Металлургические машины и оборудование

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ 

УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

______________________________________________________________ 

Кафедра инжиниринга технологического оборудования 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 

 

 

 

Сборник научных трудов студентов и аспирантов МИСиС 

 

Под редакцией профессора, доктора технических наук С.М. Горбатюка 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА 
Издательский Дом МИСиС 
2010 

 

УДК 669.02/.09 

 
М54 

 

Р е ц е н з е н т  

д-р техн. наук, проф. Кузнецов Е.В. 

Металлургические машины и оборудование: Сб. науч. трудов  

М54 и аспирантов МИСиС / Под ред. С.М. Горбатюка. – М.: Изд. Дом 

МИСиС, 2010. – 67 с. 

В апреле 2010 г. в НИТУ «МИСиС» в рамках студенческих Дней науки 

проходила ежегодная научная конференция студентов и аспирантов кафедры 

«Инжиниринг технологического оборудования». 

На научном семинаре кафедры было заслушано 17 выступлений студентов, 

обучающихся 
по 
специальности 
150404 
«Металлургические 
машины 
и 

оборудование». Наиболее интересные доклады молодых ученых кафедры 

рекомендованы к печати в данном сборнике. 

© Национальный исследовательский 

технологический университет «МИСиС», 

2010 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие 
4 

Александрова Е.А., Попов В.Д. Разработка современной аппаратуры для 

исследования прочности деталей оптическим методом 

6 

Алексеев А.Ю., Чиченев Н.А. Расчет узлов трения механизма подъема 

крышки пакетировочного пресса 

10 

Антонов А.А., Чиченев Н.А. Реконструкция участка измельчения топлива 

агломерационного цеха 

15 

Албул С.В., Безрукавов А.А., Горбатюк С.М. Разработка конструкции 

силового полупроводникового диода 

20 

Кобец Я.Е., Горбатюк С.М. Проектирование оборудования для 

производства углеродного волокна из полиакрилонитрила 

25 

Кочанов А.В., Попов В.Д. Разработка конструкции приспособления для 

упрочнения прокатных валков 

27 

Левин М.М., Глухов Л.М. Разработка рациональных технологических 

режимов газолазерной резки высоколегированной стали Х18Н10Т 

32 

Однокозова Е.А., Иванов С.А. Анализ конструкции подшипниковых опор 

роликового пода проходной нагревательной печи 

39 

Ординарцев В.Н., Иванов С.А. Анализ работы узла трения в механизме 

передвижения шлаковой тележки 

44 

Рассказчиков И.А., Чиченев Н.А. Анализ работы четырехвалковой 

дробилки агломерационного топлива Д4Г 900×700 

47 

Сурков А.С., Веремеевич А.Н. Увеличение производительности процесса 

резания на дисковых ножницах 

52 

Филатов А.Н., Чиченев Н.А. Модернизация механизма центрирования 

листа на участке разки в ЛПЦ-1 ОАО «Уральская сталь» 

56 

Шер Е.А., Попов В.Д. Исследования напряженно-деформированного 

состояния деталей оптическим методом 

60 

Шиманов М.Л., Шур И.А. Модернизация волочильного стана для реализации 

электропластической деформации 

64 

 
 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

С 12 по 19 апреля 2010г. в рамках студенческих дней науки проходила 65-я 

студенческая научно-техническая конференция МИСиС, по результатам которой 

проведен 1-й этап Российского конкурса на лучшую научную работу студентов по 

секции машин и агрегатов металлургического производства. 

 
На 
научных 
семинарах 
кафедры 
инжиниринга 
технологического 

оборудования (ИТО) заслушано 17 докладов.  

В настоящем сборнике представлены наиболее интересные доклады 

молодых ученых кафедры ИТО. Во-первых, это результаты, полученные 

студентами в процессе выполнения дипломных проектов и работ, которые были 

рекомендованы к публикации Государственными аттестационными комиссиями по 

специальности 150404 “Металлургические машины и оборудование”. Во-вторых, 

это 
выступления 
студентов 
по 
материалам 
КНИР 
(курсовой 
научно
исследовательской или проектно-конструкторской работы), исследования по 

которым планируется продолжить в процессе дальнейшего обучения. Кроме того, 

в сборнике представлены работы студентов Выксунского и Новотроицкого 

филиалов МИСиС, обучающихся по данной специальности. 

Следует отметить, что ряд студенческих работ кафедры ИТО отмечен 

различными наградами и премиями.  

Лауреатами Всероссийского конкурса дипломных проектов и работ в 

области металлургии (конкурс «Металлургия - 2009»), защищенных в 2008-2009 

учебном 
году 
по 
специальности 
150404 
«Металлургические 
машины 
и 

оборудование», следующие проекты студентов кафедры ИТО. 

1) «Модернизация рециркуляционного вакууматора для внепечной обработки 

стали». Автор – Албул С.В., руководитель – профессор Чиченев Н.А. 

2) «Модернизация конструкции печи инфракрасного нагрева для отжига лент 

из электротехнических марок стали». Автор – Точилин Т.Д., руководитель – 

доцент Попов В.Д. 

3) «Реконструкция кантователя листов в ЛПЦ–1 ОАО «Уральская сталь» 

заменой электромеханического привода на гидравлический привод». Автор 

– Бородович П.В., руководитель – профессор Иванов С.А. 

Грамотами указанного конкурса отмечены следующие проекты студентов. 

1) «Проект лабораторного прокатного стана (конструкция клети)». Автор - 

Буланов М.Ю., руководитель – доцент Шишко В.Б. 

2) «Проект лабораторного прокатного стана (валковый узел)». Автор – 

Евстраткин Н.А., руководитель – доцент Шишко В.Б. 

3) «Модернизация 
системы 
ультразвукового 
контроля 
вертолетных 

профилей». Автор – Макаренко О.С., руководитель – доцент Шур И.А. 

4) «Разработка 
конструкции 
переносного 
измерителя 
твердости 

крупногабаритных изделий из стали и чугуна». Автор – Мучаева Н.В., 

руководитель – профессор Иванов С.А. 

5) «Модернизация узла валков и центрирующих линеек стана 800». Автор – 

Степанищев С.В., руководитель – доцент Задорожный В.Д. 

На соискание Премии имени академика А.И. Целикова за лучшие 

студенческие научные работы в области металлургического машиностроения 

кафедра ИТО рекомендовала следующие работы. 

1) «Анализ конструкций подшипниковых опор роликового пода проходной 

нагревательной печи ЧМК» 

Автор – Однокозова Е.А. Руководитель – профессор Иванов С.А. 

2) «Разработка конструкции силового полупроводникового диода». 

Авторы – Албул С.В., Безрукавов А.А. Руководитель – профессор 

Горбатюк С.М. 

Настоящий сборник трудов научной конференции студентов и аспирантов 

кафедры ИТО является шестым; первый сборник был опубликован в 2002 г., 

второй – в 2005г., третий - в 2006г., четвертый – в 2008г., пятый  - в 2009 г. 

 

Горбатюк С.М. 

 

РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ 

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ОПТИЧЕСКИМ 

МЕТОДОМ 

 

Студент – Е.М. Александрова, группа МО-05-6 

Руководитель – канд. техн. наук, доц. В.Д. Попов 

 

Приборы, используемые для исследования напряженно-деформируемого 

состояния деталей, называются полярископы. В 1960-1970 годах в МИСиС было 

разработано семейство полярископов различного назначения. Поляризационные 

устройства одностороннего действия можно разделить на 3-и основные группы, 

включающие в себя различные конструктивные модификации (рис.1): 

 

Рис.1 Основные схемы отражательных полярископов:  

а) V-образный; б) T-образный; в) наклонного просвечивания. 

В приборах V-образного типа освещение объекта происходит параллельным 

и рассеянным пучком поляризационного света. Т-образные полярископы – 

приборы удваивающего типа с отражающим полупрозрачным зеркалом и с 

параллельным пучком поляризованного света. В полярископах наклонного 

просвечивания применяется специальная трехгранная призма. В первых 

конструкциях полярископов (ОП-2, ОП-3)в качестве источников света были 

использованы ртутные и ртутно-кварцевые лампы.  

Лабораторная 
установка 
ОП-2 
состоит 
из 
трех 
основных 
узлов: 

поляризатора, 
анализатора 
и 
пульта 
управления. 
Поляризаторный 
и 

анализаторный узлы шарнирно закреплены на подставке, что позволяет изменять 

угол между осями этих узлов и расстояние между анализатора и поляризатора. 

Тем самым сохраняется точность установки независимо от расстояния до 

исследуемого объекта. Развернув анализатор по отношению к поляризатору на 

угол в 90о, можно преобразовать V-образную схему в Т-образную схему, а, 

увеличив угол до 180о, получить установку проходящего света.  

Исследование задач пластического деформирования непосредственно в 

производственных условиях потребовало создания портативной поляризационной 

аппаратуры переносного типа с достаточно мощным источником света, 

обеспечивающим дальность работы 6…8 м от исследуемого объекта. В 

лабораториях МИСиС бал разработан такой полярископ – ОП-3М. Установка 

состоит из осветителя, узлов поляризатора и анализатора, регистрирующей 

аппаратуры и штатива. В качестве источника света использован осветитель ОИ
18 с ртутно-кварцевой лампой СВД-120А, обеспечивающей световой поток в 4200 

люменов. 

Позднее были разработаны конструкции полярископов, в которых для 

получения поляризованного света использовались лазеры (рис. 2). Они имеют 

существенное преимущество в сравнении с лампами СВД: монохроматичность и 

когерентность излучения. Но имеется и ряд недостатков, особенно при 

испытаниях во внелабораторных условиях. В частности: высокая стоимость, 

хрупкость, сложность при ремонте и замене, в случае поломки 

Учитывая перечисленные недостатки вышеописанных конструкций и 

возможность современных технологий, нами предложена более совершенная 

конструкция полярископа, в котором совмещаются три схемы полярископов: V
образного, T-образного и наклонного просвечивания (рис.3).  

 

Рис. 2. Поляризационная установка с использованием лазера:  

1 – лазер; 2 – пластинки в ¼ длины волны; 3 – линза; 4 – поляроид; 5 – 

фотоаппарат. 

 

Рис. 3. Поляризационная установка с использованием светодиодов в качестве 

источника света: 1 – блок светодиодов; 2 – поляроид поляризации; 3 – червячное 

колесо; 4 – пластины в ¼ длины волны; 5 –линза; 6 – поляроид анализатора; 7 – 

шарнир; 8 - фотоаппарат 

В этом приборе используется современный источник света – в виде блока 

светодиодов, а также червячный механизм, увеличивающий плавность и точность 

разворота поляроидов, в отличие от зубатых передач в описанных выше 

конструкциях. В конструкции используется оболочка с гнездами для светодиодов, 

что существенно облегчает их замену при ремонте. 

К преимуществам светодиодов следует отнести: малые габариты, что 

существенно для портативных установок; низкая себестоимость (в отличие от 

лазеров); возможность удешевить и значительно упростить ремонтные работы 

путем частичной замены вышедших из строя элементов. 

 

Библиографический список 

 

1. Вишневецкий 
З.Д. 
Поляризационно-оптический 
метод 
на 
натуральных 

конструктивных элементах. Заводская лаборатория, т.21, 1955, №4. 

2. Чиченев Н.А., Кудрин А.Б., Полухин П.И. “Методы исследования процессов 
обработки металлов давлением” Москва “Металлургия” 1977.   

РАСЧЕТ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА 

КРЫШКИ ПАКЕТИРОВОЧНОГО ПРЕССА 

 

Студент - Алексеев А.Ю., группа ММиО-04-62з НФ МИСиС  

Руководитель – д-р тех.  наук, проф. Н.А. Чиченев 

 

При разделке крупногабаритного лома применяют специальные агрегаты 

для его дробления, пакетировочные ножницы для разрезки крупногабаритного 

металла на габаритный лом, дробилки для дробления металла на более мелкие 

фракции и пакетировочные прессы. Гидравлические пакетировочные прессы – это 

основное и сложное оборудование для переработки легковесного лома в пакеты 

плотностью 1,2…2,87 т/м3 .  

Пресс, установленный на ОАО «Уральская сталь» состоит из: сборной 

станины, части которой связаны между собой колоннами и стяжными болтами; 

прессовой камеры; загрузочного короба; механизма первой ступени прессования 

со штемпелем и двумя рабочими гидроцилиндрами; крышки с механизмом 

поворота, состоящим из двух качающихся гидроцилиндров (вторая ступень 

прессования); механизма третьей ступени прессования с двумя рабочими и одним 

возвратным гидроцилиндрами; механизма четвертой ступени прессования со 

штемпелем, рабочим и двумя возвратными гидроцилиндрами; шиберного затвора 

с гидроцилиндром механизма выдачи пакета, а также насосные установки с 

электрогидравлической аппаратурой управления. 

Механизм 
привода 
крышки 
работает 
следующим 
образом. 
После 

сбрасывания лома в прессовую камеру и одновременного сжатия кусков лома с 

размерами, большими ширины камеры, гидроцилиндры опускают массивную 

крышку, которая прессует металлолом сверху, обрезая при этом ножами куски, 

выходящие за пределы прессовой камеры. В период цикла прессования крышка 

остается постоянно прижатой. После опускания крышки штемпель возвращается 

гидроцилиндром в исходное положение, освобождая загрузочный короб для 

следующей порции лома. После выдачи готового пакета из прессовой камеры 

наружу, крышка поднимается. Пресс готов к следующему циклу прессования. 

В механизме поворота крышки применены два поршневых гидроцилиндра, 

которые заключены в поворотную обойму. Поршни гидроцилиндров шарнирами 

соединены с крышкой, поворачивающейся в опорах боковин станины.  

Исходные данные для расчета: диаметр цилиндра - D = 0,32 м; рабочее 

давление в гидроцилиндре - р = 32 МПа (320 атм); геометрические размеры 

звеньев (рис. 1) l1 = 1,182 м; l2 = 4,05 м; l3 = 3,662 м; l4 = 1,45 м; α = 720. 

 

 

 

Рис. 1. Расчетная схема механизма подъема крышки 

 

Определим усилие гидроцилиндра при рабочем давлении 

МН
D
р
F
57
,2
4
/
32
32
,0
14
.3
32
4
/
2
2
=
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
π

Определяем величины опорных реакций в точках А и В 

∑MA = 0;   
FГЦ·l1 – FВ·l2 = 0; 
FВ = FГЦ·l1 / l2 =2,57·1,182 / 4,05 = 0,75 MH ; 

∑FX = 0;  
FAX – FГЦ·sinα = 0;  
FAX = FГЦ·sin α = 2,57·sin72º = 2,44 МН; 

∑FY = 0;  
FВ + FAY + FГЦ·cosα = 0; 
FAY = – 0,75 – 2,57·cos72º = –1,544 MH. 

Определяем суммарную радиальную реакцию опоры А 

FA= (F2
AX + F2
AY)1/2 = (2,442 + (–1,544)2)1/2 = 2,88 МH 

Таким образом нагрузка на подшипник в оси крышки А составила FA = 2,88 

МН, а в осях серьги C и гидроцилиндра D равняется усилию создаваемым штоком 

гидроцилиндра FС = FD = FГЦ =2,57 МН.  

Удельная нагрузка в подшипнике скольжения находится по формуле 

d
l
F
p
r
⋅
=
,