Разработан алгоритм точного расчета пористости сплавов

Пористость брикетов влияет на их восстановимость — то есть, способность материала пропускать газ и вступать в химические реакции, например для извлечения железа из вторичного сырья и низкосортных руд. Пористость также влияет на прочность: если пор слишком много, материал становится хрупким и разрушается при транспортировке или загрузке в печь. Раньше не существовало точных методов, позволяющих заранее рассчитать, как состав смеси влияет на пористость итогового продукта.

Для решения этой задачи ученые предложили новый алгоритм, с помощью которого можно анализировать, как разноразмерные сферические частицы укладываются в определенном пространстве, и позволяет вычислить минимальное расстояние, необходимое для их размещения в виде плотного слоя. Алгоритм позволяет моделировать, как добавление конкретных частиц влияет на общий объем пустот в материале.

«Предложенный метод позволяет управлять пористостью окускованных материалов, таких как брикеты и окатыши, благодаря подбору размеров частиц в смеси. Мы впервые показали, что пористость можно как увеличивать, так и снижать, в зависимости от задачи конкретного предприятия — для улучшения восстановимости или повышения прочности. Это открывает новые возможности для оптимизации металлургических процессов», — сказал кандидат технических наук Айтбер Бижанов, ведущий эксперт проекта кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Алгоритм позволяет вычислить минимальный объем контейнера, который можно наиболее плотно заполнить окускованной рудой. Учёные выяснили, что пористость зависит не только от количества частиц, но и от их размеров. Например, если в исходную смесь добавить 5% крупных сфер оксида железа, пористость брикетов увеличивается до 60%, что улучшает прохождение газов через материал в доменной печи. Метод также адаптирован для частиц неправильной формы и учитывает сжимаемость материалов.

«Результаты можно применять для оптимизации шихты в доменных, сталеплавильных печах и установках прямого восстановления. Это снизит затраты на связующие вещества, термообработку и сократит выбросы при агломерации. Кроме металлургии, предложенный метод полезен в других отраслях, где важна управляемая пористость материалов и контроль структуры влияет на эффективность химических процессов и качество продукции: в производстве фильтров, катализаторов и пористых сорбентов», — рассказал Айтбер Бижанов.

С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Metallurgist.

НИТУ МИСИС

85 статей

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.

Показать больше