параметрів дослідного зразка, кількість вкладеного тепла в процесі наплавлення та фактор наявності шпінелеутворюючих компонентів на міжфазній границі шлак-метал. Обрані параметри оцінювання відокремлення шлакової корки в балах, де гарантована віддільність шлакового покриття зараховується при самовільній віддільності шлаку при його руйнуванні або самовільній віддільності шлаку монолітним шаром. Практична цінність запропонованої методики полягає в можливості кількісного оцінювання вірогідності високотемпературного відокремлення шлакового покриття для широкої номенклатури флюсів для наплавлення. Результати проведених експериментів показують працездатність розробленої методики оцінки високотемпературного відокремлення шлакового покриття з поверхні металу шва.

The crust lining formed by the material being processed acts as a gasdynamic protector of the walls of the apparatus, and gives reliable service at a gas-flow temperature of about 3000°C with exposure to corrosive iron oxides. The structure of the slag —metal crust is stratified, i.e., the inner surface of the apparatus is represented by a crust of metal only, so that the products of smelting are protected from contamination by elements and their compounds from the refractory lining.

Studies conducted at the Krivorozhstal' combine blast furnaces have shown that fusion of the crust can be established from the change in the total content of alkali metals in the slag. After the furnaces were blown out for repairs the remaining lining and crust were inspected. It was found that the lining of the uncooled part of the stock remained in relatively good shape with the greatest amount of lining wear seen between the second row of stack coolers and bosh coolers. The composition and structure of the slag crust for different regions of the furnaces were analyzed and various physicochemical properties leading to crust formation and behavior were assessed. It was concluded that the systematic determination of the fraction of K/sub 2/O in the alkali compounds in the furnace slag will permit monitoring of the conditions of the slag crust in the furnace and, in the event of the onset of its collapse, will enable measures to be taken to stabilize the heating of the furnace.

Copper staves have been widely applied in large blast furnaces especially those whose inner volumes exceed 2000 m3 due to high cooling capacity. In the past decade, copper staves suffered severe damages in some blast furnaces, which not only shortened their campaign lives, but also caused huge economic losses. In order to make out this phenomenon, the damage mechanism of copper staves was investigated via analyzing the chemical composition, thermal conductivity, metallographic aspects and microstructure in this paper. As a result, the working state was more likely to damage copper staves instead of their materials. At the beginning, the poor quality of the coke and the large bosh angle promoted the development of edge airflow, which intensified the erosion of refractory materials, resulting in the fall-off of slag crusts and damage of cooling water pipes. After repair, the cooling capacity of copper staves still declined, causing the temperature to rise easily, consequently, hydrogen attack happened when the temperature reached 370 &deg, C, which degraded the performance of copper staves. Therefore, copper staves were worn too quickly to form slag crusts, which finally failed under the hydrogen attack and the scouring of the edge airflow at high temperatures.

В данной работе рассматриваются возможности метода сингулярного разложения при исследовании акустико-эмиссионных (АЭ) данных. Отмечены основные проблемы, связанные с анализом сигналов в частотной области. Получены принципиально новые результаты, подтверждающие перспективность метода, в частности при решении задачи идентификации сигналов АЭ., The article is devoted to possibilities of the singular decomposition method for studying acoustic-emission (AE) data signals. The main problems associated with the use of traditional methods of analysis in the frequency domain are noted. There have been obtained fundamentally new results in the paper, which confirm the prospects of the method, in particular, in the identification of AE signals., №7(121) (2018)

Dilatometric tests and estimation external and internal surfaces of welded crusts obtained in the process of submerged arc welding of mineral raw materials Urals region are performed. Separation and porosity welding crusts, thermal expansion coefficient of slag and weld metal are investigated. Проведены дилатометрические исследования и оценка внешней и внутренней поверхностей шлаковых корок, полученных в процессе сварки под слоем флюса из минерального сырья Уральского региона. Исследованы отделяемость и пористость сварочных корок, коэффициенты теплового расширения шлака и наплавленного металла.

Использование отходов плавленых и агломерированных флюсов является актуальной задачей. Но применительно к агломерированным флюсам отсутствуют литературные данные об эффективном использовании шлаковой корки. В данной работе проведен анализ возможности использования шлаковой корки агломерированных флюсов для изготовления флюсов, обеспечивающих качественное формирование и высокие механические свойства металла шва при скоростной многодуговой сварке хладостойких низколегированных сталей. Проведено сравнительное исследование сварочно-технологических свойств оригинального флюса ОК 10.74 и опытных флюсов на основе дробленой шлаковой корки при одно- и четырехдуговой сварке. Методом спектрального анализа изучен химический состав металла сварных швов. Методом оптической металлографии исследованы распределение в них неметаллических включений и особенности микроструктуры. Ударную вязкость металла швов определяли методом испытаний на ударный изгиб. Установлено, что флюс, изготовленный по методу агломерирования с добавкой в состав шихты 5 мас. % марганца металлического, по всем исследованным показателям близок к оригинальному флюсу ОК 10.74, а по уровню ударной вязкости отвечает требованиям к сварным соединениям хладостойких газопроводных труб из сталей категории прочности до Х80 включительно. Полученные результаты представляют интерес для потребителей флюса с точки зрения повышения эффективности его использования при многодуговой сварке труб большого диаметра. The use of wastes of fused and agglomerated fluxes is an urgent task. But as-applied to agglomerated fluxes the data on the effective use of slag crust are absent in the literature. In this work the analysis of possibility of using a slag crust of agglomerated fluxes for production of fluxes, providing the quality formation and high mechanical properties of weld metal at high-speed multi-arc welding of cold-resistant low-alloy steels was carried out. The comparative investigation of welding and technological properties of original flux OK 10.74 and experimental fluxes based on the crushed slag crust in single- and four-arc welding was carried out. Using the method of spectral analysis the chemical composition of weld metal was studied. The method of optical metallography was used to investigate the distribution of nonmetallic inclusions in them and characteristics of microstructure. The impact toughness of weld metal was determined by tests on impact bending. It was established that the flux, produced by the method of agglomeration with addition of 5 wt.% of metallic manganese into the composition of charge, was close to original flux OK 10.74 according to all the investigated indicators, and as to the level of impact toughness met the requirements for welded joints of cold-resistant gas-pipeline steel up to strength category X80 inclusive. The results represent interest to the consumers of flux from the point of view of improving the efficiency of its use in multi-arc welding of large-diameter pipes.

Current aspects of the developing of modern self-shielding flux-cored wires composition for arc welding of low-alloyed steels are considered. Advantages and disadvantages of flux-cored wires of carbonate-fluorite, oxide and oxide-fluoride types of are shown in comparison. The effectiveness of gas shielding of molten metal at welding with self-shielding flux-cored wires of carbonate-fluorite type is analyzed considering the thermal properties of their cores. It is shown that to improve reliability of gas shielding at welding using the wires of this type it is important not only to ensure generation of sufficiently large volume of shielding gases at thermal destruction of the wire core, but also to control this process, providing gas evolution at all stages of heating and melting of the wire. The results of complex thermal analysis of the wire core mixtures containing, for example, lithium carbonate show substantially large heat losses for heating and melting of the wire core, which are accompanied by the development of energy-intensive processes of thermal destruction of core components. It is shown that the limitation of lithium carbonate content in the wire at the level of not more than 2 wt. % allows not only to preserve welding arc burning stability at the acceptable level but also to provide effective gas shielding of molten metal and easy separation of slag crust. The control of thermochemical reactions in the core is achieved by selection of its proper composition to ensure favorable melting of flux-cored wire and electrode metal transfer to the welding pool. Results of metallographic examinations of distribution and composition of non-metallic inclusions in metal of the welds made with wires of the oxide and oxide-fluoride types are presented. Main properties of the developed self-shielding flux-cored wires and recommendations on welding are given in conjunction with prospective fields of their application.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 – Зварювання та споріднені процеси і технології. – Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, Київ – 2011 р. В роботі показано, що одним з визначальних факторів високотемпературної віддільності шлакової корки при багатошаровому наплавленні з перекриттям попереднього шару є утворення шпінелей на міжфазній границі шлак – метал. Наведений механізм утворення комплексних з’єднань – шпінелей. З’ясовано, що структура шпінелей визначається температурними умовами кристалізації шлакового розплаву. Створена термодинамічна модель розрахунку вірогідності утворення оксидів, які визначають структуру шпінелей, для можливості забезпечення високотемпературної віддільності шлакової корки. Результати експериментальних досліджень підтвердили працездатність розробленого термодинамічного методу розрахунку складу шпінелей за кількісним критерієм співвідношення з’єднань, що можуть входити до структури шпінелей. Встановлена нова можливість регулювання високотемпературної віддільності шляхом введення оптимальної концентрації оксиду цирконію до шлакового покриття, який при незначній концентрації у шлаку може мінімізувати утворення шпінелей. Запропоновані два шляхи введення оксиду цирконію до реакційної зони зварювання: через склад порошкового дроту та через флюси. Експериментальні дані дозволили пояснити оптимальний діапазон концентрації оксиду цирконію у флюсі шлакової системи SiO2-TiO2-Al2O3-MnO-MgO-СaO-CaF2 для забезпечення високотемпературної віддільності шлакової корки та прогнозувати вплив окремих компонентів. За результатами роботи розроблений флюс для наплавлення деталей складної конфігурації АНК-73. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные процессы и технологии. - Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины - Киев, 2011 г. В роботе на основании анализа литературных и экспериментальных данных показано, что одним из определяющих факторов высокотемпературной отделимости шлаковой корки является образование шпинелей на межфазной границе шлак - металл. Большое значение отделимости шлака проявляется при многопроходной сварке и многослойной наплавке с перекрытием слоев. Разработана методика оценки отделимости шлаковой корки основанная на термодеформационных процессах в технологическом образце, размеры которого определяются расчетным путем исходя из параметров режима наплавки. Критерием отделимость является минимальная длина пластины, которая обеспечивает самопроизвольное отделение шлака в изучаемом температурном интервале. На основе современных представлений о строении шлаковых расплавов предложен физико-химический механизм образования комплексных соединений - шпинелей на межфазной границе шлак - металл. Установлено, что структура шпинелей зависит от температурных условий кристаллизации шлакового расплава. Рассчитана вероятность образования оксидов, которые определяют структуру шпинелей. Создана термодинамическая модель системы взаимосвязанных реакций, которые могут привести к образованию шпинелей, расчет по которой позволяет прогнозировать состав шпинелей в соответствии с концентрацией элементов и их соединений в присадочных материалах. Результаты специальных экспериментальных исследований подтвердили адекватность подходов заложенных в предлагаемую термодинамическую модель и полученные расчетные данные. Определен физический механизм образования шпинелей, который заключается в перерастании микрокомплексных соединений в макрошпинели. Установлена возможность регулирования высокотемпературной отделимости шлаковой корки за счет изменения физико- химических свойств шлаков в высокотемпературном диапазоне путем введения незначительного количества оксида циркония в шлак. Предложено и изучено два пути введения оксида циркония в реакционную зону сварки: через состав порошковой проволоки и флюс. Экспериментально определены необходимые концентрации циркония в этих сварочных материалах, обеспечивающих высокотемпературную отделимость шлаковой корки для шлаковой системы SiO2-TiO2-Al2O3-MnO -MgO-СaO-CaF2. На основе наличия теплового эффекта на кривых ДТА охлаждения установлено, что при оптимальной концентрации циркония в шлаке проходят интенсивные химические процессы, которые препятствуют реакциям взаимодействия кислорода с шпинелеобразующими элементами в температурном интервале кристаллизации шлаков определенном по диаграммам вязкости экспериментальных флюсов. Данные растровой электронной микроскопии поверхности шлаковых корок подтвердили влияние концентрационных условий оксида циркония в шлаках на процессы образования других химических соединений и предложенный механизм высокотемпературной отделимости, а также полученные оптимальные диапазоны концентрации оксида циркония в системе проволка - флюс для минимизации образования макрошпинелей и обеспечения высокотемпературной отделимости шлаковой корки. Разработан и зарегистрирован специализированный флюс АНК-73 для наплавки деталей сложной конфигурации. Флюс прошел опытно-промышленное испытание. The thesis for a scientific degree of Candidate of technical sciences on specialty 05.03.06 – Welding and related processes and technologies. – National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic institute», Kyiv, 2011. In the paper there was shown that one of the determinating factors of hightemperature slag crust separation of multilayer cladding with overlapping the previous layer is the formation of spinels on interface between slag and metal. The mechanism of formation of complex compounds - spinels was given. It is defined that the spinel structure is determined by temperature conditions of slag melt crystallization. There was created the thermodynamic model to calculate the probability of formating of oxides, which determine spinel structure for the capability to provide high-temperature slag crust separation. The results of experimental researches have confirmed the efficiency of the developed thermodynamic method for calculation of spinel compound by quantitative criterion for proportions of compounds, which arc able to enter in to the composition of spinel structure. There was established the new capability to regulate the high-temperature separation by including the optimal concentration of zirconium dioxide into the into the slag coating, which at the insignificant concentrations in slag is able to minimize the spinel formation. Two technics of insertion of zirconium dioxide in to reaction zone of welding arc suggested: through the compound of powdered wire or fluxes. Experimental data allowed to explain the optimal zirconium dioxide concentration range in fluxes of slag system SiO2-TiO2-Al2O3-MnO-MgO-CaO-CaF2 to provide the high-temperature slag crust separation and to forecast the effect of separate elements. By the data of the research results the flux for cladding of the component parts of complex configuration АНК-73

Proper burden distribution is an important way to improve conditions of a blast furnace, which indicate the stability and energy consumption. However, it is difficult for operators to recognize the stability and energy consumption at the same time and adjust them through burden distribution, due to complex iron-making mechanism. Therefore, this article presents a two-stage decision-making method for the burden distribution parameters based on recognizing the conditions. First, the stability and energy consumption are recognized, respectively, according to the classification of stability of slag crust (SSC) and the gas utilization rate (GUR). And then, two prediction models are presented for the SSC and GUR to predict the conditions. Finally, the burden distribution parameters are determined in two stages, where edge parameters of the burden distribution are determined at first according to the SSC, and then, center parameters are determined according to the GUR. Experimental results based on industrial data show that the proposed method provides an effective decision-making way for improving the conditions.

The processes of formation of the skull and liquid film between the mold and surface of the billet effect on quality indicators and stability of the continuous casting of steel. A number of theoretical studies devoted to the forecast of skull thickness and the film of liquid slag are known. However, these studies do not take into account the mutual influence of formation processes of skull and film, as well as formation of shell thickness of the billet. In this connection, the paper presents a mathematical model of interrelated thermal processes developed by the authors in the system of layers “copper wall of crystallizer – skull – film of liquid slag – crust of ingot”. The model makes it possible to predict the dynamics of formation of the thickness of the ingot crust, slag skull and the layer of liquid slag along the height of the mold and the length of liquid friction portion in it, depending on casting speed, temperature of casting steel and melting of the slag, thickness of the slab and working layer of the copper wall. The adequacy of the model to the object is determined by such parameters, as surface temperature of the billet, thickness of the crust, specific heat flux in the mold and temperature of the working wall. An example of application of the developed model is shown, in which the effect of casting speed on length of the liquid friction portion in the mold is investigated. It was found that at speeds of 0.8; 1.0 and 1.2 m/min the slag layer is retained for 0.331; 0.415 and 0.498 m from the meniscus of the metal, respectively. At the same time, the thickness of the skull reaches a maximum value of 0.77 mm. Further formation of the preform occurs in the absence of lubrication in the mold. The possibility of using the developed model by technologists for selecting the chemical composition of casting powder, which provides the required length of the liquid slag section, is indicated by the designers when choosing the mold profile, taking into account the thickness of the skull, and, also for educational purposes.

The composition of the ladle slag in units designed for the secondary treatment of steel needs to be optimized in order to increase the service life of the units’ linings. On the one hand, the slag subjects the refractories to chemical wear. On the other hand, under certain conditions the slag is capable of forming a protective crust inside the units. The Nizhniy Tagil Metallurgical Combine has chosen certain refractories for the most heavily worn part of the lining of its vacuum chambers, since only the installation of a lining of a differentiated design that equalizes the rate of wear around the lining’s perimeter will allow the desired effect to be obtained from optimizing the composition of the slag. An efficient composition for the slag was also chosen, the slag having high contents of MgO and Al2O3. The use of such a slag helps form a protective slag crust of the composition MgO·Al2O3 on spinel refractories having the compositions MgO·Cr2O3 and MgO·Al2O3.

The formation of dense layers of slag crust in a rotary furnace when normal electrocorundum sludge is used in the charge to make mullite-corundum fireclay depends on the chemical-mineral composition of the charge and the components of the crust, wetting processes, and the effect of lower compounds of titanium on the physico-chemical processes which take place.

Results are presented from an analysis of the motion of gas flows created by fuel-burning devices in existing electric-arc steelmaking furnaces and recommendations are made on how to efficiently arrange this equipment in the furnace. Controlled annular motion of the aerodynamic flows in the part of the working space between the furnace wall and the electrodes increases convective heat transfer to the cold solid charge, forms a reliable and uniform slag crust on the water-cooled wall, and alleviates the deposition of process dust on the electrodes. A numerical study is performed using the SolidWorks Flow Simulation program and boundary conditions that reflect the actual operating conditions in the furnaces.

Разработана термодинамическая модель прогнозирования образования комплексных соединений – шпинелей на межфазной границе шлак – металл на основе принципов равновесной термодинамики. Представлена концепция алгоритма для определения системы уравнений образования оксидов, которые могут входить в структурный тип шпинелей. Для прогнозирования образования комплексных соединений – шпинелей создана модель процессов, которые протекают на межфазной границе металл –шлак в низкотемпературной («хвостовой») части реакционной зоны. Термодинамическая модель вероятности образования комплексных соединений оксидов основана на современных представлениях про ионное строение шлаковых расплавов, где соответственно в их составе происходит образование наномицел, кластеров, квазинейтральных молекул. Метод не имеет ограничения на состав шлаковой системы, присадочных материалов или способ сварки и может быть применен для прогнозирования образования комплексных соединений - шпинелей с целью обеспечения гарантированной отделимости шлаковой корки.The thermodynamics model of prognostication formation complex connections - spinels on border slag - metal on the basis of principles hermodynamics. Presented conception algorithm of determination the system equalizations formation oxides which can be included in the structural type spinels. For prognostication formation complex connections – spinels created model of processes which flow on border a slag - metal in low temperature ("tail") part of reactionary area. Thermodynamic model probability formation complex oxide compounds based on modern ideas about the structure of slag melts ion, where according to their structure formation occurs nanomitsel, clusters kvazineytralnyh molecules.The method has no restrictions on the composition of the slag system, filler materials, or welding method and can be used to predict the formation complex compounds - spinels in order to ensure guaranteed separation of slag crust.

This article is devoted to the 75th anniversary of the birth of the famous X-ray physicist V.I. Karmanov (1941-2010). It presents his creative career and his obtained scientific results. The biography of the scientist and some of his main scientific discoveries are described. Valery Ivanovich Karmanov was born July 5, 1941 in Magnitogorsk city, Chelyabinsk Region. In 1965 he graduated from Rostov-on-Don State University with a degree in “Physics, X-ray physics” (department of solid state physics, Prof. M.A. Blokhin department chair). After the graduation from the University he worked at the E.O. Paton Institute of Electric Welding (Kiev, Ukraine). Main research field of V.I. Karmanov was the development of techniques for the X-ray analysis of welding materials, metals, slags, and raw materials for welding electrodes. He took part in studies of the mechanism of the slag crust-to-seam surface cohesion. He was one of the first in the Soviet Union who appreciated the possibility of fundamental parameters method and applied it to solve problems when investigating the welding materials. V.I. Karmanov defended his thesis on the subject of “The X-ray spectral and X-ray diffraction analysis of multicomponent non-homogeneous systems (electrode coatings and welding slags)” and he was awarded the degree of Candidate of Physical and Mathematical Sciences in 1973. In the subsequent years, V.I. Karmanov was the Senior Researcher of the section of physical and chemical processes in welding arc. The rapid X-ray spectral techniques, developed with his participation, allowed organizing a permanent operational analytical control of chemical composition of the finished raw materials for producing electrodes and welding fluxes during the technological welding materials production process. The techniques were introduced in a number of Ukrainian and Russian leading enterprises. For the XRF of complex granulometric composition materials V.I. Karmanov developed a method for reducing the heterogeneity of samples by their mechanical grinding with additives of silicone fluids to intensify the grinding process and obtain particle sizes in a narrow range. In addition, he established a method to remove the heterogeneous effects when analyzing rutile, ilmenite, zircon, and other materials containing Ti, Fe, and Zr oxides, poorly soluble in sodium and lithium tetraborates, by dissolution in phosphate fluxes. In 1992, V.I. Karmanov defended his thesis on the subject of “The X-ray spectral analysis in the production and control of welding materials” (Moscow) and he was awarded an academic degree of Doctor of Technical Sciences. V.I. Karmanov gave lectures at the T. Shevchenko Kiev National University, provided training of the specialists in “X-ray spectral analysis” and was the dissertation advisor of three Candidates of Sciences. He was the author of over 130 publications and the co-author of 5 inventor’s certificates. В статье, посвящённой 75-летию со дня рождения известного рентгенофизика В.И. Карма- нова (1941-2010), обсуждён его творческий путь и полученные научные результаты. Представлены биографические данные учёного и приведены некоторые из его основных научных работ. Валерий Иванович Карманов родился 5 июля 1941 г. в г. Магнитогорске, Челябинской области. В 1965 г. он закончил Ростовский-на-Дону государственный университет по специальности «физика, рентгено- физика» (кафедра физики твёрдого тела, зав. кафедрой проф. М.А. Блохин). После окончания уни- верситета работал в Институте электросварки им. Е.О. Патона (г. Киев, Украина). Основные направ- ления научной деятельности В.И. Карманова - разработка методик рентгеноспектрального анализа сварочных материалов, металлов, шлаков, шихты для производства сварочных материалов. Он при- нимал участие в исследованиях механизма сцепления шлаковой корки с поверхностью шва. Одним из первых в Советском Союзе В.И. Карманов оценил возможности способа фундаментальных па- раметров и применял его для решения задач исследования сварочных материалов. В.И. Карманов защитил диссертацию на тему “Рентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализ многокомпо- нентных негомогенных систем (электродных покрытий и сварочных шлаков)” и ему была присвоена учёная степень кандидата физико-математических наук (1973). В последующие годы В.И. Карманов - старший научный сотрудник отдела физико-химических процессов в сварочной дуге. Разработан- ные с его участием экспрессные рентгеноспектральные методики позволили организовать посто- янный оперативный аналитический контроль химического состава готовой шихты электродов и сва- рочных флюсов в ходе технологического процесса производства сварочных материалов. Методики внедрены на ряде ведущих предприятий Украины и России. Для рентгенофлуоресцентного анализа материалов сложного гранулометрического соcтава В.И. Карманов разработал способ снижения ге- терогенности проб путём механичеcкого их измельчения с добавками кремнийорганических жидко- стей, обеспечивающих интенсификацию процесса измельчения и получение размеров частиц в уз- ком интервале, а также способ устранения гетерогенных эффектов при анализе рутила, ильменита, циркона и других материалов, содержащих малорастворимые в тетраборатах натрия и лития окси- ды Ti, Fe, Zr, путём растворения в фосфатных флюсах. В 1992 г. В.И. Кармановым защищена диссер- тация на тему “Рентгеноспектральный анализ в производстве и контроле сварочных материалов” (г. Москва) и ему была присвоена учёная степень доктора технических наук. В.И. Карманов читал лек- ции в Киевском Национальном университете им. Т. Шевченко, обеспечивая подготовку специали- стов по специальности “рентгеноспектральный анализ” и подготовил трёх кандидатов наук. Он ав- тор более 130 публикаций, соавтор 5 авторских свидетельств на изобретения.

The use of schungite as a partial replacement for coke is practiced in Russia at a number of metallurgical plants, both in the production of foundry iron (its primary use) and in making conversion pig iron. The largest amount of coke is replaced when foundry iron is being made, the replacement coefficient in this case having a value within the range 0.8–1.3. Studies that included continuous monitoring of the temperature of the carbon blocks in blast furnaces with volumes of 1719, 3200, and 5580 m3 unambiguously demonstrate that the thickness of the slag crust in blast furnaces increases with the use of schungite. Protecting the lining of the hearth through the use of schungite is also accompanied by a decrease in coke consumption.

Обзор посвящен анализу существующих представлений о механизме химического сцепления шлаковой корки с металлом шва при дуговой сварке. Сделана попытка детализировать указанный механизм с учетом имеющихся данных о влиянии фазового состава шлаковой корки на него. Отмечено, что устранение химического сцепления шлаковой корки с металлом шва может быть достигнуто подбором оптимального сочетания химического состава шлака и его окислительного потенциала. The paper gives a review of works on studying the mechanism of chemical adhesion of slag to weld metal in arc welding. An attempt has been made to make it more detailed, taking into account the available data on phase composition influence on this mechanism. It is noted that elimination of chemical adhesion of the slag crust to weld metal can be achieved by selection of an optimum combination of slag composition and its oxidizing potential.

Изложены результаты исследования характера плавления флюса при электродуговой сварке под флюсом с образованием шлакового пузыря. Установлено, что флюс плавится без образования шлакового пузыря газоплазменными потоками дуги в конвективном режиме теплообмена. Эти выводы подтверждены визуальными наблюдениями за горением электрической дуги под флюсом при использовании специальной методики. Кроме того, в последуговой зоне образуется протяженный шлейф жидкого шлака, который отделен от металла шва клиновидным слоем твердого шлака. Процесс образования шлаковой корки обусловлен высокими теплоизолирующими свойствами сварочных флюсов. Results of investigation of the nature of flux melting in electric submerged-arc welding with slag bubble formation are described. It is established that in electric-arc welding the flux melts without formation of a slag bubble by the gas-plasma flows of the arc in the convective heat exchange mode. The conclusions are confirmed by visual observations of arcing in submerged-arc welding using a procedure specially developed for this purpose. Also established is formation of an extended plume of liquid slag in the post-arc zone, which is separated from the weld metal by a wedgelike layer of solid slag. The process of slag crust formation is also due to high heat-insulating properties of welding fluxes.

Показано, що для оцінки металургійних властивостей флюсів при електродуговому зварюванні у більшості моделей обмежуються розглядом реакції шлак-метал, що суперечить фізичній моделі електродугового зварювання під флюсом. Існування газової фази, та її вплив на хімічні процеси на міжфазних поверхнях ігнорується. Встановлені особливості формування газової фази як визначальної складової металургійних процесів при електродуговому зварюванні під флюсом. Проведені термодинамічні розрахунки реакцій на міжфазних границях газ-метал, газ-шлак, шлак-метал, на основі яких визначені пріоритетні реакції та проведена температурна та міжфазна структуризація реакційної зони зварювання згідно запропонованої фізичної моделі. Вперше створена термодинамічна модель, яка складається з чотирьох взаємопов’язаних груп реакцій, на основі яких формується єдина система нелінійних рівнянь, яка в результаті визначення констант рівноваги кожної реакції та заданому вмісту компонентів у зварювальних матеріалах дозволяє розраховувати хімічний склад металу шва та прогнозувати властивості міжфазної границі шлак-метал для керування зварювально-технологічними та металургійними властивостями шлаку. Розроблені алгоритми та схеми розрахунку металургійних процесів, які відбуваються у газовій фазі та міжфазних границях газ-метал та газ-шлак. Показано, що на основі розробленого алгоритму розрахунку металургійних процесів у реакційній зоні зварювання є можливість визначати хімічний склад металу шва у «нульовій точці». Для врахування впливу режиму зварювання на особливості формування складу металу шва необхідно використовувати принципи нерівноважної термодинаміки, які у даному випадку з математичної точки зору можуть бути описані поліноміальними рівняннями другого та третього порядку. Коефіцієнти рівнянь визначаються на основі літературних або експериментальних даних. Проведений аналіз шлакового розплаву з точки зору іонної будови шлаків можливостей утворення квазінейтральних молекул та наноміцел дозволив визначити особливості поведінки певних оксидів флюсу у шлаку та їх співвідношення. Вибрана комплексна оксидна система для створення флюсів. На цій базі визначена межа вмісту окремих компонентів для оксидної шлакової системи SiO2-TiO2-MgO-CaO-Al2O3-MnO-Fe2O3-ZrO2-CaF2. Вибрано склад та модуль рідкого скла. Для виготовлення дослідної партії агломерованих флюсів виконано розрахунки параметрів режиму роботи гранулятора та доокатувача. Проведені дослідження по впливу режиму та часу доокатування на міцність зерна флюсів, на основі яких оптимізована технологія їх виготовлення. Вивченні питання сорбування вологи від часу доокатування флюсів та її видалення із зерен флюсу. Встановлено оптимальний час прокалювння. За допомогою комп’ютерної обробки даних оптичного мікроскопічного аналізу зерен флюсів з різним вмістом компонентів визначено особливість обволікання часток шихти рідким склом і встановлено залежність коефіцієнту обволікання від вмісту оксиду цирконію. Вивчені зварювально-технологічні властивості дослідних модельних флюсів. Експериментально визначено активність кисню у шлаковому розплаві та металі шва, вміст кисню у металі шва та легуючих елементів. Проведені дослідження по вивченню таких фізичних властивостей шлаків дослідних флюсів як в’язкість та кут змочування. Наведені пояснення отриманих результатів з точки зору іонної будови шлаків. В результаті проведеної роботи створені принципи розробки нових зварювальних флюсів з регульованою окисною здатністю та покращеними зварювально-технологічними властивостями та розроблена методика визначення хімічного складу металу шва, яка базується на термодинамічних рівняннях хімічних реакцій на міжфазних границях. На основі проведених досліджень створено агломерований флюс для наплавлення деталей складної конфігурації з покращеною віддільністю шлакової корки при підвищених температурах. Розроблено та зареєстровано технологічні умови ТУ У 24.6-05416923-101:2011 на виготовлення та застосування флюсу АНК-73. Флюс пройшов дослідно-промислове випробування. It is shown that the evaluation of metallurgical properties of flux in electric arc welding in most models are limited to consideration of the slag-metal reactions, which contradicts the physical model of the electric submerged arc welding. The existence of the gas phase, and its influence on chemical processes at the interface is ignored. The peculiarities of formation of the gas phase, as the defining component of the metallurgical processes in electric submerged arc welding. Performed thermodynamic calculations of reactions at the interfaces gas-metal, gas-slag and slag-metal-based reactions which identifies priorities and conducted temperature and interfacial structuring of the reaction zone of welding, according to the proposed physical model. For the first time established a thermodynamic model, which consists of four interrelated groups of reactions that form the basis for a unified system of nonlinear equations, which by definition of the equilibrium constants of each reaction, and given the content of components in the welding consumables allows to calculate the chemical composition of weld metal and to predict the properties of the interface slag - metal to control the welding technology and metallurgical properties of slag. The algorithms and the calculation scheme of metallurgical processes in the gas phase and the phase boundaries of gas-metal-gas and slag. It is shown that with the help of the algorithm of calculation of metallurgical processes in the reaction zone of welding is possible to determine the chemical composition of weld metal in the zero point. To account for the effect of welding on the characteristics of the formation of the weld metal should use the principles of nonequilibrium thermodynamics, which in this case, from a mathematical point of view, can be described by polynomial equations of the second and third-order coefficients are determined based on literature or experimental data. The analysis of the slag melt in terms of the ionic structure of slag, the possible formation of quasi-neutral molecules and nanomitsel allowed to determine the behavior of certain oxides in the slag flux and their ratio. You have selected a complex oxide system to create a flux. On this basis, determined by the content of individual components bound to the oxide slag system SiO2-TiO2-MgO-CaO-Al2O3-MnO-Fe2O3-ZrO2-CaF2. Selected staff and unit of liquid glass For the manufacture of an experimental batch of agglomerated fluxes, we calculated the profile of the pelletizer and dokatyvatelya. The research on the effect of treatment on the strength of the prior dokatyvaniya grain fluxes on the basis of which the optimized technology of their manufacture. Explored moisture sorption on the time dokatyvaniya flux and its removal from the grain flux. The optimum time of piercing. With the help of computer processing of optical microscopic analysis of fluxes of grains with different contents of components are defined feature enveloping the particles of charge with liquid glass and the dependence of the coefficient of the coating of zirconium oxide content. Studied welding and technological properties of the research model fluxes. Experimentally determined oxygen activity in the slag melt and weld metal oxygen content in weld metal and the alloying elements. Past studies on the physical properties of slag experimental fluxes, such as viscosity and contact angle. An explanation of the results in terms of the ionic structure of slags. As a result of the work created by the development of new principles of welding fluxes with controlled oxidative capacity and improved welding characteristics, the methodology of determining the chemical composition of weld metal, which is based on thermodynamic equations of chemical reactions at interfaces. Based on these studies established an agglomerated flux for surfacing parts of complex configuration with improved separation properties of the slag crust at elevated temperatures. Developed and registered by the technological conditions of TU U 24.6-05416923-101:2011 for the manufacture and application of flux ANK-73. Flux was pilot tests. Показано, что для оценки металлургических свойств флюсов при электродуговой сварке в большинстве моделей ограничиваются рассмотрением реакции шлак-металл, что противоречит физической модели электродуговой сварки под флюсом. Существование газовой фазы и ее влияние на химические процессы на межфазных поверхностях игнорируется. Установлены особенности формирования газовой фазы как определяющей составляющей металлургических процессов при электродуговой сварке под флюсом. Проведены термодинамические расчеты реакций на межфазных границах газ-металл, газ-шлак, шлак-металл, на основе которых определены приоритетные реакции и проведена температурная и межфазная структуризация реакционной зоны сварки согласно предложенной физической модели. Впервые создана термодинамическая модель, которая состоит из четырех взаимосвязанных групп реакций, на основе которых формируется единая система нелинейных уравнений, которая в результате определения констант равновесия каждой реакции и заданном содержании компонентов в сварочных материалах позволяет рассчитывать химический состав металла шва и прогнозировать свойства межфазной границы шлак - метал для управления сварочно-технологическими и металлургическими свойствами шлака. Разработаны алгоритмы и схема расчета металлургических процессов, происходящих в газовой фазе и межфазных границах газ-металл и газ-шлак. Показано, что с помощью разработанного алгоритма расчета металлургических процессов в реакционной зоне сварки возможно определять химический состав металла шва в «нулевой точке». Для учета влияния режима сварки на особенности формирования состава металла шва необходимо использовать принципы неравновесной термодинамики, которые в данном случае с математической точки зрения могут быть описаны полиномиальными уравнениями второго и третьего порядка, коэффициенты которых определяются на основе литературных или экспериментальных данных. Проведен анализ шлакового расплава с точки зрения ионного строения шлаков, возможностей образования квазинейтральных молекул и наномицел. Это позволило определить особенности поведения определенных окислов флюса в шлаке и их соотношение. Выбрана комплексная оксидная система для создания флюсов. На этой базе определена граница содержания отдельных компонентов для оксидной шлаковой системы SiO2-TiO2-MgO-CaO-Al2O3-MnO-Fe2O3-ZrO2-CaF2. Выбран состав и модуль жидкого стекла Для изготовления опытной партии агломерированных флюсов выполнены расчеты параметров режима работы гранулятора и доокатывателя. Проведены исследования по влиянию режима предварительного доокатывания на прочность зерна флюсов на основе которых оптимизирована технология их изготовления. Изучен вопрос сорбирование влаги от времени доокатывания флюсов и его удаления из зерен флюса. Установлено оптимальное время прокаливания. С помощью компьютерной обработки данных оптического микроскопического анализа зерен флюсов с различным содержанием компонентов определены особенности обволакивания частиц шихты жидким стеклом и установлена зависимость коэффициента обволакивания от содержания оксида циркония. Изучены сварочно-технологические свойства экспериментальных модельных флюсов. Экспериментально определена активность кислорода в шлаковом расплаве, металле шва, содержание кислорода в металле шва и легирующих элементов. Проведенны исследования по изучению таких физических свойств шлаков экспериментальных флюсов как вязкость и угол смачивания. Приведены объяснения полученных результатов с точки зрения ионного строения шлаков. В результате выполненной работы созданы принципы разработки новых сварочных флюсов с регулируемой окислительной способностью и улучшенными сварочно-технологическими свойствами, разработана методика определения химического состава металла шва, которая базируется на термодинамических уравнениях химических реакций на межфазных границах. На основе проведенных исследований создан агломерированный флюс для наплавки деталей сложной конфигурации с улучшенной отделимостью шлаковой корки при повышенных температурах. Разработаны и зарегистрированы технологические условия ТУ У 24.6-05416923-101:2011 на изготовление и применение флюса АНК-73. Флюс прошел опытно-промышленное испытание.

The thermodynamics model of prognostication formation complex connections – spinels on border slag - metal on the basis of principles hermodynamics. Presented conception algorithm of determination the system equalizations formation oxides which can be included in the structural type spinels. For prognostication formation complex connections – spinels created model of processes which flow on border a slag - metal in low temperature ("tail") part of reactionary area. Thermodynamic model probability formation complex oxide compounds based on modern ideas about the structure of slag melts ion, where according to their structure formation occurs nanomitsel, clusters kvazineytralnyh molecules. The method has no restrictions on the composition of the slag system, filler materials, or welding method and can be used to predict the formation complex compounds - spinels in order to ensure guaranteed separation of slag crust. Разработана термодинамическая модель прогнозирования образования комплексных соединений – шпинелей на межфазной границе шлак – металл на основе принципов равновесной термодинамики. Представлена концепция алгоритма для определения системы уравнений образования оксидов, которые могут входить в структурный тип шпинелей. Для прогнозирования образования комплексных соединений – шпинелей создана модель процессов, которые протекают на межфазной границе металл – шлак в низкотемпературной («хвостовой») части реакционной зоны. Термодинамическая модель вероятности образования комплексных соединений оксидов основана на современных представлениях про ионное строение шлаковых расплавов, где соответственно в их составе происходит образование наномицел, кластеров, квазинейтральных молекул. Метод не имеет ограничения на состав шлаковой системы, присадочных материалов или способ сварки и может быть применен для прогнозирования образования комплексных соединений - шпинелей с целью обеспечения гарантированной отделимости шлаковой корки.

Приведены результаты исследования фазовых переходов радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr с поверхности загрязненных металлоконструкций в твердую составляющую сварочного аэрозоля (ТССА), шлаковую корку и наплавленный металл при наплавке штучными электродами. Показано, что радиоактивность ТССА обусловлена адсорбцией про- дуктов термолиза Cs₂CO₃ (Cs₂O, Cs₂O₂, Cs), шлака (загрязнением его ⁹⁰Sr и ¹³⁷Сs), поверхности наплавленного металла (образованием моноферрита (CsFeO₂) и/или полиферритов (Cs₂O⋅6Fe₂O₃ и CsFe₁₁O₁₇) цезия). Установленная эмпирическая зависимость удельной активности ¹³⁷Сs в составе ТССА от поверхностной активности ¹³⁷Сs может быть использована при прогнозировании радиоактивного загрязнения воздуха в рабочей зоне и нормировании расхода средств индивидуальной защиты органов дыхания. The paper presents the results of investigation of phase transitions of ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr radionuclides from the surface of contaminated metal structures to the solid component of welding aerosol (SCWA), slag crust and deposited metal in metal surfacing with stick electrodes. It is shown that SCWA radioactivity is due to adsorption of thermolysis products of Cs₂CO₃ (Cs₂O, Cs₂O₂, Cs), slag — its contamination by ⁹⁰Sr and ¹³⁷Cs, deposited metal surface — formation of monoferrite (CsFeO₂ and CsFe₁₁O₁₇) and polyferrites (Cs₂O⋅6Fe₂O₃ and CsFe₁₁O₁₇) of cesium. The established empirical dependence of specific activity of ¹³⁷Cs in SCWA composition on surface activity of ¹³⁷Cs can be used in forecasting the radioactive contamination of air in the working zone and rating the need for personal protective gear for respiratory organs.

respect to the other parameters including the consumption coefficients for the main materials (pig iron, scrap, lime) and the sulfur and phosphorus contents of the finished steel there were no significant differences between urtite and fluorspar. ' Visual monitoring of the blowing operation showed no important deviations from the perscribed conditions. The slags were nearly indentical in terms of chemical composition, but the slags at the first sampling were more viscous and settled somewhat more rapidly in the case of heats on which urtite was used. It should be noted that with a mean urtite consumption of 1 ton per heat, the quality of preparation of the scrap metal has an influence on the blowing and slag regimes. The percentage of heats on which scrap was cold-charged from there scoops was within the range 25.8-31.2% for both urtite and fiuorspar. For the most part, either it was necessary to correct the slag regime on these heats on resort to forced pumping of the slag. The number of heats on which additional blowing was necessary was 4.1% greater in the case of urtite. The use of urtite yielded a non-foamy, more concentrated slag and the heat proceeded quietly, Almost no metallization of the oxygen lance occurred and a dense slag crust formed on the lining of the converter. The formation of such a crust might have been one reason for the converter's longer compaign. The use of urtite as a slag thinner in place of fluorspar in the production of about 1.25 million tons of steel at the West Siberian Metallurgical Combine has saved more than 1 million rubles.

On the assumption of one dimensional axial heat flow a mathematical model is developed for describing the temperature profile in small ESR units. The model considers the regions both above and below the slag level and allowance is made for the development of a slag crust on the electrode near the top slag level. The governing equations are solved numerically and the computed results appear to be in agreement with experimental data reported on a laboratory scale ESR unit, employing 1 in. electrodes.

A study was made of the effect of the alkali content of the charge on the smelting parameters of blast furnaces of the Krivorozhhstal' and Dnepropetrovsk combines. CaO/(Si/sub 2/O + FeO) was taken as the index of basicity. Samples of slag crust were taken during an overhaul on a blast furnace at the Dnepropetrovsk plant. The gradual reduction in the content of alkalis over the height of the hearth is described. The behavior of alkalis during blowing-in and blowing-out of the furnace was determined. Spontaneous slippage of the crust can be avoided by optimizing the slag regime. The ratio of oxides in the slag Al/sub 2/O/sub 3/:MgO was chosen. Statistical analysis was used to interpret data from trial heats and obtain the relationship between the alkali content of the slag and the value of the ratio Al/sub 2/O/sub 3/:MgO. A 6-8% increase for the MgO content of the slag was recommended as both accurate and necessary for removing alkalis from blast furnaces at plants in the Ukraine.