Основателем школы «Физическая химия металлургических систем и процессов» является профессор, доктор технических наук Владимир Александрович Кожеуров. В годы войны, при остром недостатке квалифицированных кадров В.А. Кожеуров обеспечил теоретическую подготовку будущих инженеров-металлургов. В это же время он совместно с О.А. Есиным работал над проблемой протонного перехода при электролитическом разряде ионов водорода.
Попытку учесть ионное строение расплавленных шлаков при расчете их термодинамических свойств предпринял М.И. Темкин. Однако выяснилось, что законы, описывающие процессы, протекающие в таких растворах, применимы только к шлакам, содержащим весьма малые количества оксидов кремния, алюминия, фосфора. Для всех остальных нужна была новая методика расчета термодинамических свойств ионных растворов. В.А. Кожеуров решил эту исключительно сложную задачу.
В 1957 году В.А. Кожеурова избрали заведующим кафедрой физической и аналитической химии Челябинского политехнического института. В 1959-м он организовал кафедру физико-химических исследований металлургических процессов, которую возглавлял до последних дней своей трагически оборвавшейся жизни.
В ЧПИ Владимир Александрович разработал более полный вариант теории ионных расплавов, содержащих произвольное количество катионов и анионов. Он много работал над применением теории регулярных растворов к металлическим системам. Чрезвычайно интересна предложенная им статистическая теория растворов внедрения, которая позволила, в частности, с большой точностью рассчитать растворимость углерода в низкоуглеродистых сплавах.
Первый аспирант В.А. Кожеурова, один из первых преподавателей кафедры физической химии Владимир Иванович Антоненко разработал теорию ионных регулярных растворов с произвольным числом катионов и анионов и применил ее для описания свойств водорода в оксидных расплавах. Эта теория использует только структурные параметры раствора и не содержит констант, требующих экспериментальной оценки.
В термодинамическую модель ионных расплавов, которую использовал Владимир Александрович, не «вписывались» свойства сложных многокомпонентных металлургических систем. Это побудило его преемника Геннадия Георгиевича Михайлова и его учеников разработать новую модель, которая расширила возможности теории. Начало научной карьеры Геннадия Георгиевича связано с обоснованием концепции «неразличимости» разнозарядных атомов железа в ионных растворах. В дальнейшем Г.Г. Михайлов разработал метод термодинамического анализа многокомпонентной системы, позволяющий прогнозировать распределение элементов между ее фазами, расшифровать механизм процессов образования неметаллических включений в стали, обосновать выбор комплексных сплавов для рафинирования жидкого металла.
.jpg)
Реализуя опыт теоретических и экспериментальных исследований металлургических систем, ученые кафедры в сотрудничестве с Челябинским НИИ металлургии определили оптимальные составы сплавов для комплексного раскисления стали, а также кальций-, магний- и барийсодержащих сплавов для рафинирования металла различной степени раскисленности; принимали участие в разработке технологий выплавки сталей для валков холодной прокатки, внепечного легирования коррозионно-стойких сталей титаном, производства качественных заготовок для роторов турбин атомных станций.
Геннадий Георгиевич Михайлов и Юрий Серафимович Кузнецов впервые изучили распределение элементов между корундовым и металлическим расплавами и дали рекомендации по совершенствованию технологии выплавки электрокорунда.
Термодинамикой соединений переменного состава занимался Владимир Иванович Шишков, разработавший вариант ионной теории растворов, который позволил успешно описать термодинамические свойства ряда нестехиометрических соединений.
Систематические исследования термодинамики оксидов переменного состава начались с работ Ю.С. Кузнецова и А.А. Лыкасова. Но не было, пожалуй, ни одного научного сотрудника, который не внес бы свой вклад в развитие этого направления.
Много лет научная школа физикохимиков ЮУрГУ сотрудничает с учеными и инженерами металлургических предприятий города, Челябинского НИИ металлургии. Совместно разработаны научные основы выплавки хромистых сплавов для рафинирования металла. В решении проблем ферросплавного производства особая заслуга принадлежит доценту кафедры, кандидату технических наук Игорю Юльевичу Пашкееву – автору многих научных идей, которые он вместе с сотрудниками кафедры А.В. Сениным, О.А. Толкановым при содействии работников ЧЭМК претворил в жизнь.
За последние десять лет учёные ЮУрГУ значительно продвинулись в изучении термодинамики высокотемпературных процессов. По этой тематике защищаются докторские и кандидатские диссертации.
«Также нами создан новый вид обобщения сведений о многокомпонентных системах. При помощи нового вида обобщения экспериментальных данных можно получить ответы на многие вопросы, – объясняет заведующий кафедрой материаловедения и физикохимии материалов ЮУрГУ, заслуженный деятель науки и почётный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Геннадий Георгиевич Михайлов. – Евгений Иванович Елисеев с группой авторов, работающих на кафедре, подготовил небольшую публикацию по физико-химическим свойствам оксидно-сульфидных растворов».
Книга вышла небольшим тиражом, но оказалась полезной для производственников. Попросил увеличить тираж книги Кыштымский медеэлектролитный завод, а затем и РМК потребовал выпустить дополнительно ещё 60 экземпляров.
В книге приведены технологические схемы основных переделов производства, даны краткие сведения об их теоретических основах и описана передовая технология плавки. В частности, изложена методика и приведены примеры расчета материального и теплового балансов и основных технологических показателей выплавки и конвертирования медного штейна, огневого и электролитического рафинирования меди, электроэкстракции меди из сульфатных растворов и получения медеэлектролитной фольги из катодной меди. Предложена термодинамическая модель определения предельной растворимости примесей в меди. Материал представлен в форме, пригодной для программирования расчетов.
Также учёные научной школы изучили состояние и перспективы производства хромистых сплавов на Челябинском электрометаллургическом комбинате и разработали теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из уральских руд.
«Был момент, когда заводы ферросплавов остались без хрома, – поясняет Геннадий Георгиевич. – Можно было использовать местные маленькие рудные месторождения, чем мы и занимались. Брали анализ и думали, как создать технологию производства хрома из этой «мелочи». С другой стороны, на Приполярном Урале есть богатейшее месторождение хромистых руд – но в них многовато магния. Нужно было решать и эту проблему. Таким образом были разработаны теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из северо-уральских руд».
Для решения экологических проблем в ЮУрГУ создан специальный сорбент – вещество, обладающее способностью нейтрализовать вредное воздействие тяжёлых металлов, превращаясь при этом в так называемый инертный минерал, так же безопасный для окружающей среды, как обыкновенная речная галька. Сорбент позволяет очищать от вредных примесей как воду, так и почву. Он успешно прошёл первые точечные испытания не только в экспериментальных условиях лаборатории, но и на небольших реальных объектах. Неоспоримый плюс новинки – невысокая стоимость и эффективность действия при условии использования металлургических шлаков.
.jpg)
Необходимо отметить также работу Александра Александровича Лыкасова, доцентов Анатолия Владимировича Сенина и Владимира Ивановича Антоненко, Татьяны Мопровны Лонзингер, молодых учёных Дениса Александровича Винника и Дмитрия Анатольевича Жеребцова.
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов факультета материаловедения и металлургических технологий, инженер научно-образовательного центра «Нанотехнологии» ЮУрГУ Дмитрий Жеребцов занимается синтезом всем известного углерода в новых, невиданных ранее формах, получением нанопористых углеродистых материалов, чтобы создать новый класс катализаторов, новый класс аккумуляторов и, в идеале, выйти на высокотемпературную сверхпроводимость.
Заведующий Лабораторией роста кристаллов Денис Винник работает над проектом по созданию монокристаллов на основе гексаферрита бария. Уникальный материал будет востребован в промышленности не только в нашей стране, но и во всем мире. Ученому уже удалось разработать теоретические методы получения монокристалла гексаферрита бария и проанализировать его уникальные свойства. Недавно Денису Александровичу присвоена учёная степень доктора наук.
Проводимые молодыми учёными исследования ложатся в основу публикаций в высокорейтинговых научных журналах и становятся предметом для написания заявок на гранты.