CC BY
313. Поскольку мало данных по отказам трансформаторов в следствии каких-либо дефектов, предлагаем обучать сеть по образцам с нормальным состоянием.
4. Для повышения точности в дальнейшем применять нейрость глубокого обучения.
Библиографический список
1. Львов Ю.Н., Касаткина Т.Е. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов тр-ого оборудования по ХАРГ: Москва,2001
2. Гибадуллин Р.Р., Денисова Н.В. К вопросу о диагностике силовых маслона-полненных трансформаторов. Сборник материалов докладов Национального конгресса по энергетике. Казань. 8-12 сентября 2014г. КГЭУ
3. Короткий С. Нейронные сети: алгоритм обратного распространения С. Короткий, 1996
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОНЕОДНОРОДНОСТИ ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ В ОБЛАСТИ НАДЛИКВИДУСНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРОВ МЕЖАТОМНОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Тогобицкая Дарья Николаевна
Заведующая отделом физико-химических проблем, Института черной металлургии национальной академии наук Украины имени З.И. Некрасова, доктор технических наук, профессор,
Украина, г. Днепропетровск Головко Людмила Андреевна Кандидат химических наук, научный сотрудник отдела физико-химических проблем, Института черной металлургии национальной академии наук Украины
имени З.И. Некрасова Украина, г. Днепропетровск Снигура Ирина Романовна Аспирант
Института черной металлургии национальной академии наук Украины
имени З.И. Некрасова Украина, г. Днепропетровск
Аннотация. Выполнен краткий анализ представлений о микронеоднородной структуре металлических расплавов. Исследована возможность использования параметров межатомного взаимодействия структуры металлических расплавов, расчет которых базируется на концепции направленной химической связи для прогнозирования их температур плавления и микронеоднородности в зоне надликвидусных температур.
Ключевые слова: металлический расплав, параметры межатомного взаимодействия, микронеоднородность, кластеры
Abstract. Was executed a brief analysis of concepts of microinhomogeneous structure of metallic melts. Was investigated the possibility of using the parameters of interatomic interaction of metallic melts structure, which are based on the conception of directed chemical bonding for the prediction of their melting temperature and microinhomogeneity in the area over the liquidus temperature.
Keywords: metallic melts, the parameters of interatomic interaction, microinhomoge-neity, clusters.
Состояние вопроса. Фактически все современные способы выплавки качественных металлов и сплавов базируются на повышении однородности расплава на конечных стадиях процесса, путем интенсификации перемешивания, дегазации расплава, ра-
37
финирования, корректировками температурных режимов. В то же время на международных кворумах о структуре и свойствах расплавов, все чаще делаются акценты на необходимости учета представлений о строении и структурных превращениях в жидких металлах, которые в свою очередь дают возможность повлиять на структуру расплава на начальных этапах его выплавки. В существующей практике выработалось мнение, что при кристаллизации не возникает, а только усиливается микронеоднородность металлов в соответствии со скоростью охлаждения [1].
В настоящее время нет общепринятой теории строения металлических расплавов по причине того, что металлурги по-разному осмысливают понятие структуры жидкости. В ряде случаев под структурой подразумевают формулу химических соединений, форму существования примесей [2]. На сегодняшний день существует более десяти моделей строения жидкого состояния металлических систем, их можно разделить на две группы: квазигазовые (теория реального газа Ван-дер-Ваальса, модель жестких сфер, модель Дж. Бернала) и квазикристаллические (сиботаксическая, квазиполикристалли-ческая, квазихимическая, кластерная и другие) модели. Для квазигазовых моделей характерно то, что структуру жидкости сравнивали с движением газов, при этом, игнорируя межчастичное взаимодействие, а взаимодействие частиц сводилось лишь к упругим столкновениям. Однако квазикристаллические модели, в которых строение жидкости уподобляется в той или иной мере строению кристалла, различаясь в деталях, сходятся в одном: при не слишком больших перегревах над точкой плавления жидкость представляет собой совокупность чередующихся в пространстве структурно-упорядоченных и структурно-неупорядоченных микрообластей, причем доля последних при нагревании возрастает. Этим авторам удалось дать качественное объяснение многих свойств жидких металлов и сплавов.
Кластерная модель жидкого состояния часто используется при рассмотрении сложных растворов или расплавов. Под кластерами здесь понимается предпочтительная ориентация однородных и разнотипных атомов. В кластерной модели Н.А. Ватоли-на [3] предполагается, что экстенсивные свойства реальной системы аддитивно суммируются из свойств соответствующих кластеров. Состояние кристаллического вещества характеризуется дальним порядком, а жидкое состояние - только параметрами ближнего порядка, основными из которых выделяют: расстояние между атомами, число ближайших соседей и пространственная геометрия, иногда характер межатомного взаимодействия [4]. Весомый вклад внесли в развитие представлений о структуре жидкости работы В.И. Архарова, И.А. Новохатского, В.З. Кисунько, Г.С.Ершова [5, 6], Б.А. Бау-ма, Г.В. Тягунова [7], А.М. Скребцова [8, 9], В.Л. Найдека и др. [10].
Каждая модель, разработанная в процессе развития основополагающих теорий, вместе с учетом полученных экспериментальных данных является важной ступенью познания природы жидких металлов и способствует дальнейшему изучению и эффективному использованию свойств жидкого металла. При этом следует отметить, что все они отличаются определенными допущениями об особенностях размещения атомов в пространстве вокруг определенного атома или их движения.
Существенным упущением вышеперечисленных теорий является недостаточное внимание межатомному взаимодействию в металлах и расплавах, что затрудняет описание и анализ неразрывной цепи «состав-структура-свойства».
В ИЧМ НАНУ Приходько Э.В. разработана физико-химическая модель структуры металлических и шлаковых расплавов, исследование процессов их взаимодействия и закономерностей формирования свойств в зависимости от состава на базе описания процессов межатомного взаимодействия в них [11, 12]. Эта модель базируюется на системе неполяризованных ионных радиусов, которая сочетает в себе идеи теории поляризации и концепции электроотрицательности.
Результаты исследований. В настоящей работе исследована связь параметров межатомного взаимодействия, рассчитанных на основе концепции направленной хими-38
ческой связи с температурой плавления чистых металлов и их микронеоднородностью в зоне надликвидусных температур.
Ниже приведены данные, систематизированные Новохатским И.А. [6], об упорядоченной зоне в жидких металлах. Важными являются полученные данные о существования кластеров железа, как основы при производстве стали и ферросплавов.
Таблица 1
Данные о размерах (Якл), числе атомов (N^1, времени жизни (ткл)шт и коэффици-_енте аккомодации (а) кластеров жидких металлов [6]
Металл Т, К Якл ^л атом а (Ткл)шт, 10-9 с
Ы 453 14 [13] 535 0,18 1,6
№ 373 17 [13] 510 0,21 1,7
К 338 20,2 [13] 440 0,2 3,6
яь 313 25 [13] 680 0,19 11
сб 303 25 [13] 565 0,2 17,3
Мв 953 16,1 [14] 710 0,2 1,6
А1 953 15,9 [14] 950 0,2 1,5
и 1973 17 [14] 1065 0,15 8,5
V 2223 20,8 [14] 2540 0,15 10,9
Бе 1823 19,6 [14] 2460 0,13 27,2
N1 1743 17,3 [14] 1825 0,16 8,4
Си 1363 18,3 [14] 2025 0,19 3,1
Оа 323 14,9 [15] 705 0,27 0,9
Рё 1843 18,9 [14] 1730 0,17 7,6
Сё 623 16,6 [15] 855 0,21 3,1
1п 429 22,2 [15] 1720 0,2 5,9
Бп 505 21,3 [15] 1475 0,2 6,2
Аи 1373 20 [16] 1870 0,18 6,7
нв 293 16,7 [15] 830 0,22 4,3
Т1 623 22,2 [15] 1555 0,26 1,8
РЬ 600 23,8 [15] 1815 0,19 10,9
В1 573 17,2 [15] 595 0,2 5,2
В ходе анализа исходных данных (табл. 1) было отмечено, что при сопоставлении температуры существования кластера и температуры плавления элемента, наблюдался перегрев металлов, в некоторых случаях достигающий порядка 58К (табл. 2), что свидетельствует о гетерогенности расплава в зоне надликвидусных температур. В настоящей работе рассматривается возможность использования параметров межатомного взаимодействия в качестве количественного модельного параметра для прогнозирования температуры существования кластера и его продолжительности жизни.
Таблица 2
Параметры межатомного взаимодействия кластеров жидких металлов в области _надликвидусных температур
Металл Ткл, К Тпл, К перегрев, К Ту, е ё, 10-1нм tga Р1 е/нм ру е/нм3
ы 453 453,69 0 0,277 3,523 0,36 0,684 0,017
№ 373 370,85 2,15 0,350 4,286 0,28 0,710 0,012
К 338 336,53 1,47 0,384 5,318 0,26 0,627 0,007
яь 313 312,45 0,55 0,444 5,654 0,22 0,682 0,006
сб 303 301,59 1,41 0,499 6,013 0,20 0,721 0,006
Мв 953 923,15 29,85 0,510 3,590 0,19 1,233 0,030
А1 953 933,47 19,53 0,640 3,294 0,15 1,689 0,049
Т1 1973 1941,15 31,85 1,175 3,253 0,08 3,138 0,094
V 2223 2183,15 39,85 1,333 3,024 0,07 3,826 0,133
Бе 1823 1811,15 11,85 1,136 2,827 0,08 3,488 0,138
N1 1743 1728,15 14,85 0,925 2,861 0,10 2,809 0,109
Си 1363 1357.77 5,23 0,847 2,928 0,11 2,511 0,093
Оа 323 302,91 20,09 0,680 3,702 0,14 1,594 0,037
Рё 1843 1828,05 14,95 1,041 3,164 0,09 2,857 0,090
Сё 623 594,22 28,78 1,030 3,388 0,09 2,640 0,073
1п 429 429,32 0 0,943 3,725 0,10 2,198 0,050
Бп 505 505,08 0 1,378 3,029 0,07 3,952 0,137
Аи 1373 1337,33 35,67 1,851 3,321 0,05 4,840 0,139
нв 293 234,32 58,68 1,470 3,478 0,06 3,669 0,096
Т1 623 577,15 45,85 1,176 3,837 0,08 2,661 0,057
РЬ 600 600,61 0 1,481 3,433 0,06 3,745 0,101
В1 573 544,55 28,45 1,470 3,657 0,06 3,489 0,083
Ту - параметр зарядового состояния системы, е;
ё - среднестатистическое межъядерное расстояние, 10-1нм;
1§а - константа для каждого элемента, характеризующая изменение радиуса иона при изменении его заряда;
Р1 - направленная зарядовая плотность атома, е/нм;
Ру - объемная зарядовая плотность атома, е/нм3;
Как следует из анализа взаимосвязи температур с указанными выше параметрами межатомного взаимодействия наиболее информативным структурным параметром, является параметр зарядового состояния системы (Ту, е) рис. 1.
Рисунок 1 - Зависимость температуры кластера от параметра зарядового состояния
системы
Распределение элементов на рис. 1 можно объяснить с позиции их химической природы. В нижней части диаграммы расположились щелочные металлы (Ы, №, К, ЯЬ и Сб), у которых температуры плавления и существования кластеров не превышают 500К, также для них характерны самые большие значения межьядерного расстояния по сравнению с остальными изучаемыми элементами. В первой ветви в основном присутствуют переходные металлы (Си, N1, Рё, Бе, Т1 и V) за исключением А1 (легкий металл) и М§ (щелочноземельный). Общим для этой ветви является увеличение температуры существования кластера с увеличением параметра зарядового состояния системы. Во второй ветви расположены в основном легкие металлы по классификации периодической системы Менделеева, среди которых: Оа, 1п, Т1, Бп, В1 и РЬ, а также два переходных металла Сё и Н§. Скачкообразное изменение температуры в диапазоне от 293 до 623К следует рассматривать в парных сравнениях, например, переходного металла Сё и легкого металла 1п. Показательным является промежуточное расположение между ветвями золота (Аи), что связано с его природой, он является металлом с высокой химической инертностью и относится к благородным элементам, у которого зарядовое состояние системы имеет наибольшее значение по сравнению со всеми элементами.
Особый интерес представляют элементы 1 -ой ветви, приведенные на рис. 1, так как они широко применяются в металлургии в качестве основных, легирующих, микролегирующих или упрочняющих элементов при производстве высококачественных марок сталей. Некоторые из используемых в металлургии легирующих элементов являются тугоплавкими металлами (Т1, V, Мо, Та, Яе, Яи), для которых характерны высокие температуры плавления свыше 1800К, что, безусловно, влияет на технологические условия плавки. Однако, несмотря на сложности технологического характера, сталь легированная тугоплавкими металлами обладает существенно улучшенными характеристиками (повышается жаропрочность, коррозионная стойкость) по сравнению с рядовой сталью.
Поэтому не случайно авторами работы [17] было уделено внимание влиянию легирующих упрочнителей у-твердого раствора на температурный режим процессов плавления, а также разработана прогнозная регрессионная модель применимая к жаропрочным никелевым сплавам (ЖНС), согласно которой температуры ликвидус и соли-дус лимитируются суммарным содержанием упрочнителей (легирующих элементов) и описываются высоким коэффициентом детерминированности. Однако вряд ли можно,
согласится с простым суммированием указанных элементов - Ey(Mo+W+Ta+Re+Ru) при выборе модельного параметра.
С нашей точки зрения такое утверждение является не достаточно корректным, так как доля влияния каждого из легирующих элементов является разной, а их суммирование уравнивает степень их влияния, тем самым не учитывает химическую индивидуальность металлов. Для анализа работоспособности предлагаемой модели, из статьи [17] нами были отобраны 9 сплавов с различным содержанием в качестве легирующей подсистемы элементов: Мо, W, Та, Яе (табл. 3).
Таблица 3
Химический состав легирующих подсистем (в мас.%) литейных ЖНС и _параметры их межатомного взаимодействия
Марка сплава Mo W Ta Re Zy, е ¿общ, 10-1 нм tga Pi* е/нм ts 103К tL 103К
CMSX-10 0,4 5 8 6 2,752 2,907 0,061 4,494 1,667 1,714
ЖС32 1 8,3 4 4 2,877 2,89 0,059 4,725 1,618 1,685
ЖС6К 4 5,1 0 0 2,733 2,853 0,054 5,078 1,538 1,619
ЖС6У 1,8 10,3 0 0 2,565 2,862 0,053 5,121 1,548 1,609
Rene N5 1,5 5 6,6 3 2,922 2,876 0,059 4,656 1,609 1,660
Rene N6 1,4 6 7,2 5,4 2,886 2,9 0,060 4,593 1,638 1,712
CM186LC 0,5 8 3 3 2,800 2,878 0,058 4,767 1,610 1,659
CM247LC 0,5 9,5 3,2 0 2,650 2,871 0,054 4,952 1,586 1,655
PWA 1480 0 4 12 0 2,381 2,886 0,058 4,589 1,623 1,676
ёобщ - среднестатистическое межъядерное расстояние в соответствующей марке сплава 10-1 нм.
Рисунок 2 - Зависимость и от параметра межатомного взаимодействия р1у
Анализ взаимосвязи 1ь и 18 с параметрами межатомного взаимодействия позволил установить, что температуры в основном определяются параметром направленной зарядовой плотности р1У (рис. 2) 1ь(Я2 = 0,9236) и 18 (Я2 = 0,8352). Дополнительный учет влияния параметра ёобщ позволяет учесть общее структурное состояние расплава, как единой физико-химической системы. При таком подходе к моделированию граничных температур 1ь и 18, они описываются уравнениями: 1ь = 103 (-2,94 + 1,65ёобщ - 0,03р1У) с коэффициентом детерминированности Я2 = 0,949; 18 = 103 (-1,77 + 1,3Ыобщ — 0,08р1У) с Я2 = 0,979. Полученные результаты с низким уровнем погрешности между экспериментальными и расчетными данными, а также высокие значения коэффициентов детерминированности позволяют полагать, что предложенные физико-химические критерии
ёобщ, piy успешно выполняют функцию прогнозирования tL и ts. Сочетание параметров ёобщ и piy можно рассматривать в качестве более полного описания структурных превращений, поскольку учитываются параметры как соответствующей марки сплава так и подсистемы легирующих упрочнителей у-твердого раствора.
По модели же предложенной авторами [17] для составов (табл. 3) значения коэффициентов детерминированности tL(R2 = 0.854) и ts (R2 = 0.754).
Возможность оценки степени гетерогенности реальных «моноатомных» и многокомпонентных металлических расплавов на основе параметров межатомного взаимодействия позволяет учесть особенности их состава и химическую индивидуальность. Дальнейшее пополнение базы экспериментальных данных о физико-химических и механических свойствах металлических расплавов «Банка данных «Металлургия» [18] позволит усовершенствовать прогнозные модели и оптимизировать температурные условия технологических процессов для получения качественной металлопродукции из стали с улучшенными структурными характеристиками.
Литература:
1. Ершов Г.С., Позняк Л.А. Микронеоднородность металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1985, - 214с.
2. Островский О.И., Григорян В.А. О структурных превращениях в металлических расплавах.- Изв. Вузов, Черная металлургия, 1985, № 5, с. 1-12.
3. Ватолин Н.А., Пастухов Э.А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. - М.: Наука, 1980. - 189с.
4. Баум Б.А. Металлические жидкости. - М.: Наука, 1979. - 120с.
5. Новохатский И. А.. Архаров В. И., Ладьянов В. И. О вязком течении металлических расплавов при больших перегревах//ДАН СССР. 1979. Т. 247. № 4. С. 849 - 851.
6. Ладьянов В. И., Новохатский И. А., С. В. Логунов. Оценка времени жизни кластеров в жидких металлах// Изв. АН СССР. Металлы. 1995. № 2. С 13-22.
7. Баум Б.А., Гельд П.В., Тягунов Г.В. Исследование электросопротивления желе-зокремниевых сплавов в интервале температур от 800 до 1700° С (краткое сообщение) // Физика металлов и металловедение. - 1967. - Т.24. - №1. - с.181-183.
8. Скребцов А. М. Характеристики разупорядочения кластеров металлического расплава / А. М. Скребцов // Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: Марiуполь, 2003.- Вип. 13.- С. 88-90.
9. Скребцов А.М. Температура полного распада кластеров металлического расплава. Каково ее значение? / А.М. Скребцов // Известия вузов. Чёр. металлургия. -2009. - N 2. - С. 28-32.
10. Найдек В.Л., Мельник С.Г., Верховлюк А.М. Кластеры - структурные составляющие металлических расплавов // Металл и литьё Украины.- 2015. - № 7.- С. 2124.
11. Приходько Э.В. Металлохимия многокомпонентных систем. - М.: Металлургия, 1995. - 320с.
12. Приходько Э.В. Эффективность комплексного легирования сталей и сплавов. - К.: Наукова думка, 1995. - 292с.
13. Gingrich N., Heaton L. R. Structure of alkali metals in the liquid state//J. Chem. Phys. 1961. V. 34. № 3. Р. 873 - 878.
14. Ватолин Н. А., Пастухов Э. А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. М.: Наука, 1980.
15. Клым Н. М., Гальчак В. П., Мудрый С. И. Межатомная корреляция в жидких металлах//Металлофизика. 1988. Т. 10. № 6. С. 42 - 45.
16. Мельник Б. А., Романова А. В. Структура жидкого золота//Укр. физ. журн. 1971. Т. 16. № 11. С. 1918 - 1922.
17. Гайдук С.В., Кононов В.В., Куренкова В.В. Получение прогнозирующих математических моделей для расчета термодинамических параметров литейных жаропрочных никелевых сплавов// СЭМ.-2015. - № 5. - С. 31-37.
18. О паспортизации экспериментальных материалов для банка данных «Металлургия» / Д. Н. Тогобицкая, Г. И. Жмойдин, Э. В. Приходько [и др.] // Известия вузов. Черная металлургия. - 1988. - № 8. - С. 136-139.
АНАЛ1З ЗАКОНОДАВЧО1 БАЗИ У СФЕР1 УПРАВЛ1ННЯ ПОБУТОВИМИ В1ДХОДАМИ НА МУНЩИПАЛЬНОМУ Р1ВН1 (НА ПРИКЛАД1 М.В1ННИЦЯ)
Дудар 1гор Никифорович,
д.т.н., проф., зав1дувач кафедри м1стобудування та архтектури В1нницького нацюнального техтчного утверситету
м.Вгнниця
Яворовська Ольга Василiвна,
астрант кафедри м1стобудування та архтектури В1нницького нацюнального техтчного утверситету
м.Вгнниця
АНАЛИЗ ЗАКОНОДАТЕЛЬНОЙ БАЗЫ В СФЕРЕ УПРАВЛЕНИЯ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА МУНИЦИПАЛЬНОМ УРОВНЕ (НА ПРИМЕРЕ ВИННИЦА )
Дударь Игорь Никифорович,
д.т.н. , проф., заведующий кафедрой градостроительства и архитектуры Винницкого национального технического университета
г.Винница
Яворовская Ольга Васильевна,
аспирант кафедры градостроительства и архитектуры Винницкого национального технического университета
г.Винница
Анотащя: у статп висв^лено законодавча база i стан нормативно - правого за-безпечення системи поводження з ТПВ на мунщипальному рiвнi. Подано загальний аналiз проекпв закошв Украши, що покликаш удосконалити та розширити законодав-ство Украши у сферi поводження з мунщипальними вщходами.
Ключовi слова: нормативно - правова база, система поводження з ТПВ, утилiзацiя, сортування.
Аннотация: в статье освещается законодательная база и состояние нормативно правого обеспечения системы обращения с ТБО на муниципальном уровне.
Представлен общий анализ проектов законов Украины, которые призваны усовершенствовать и расширить законодательство Украины в сфере обращения с муниципальными отходами .
Ключевые слова: нормативно - правовая база, система обращения с ТБО, утилизация, сортировка .
Актуальшсть постановлено'1 проблеми Правове регулювання в галузi поводження з вщходами покликане запоб^ати шкщливому впливовi на здоров'я людини i навколишне природне середовище, забезпечети рацюнальне використання природних i матерiальних ресурав. На сьогодшшнш момент юнують ряд колiзiй мiж нацюнальним i
