автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование, разработка и внедрение комплексной технологии выплавки в конвертере, непрерывной разливки и прокатки рельсовой стали на Бхилайском металлургическом заводе

■••с,-.'. " ' Я Я

^СьШЕЛЦЖьНий НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ имени И.П.БАРДИНА - ЦНИИЧЕРМЕТ -

На правах рукописи

МАНГАЛ Рохитаява. Кумар

УДК Хб'кО'+б: 621.7').0'+7:621.771.26

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ В КОНВЕРТЕРЕ, НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ И ПРОКАТКИ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ НА БХИЛАЙСКОМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ЗАВОДЕ.

Специальность 05.16.02 -"Металлургия чернил геталлов"

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

профессор,доктор технических неук Шалимов.А.Г', кандидат технических наук Ткалич.К.Н.

МОСКВА,1993 г.

Работа выполнена в научно - исследовательском центре черной металлургии Индии и на государственном металлургическом заводе в Бхилаи.

Научные руководители: профессор,доктор технических наук Шалимов.А.Г.

кандидат технических наук Ткалич.К.Н.

Официальные оппоненты:доктор технических неук Югов.П.И.

кандидат технических наук Калганов.Г.С.

Ведущее предприятие: металлургический комбинат "Азовствль", г.Мариуполь, Украина.

Н /

Защита состоится «'ЭпСЦЦиЛ г< в (О на зас0дании

специализированного совета Д 141.04.01. в Центральном научно-

исследовательском институте черной металлургии имени

И.П.Бардина по адресу: 107005,Москва,2 - я Баумансквя ул.,

д. £»/23.

С диссертацией мояно ознакомиться в технической библиотеке Института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета Д 141.04.01, к.т.н.

С.П.Топильский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Индия располагает развитой сетью железных дорог, общей протяжённостью 62400 км. Ежегодно по ним перевозится 360 млн тонн грузов и 4072 млн пассажиров. В настоящее время условия эксплуатации железных дорог Индии становятся всё более напряжёнными. С каждым годом растёт объём грузо-пассажирских перевозок. Нагрузка на ось за последние 10 лет возросла с 15 до 20,5 т и продолжает увеличиваться. Увеличение диаметра железнодорожных колёс до 11)00 мм вызвало соответствующий рост контактных напряжений. Подобное ужесточение условий эксплуатации рельсов сопровождалось повышением скоростей движения составов и ооъёмов перевозок'. Стало необходимым, чтобы служебные показатели эксплуатации рельсов, такие как износостойкость и стойкость к разрешениям, гарантировали пропуск не менее Ь00-800 млн тонн грузе до их изъятия из пути.

министерством железных дорог Индии былэ поставлена задача обеспечить производство рельсов с гарантированным переделом прочности не менее ЯОкг/мм'г, относительным удлинением не менее 10%, длиной 26 метров в объёме 80-90 тыс тонн в год.

Прежний технологический маршрут производства рельсов сопровождался значительным расходом металла. Выход годного от жидкой стали (слитка) до готовой продукции составлял 45-48$. Возникла необходимость разработать и реализовать технологию производства рельсов по маршруту: конвертер - непрерывная разливка - рельсо-балочный стан. Подобный маршрут должен был обеспечить повышение выхода годного на 16-20%. Необходимо было не только сохранить, но и повысить качественные характеристики рельсов.

Актуальность вышеизложенных вопросов и необходимость их решения в индийских условиях явились основанием для выбора предмета исследований в данной диссертационной работе.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы являются исследования, разработка и реализация технологии производства стали для рельсов и рельсов с пределом прочности не менее УО кг/мм^ и относительным удлинением не менее 10% по технологическому маршруту: конвертер - непрерывная разливка слитков - рельсобалоч-ный стан. При этом предусматривалось существенно повысить выход годного и обеспечить требуемое качество рельсов в условиях действующего оборудования БхМЗ.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

- разработать методику и на её основании-установить такой химический состав рельсовой стали, чтобы гарантировать соответствие всего обьймз рельсовой продукции требуемым уровням предела прочности и относительного удлинения ;

- исследовать, разработать и реализовать технологические параметры выплавки рельсовой стали, включая температурный и шлаковый режимы, а также режим обезуглероживания металла в конвертере;

- исследовать и реализовать параметры науглерэживания, раскисления стали в ковше и последующей аргонной обработки ;

- исследовать методом гидравлического моделирования влияние динамических характеристик потоков металла в промежуточном ковше и жидкой лунке формирующегося непрерывнолитого слитка на поведение неметаллических включении; рекомендовать систему перегородок и продувочных элементов в промежуточном ковше для сокращения количества неметаллических включений ;

- исследовать и разработать оптимальные параметры непрерывной разливки (скорость, температуру и условия вторичного охлаждения) с целью обеспечения стабильности разливки и исключения образования трещин ;

- исследовать и установить для условий МНЛЗ БхМЗ и для выбранного химического состава стали оптимальные значения её перегрева при рэзливке; разработать и реализовать технические решения по сужению интервала перегрева стали между началом и концом разливки ;

- исследовать и реализовать технологические и технические меры по стабилизации температуры при выплавке и разливке стали, а также при нагреве блюмов и прокатке рельсов;

- разработать комплекс технических мер с целью обеспечения полноценной правки рельсов длиной 26 метров;

- выполнить весь комплекс необходимых испытаний и контроля качества готовой продукции для выявления её соответствия требованиям технических спецификаций; оценить экономическую эффективность реализации разработок.

Научная новизна. Впервые длп индийских условий научно обоснован, разработан и реализован по новому технологическому маршруту усовершенствованный процесс получения рельсовой стали в более узких интервалах содержания химических элементов.

Изучено и количественно оценено влияние соотношения ГеО и МпО на скорость растворения извести в шлаке для условий конвертерного цеха БхМз, а также влияние содержания марганца в пера-

дельном чугуне на удаление серы из металла в конвертере.

Исследовано и количественно оценено влияние шлакового, температурного и дутьевого режимов и принятой технологии обезуглероживания конвертерной плавки с последующим науглероживанием в ковше на десульфурацип и дефосфорэцию металла в условиях БхМЗ.

Исследовано методом гидравлического моделирования влияние динамических характеристик потоков металла в промежуточном ковше и в жидкой лунке формирующегося непрерывно-литого слитка нн поведение неметаллических включений с целыи их сокращения.

Получаны зависимости комплексного влияния содержания серы, фосфора и марганца в стали с учётом стэпени её перегрева и скорости разливки на качество непрерывно-литых слитков и разработаны технологические приёмы управления процессом разливки.

Выявлены закономерности влияния химического состава высокопрочной рельсовой стали на её механические свойства.

Предложен метод определения требуемых величин изменения интервалов содержания химических элементов, гарантирующих задаваемый уровень предела прочности и относительного удлинения при испытаниях рельсовых образцов. Решение достигается выбором оптимального сочетания этих величин из возможных компромиссных вэривнтов, рассчитываемых по полученным в данной работе уравнениям множественной корреляции.

Практическая ценность и реализация в промышленности.

1. Определены и реализованы условия для обеспечения гарантированного уровня предела прочности и относительного удлинения практически на всём объёме производства рельсов SO UTS благодаря соблюдению более узких интервалов содержания химических элементов в рельсовой стали при одновременном соблюдении технологии разливки стали и прокатки рельсов. Величины изменения интервалов содержания химических элементов определены по разработанной в работе методике.

2. Разработаны и реализованы технология и необходимый технические решения, обеспечивающие производство стали для рельсов 90 UTS по новому технологическому маршруту: конвертер - непрерывная разливка -- рэльсобэлочный стан. В 19Ю-91 гг выход годного повышен на 17%,

а в IУ91-92 гг - на 26,7%.

3. Реализована усовершенствованная технология шлакового, температурного и дутьевого режимов с использованием марганцевых брикетов, плавикового шпата, окалины и высококачественной изввсти. Это обеспечило в конвертере устойчивое рафинирование металла от серы и от

фосфора.

4. Реализована технология раскисления металла в ковше при строгой регламентации температуры, порядка и количества вводимых добавок. Внедрены номограммы науглероживания в зависимости от температуры металле, степени рефосфорации и расхода карбюризатора. Эти меры позволили сузить интервал содержания химических элементов.

5. Предварительный нагрев сталеразливочных ковшей до 1000-1100 градусов (С0), температурная регламентация аргонной продувки, а также корректировка химического анализа стали в ковше обеспечили соблюдение узкого интервала перегрева разливаемой стали. Это позволило повысить стабильность разливки и сократить количество трещин на слитках.

6. Реализованные технические и технологические меры позволили обеспечить содержание водороде в.жидкой стали менее 3 р.р.м, в блюмах -2,0 - 2,5 р.р.м и в готовых рельсах -.1,5-2,0 р.р.м при охлаждении на холодильниках. Было полностью исключено появление флокенов.

7. Рекомендованы и внедрены номограммы оптимальных скоростей разливки в зависимости от содержания "5" и "Р", а также температуры разливаемой стали.

8. Реализован предложенный режим мягкого охлаждения слитков в зоне вторичного охлаждения для уменьшения количества трещин.

2. Внедреня обмазка боковых поверхностей блюмов с целью исключения их сваривания в нагревательной печи, более равномерная и низкая температура нагрева, стабилизация температурного режима прокатки. На подавляющем количестве раскатов интервал конечных температур прокатки был снижен с Ь50 1 30°С до ^50 - 1Ь°С, что позволило повысить стабильность структуры и выполнить корреляцию между механическими свойствами и химическим анализом стали, а также получить близкий к 100/5 выход годного по механическим свойствам.

10. Уточнена калибровка валков,.применен более износостойкий материал валков, улучшено их охлаждение и удаление окэлины. Обеспечена требуемая точность размеров элементов поперечного сечения рельсов Ю 11X5 за кэждую кампанию валков.

11. Выход годного повышен на 2% за счёт изменения допуска при порезке слитка на блюмы, эта мера позволила сократить допуск на образь от рельсовых- раскатов после их прокатки в чистовой клети стана1.

12. Благодаря устранению сверхкритической кривизны, возникающей при охлаждении рельсов, освоено производство рельсов длиной 26 метров. На холодильниках стана была разработана и внедрена операция, создающая предварительный противоизгиб горячих рельсов'. Это позволило чэстично компенсировать последующий температурный изгиб рельсов,

который не превышает критическую величину изгиба и устраняется ia правильной машине.

Автор защищает.

1. Результаты исследований по разработке и эффективности нового технологического маршрута производства рельсовой стали для рельсов с пределом прочности не менее Ю кг/мм^ через конвертер, ковшевую обработку, непрерывную разливку со следующими элементами технологии:

- обезуглероживание металла в конвертере с совершенствованием дуть-вого, шлакового и температурного режимов;

- науглероживание и раскисления стали в ковша;

- эргоннап продувка стали в ковше;

- стабилизация режимов непрерывной разливки.

2. Результаты исследований, анализ, приёмы стабилизации и управления температурными режимами на каждом этапе технологического процесса, начиная от выпуска плавки до непрерывной разливки, а также от нагрева блюмов до конечной температуры прокатки и охлаждения рельсов, в том числе стабилизацию степени перегрева стали над точкой ликвидуса, сужение температурного интервала конца прокатки.

3. Методику определения и реализации оптимального для БхМЗ химического состава рельсов 90 UT5 с целью обеспечения гарантированного соответствия результатов испытаний рельсовых образцов на предел прочности и относительное удлинение требованиям технических условий.

4. Результаты исследования влияния химического состава разливаемой стали на стабильность разливки и качество заготовки.

5. Результаты исследований влияния перегородок в промежуточном ковша, продувочных блоков и величины заглубления погружных стаканов не снижение загрязнённости непрерывно-литых слитков неметаллическими включениями.

6. Технологические решения в прокатном производстве, обеспечившие стабильный температурный режим прокатки, точность размеров, повышение выхода годного и производство рельсов длиной 26 метров.

7. Результаты промышленного освоения разработанной технологии и технических решений при производстве рельсов 90 (JT5 по новому технологическому маршруту и полученную экономическую эффективность,

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отделение ее результаты доложены и обсуждены:

1. Пп Ьсеиндийском семинаре по новым технологическим процессам и их при'.'оненип в чёрной металлургии Индии, Бхилаи, Индия, 1ЭЭ1 г.

2. lin национальном семинаре "Реконструкция и модернизация металлургических заводов", Индийский институт металлов, Калькутта,

Индия, Ь'ЬО г.

3. На заседании учёного совета Института новой металлургической технологии Центрального научно-исследовательского института чёрной металлургии, Москва, 1^2 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.На русском языке опубликована статья в издающей организации г. Москвы, предусмотренной перечнем ВАК. 3 печатные работы на английском языке опубликованы в технических изданиях Индии.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов. Основное содержание изложено на 18? страницах машинописного текста. Работа включает 55 рисунка, 31 таблиц, список использованной литературы из 98 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Эксплуатационные требования индийских железных дорог к

качеству железнодорожных рельсов. Три типоразмера рельсов R - '(5, R - 52, R - 60 постоянно требуются для обеспечения железных дорог Индии. Марка 1R5T-12, применявшаяся для производства этих рельсов ранее, должна была гарантировать в соответствии с требованиями спецификаций железных дорог предел прочности не менее 72 кг/мм^ и минимальное удлинение не менее Эти рельсы укладывались на участках пути с нагрузкой 350 млн т/км. В результате увеличения нагрузок на ось, скоростей движения составов, диаметре колёс, объёма перевозимых грузов значительно возросли контактные нагрузки. Для обеспечения участков путей с грузонапряжённостью до 800 ылн т/ки были разработаны новые требования и марка рельсовой стали UIC-860 для рельсов с пределом прочности не менее УЗ кг/мм^ и относительным удлинением не менее 10%.

В спецификациях железных дорог Индии регламентируются следующие параметры этих рельсов: химический состав, твёрдость поверх-

ности, механические свойстве (<ов,<5т» Е,С1К), испытания падающим весом, прямолинейность, точность размеров, вес погонного метра, ультразвуковой контроль сплошности. Выводы данного раздела состоят в том, что для обеспечения уровня требований и повышения выхода годного необходимо разработать прогрессивную технологию производства рельсов определённого химического состава.

Методика проведения исследований. Для определения неметаллических включений, скопления оксидов, силикатов, алюминатов кальция, сульфидов в металле применялись металлографический, спектральный и микрорентгено-спектрвльныП анализы.

При разработке оптимального химического состава исследуемой рельсовой стали бил применен многофакторный регрессионный анализ опытных данных по влиянию химического состава стали на механические своНстра. При этом был также использован метод компромиссного выбора наиболее оптимальных сочетаний предала прочности и относительного удлинения из их многочисленных вариантов, рассчитываемых по уравнениям регрессии. Данные о степени соответствия ковиевнх и контрольных анализов стали на содержание углерода и марганца обработаны методами математической статистики.

В условиях цеховых экспериментов температура жидкой стали, окисленность измерялись приборами "Целлокс", а температура нагрева и прокатки металла - оптическими пирометрами.

Анализы водорода выполнялись при помощи автоматического анализатора "ШВОЮ HERAUS", модель H2A-2UC2. Пробы жидкой стали отбирались с помощью специальных силиконовых трубок. Исследования сегрегации химических элементов на образцах, отобранных от блюмовых темплетов, выполняли на оптических эмиссионных спектрометрах "BAUSCH" и "ЮМА".

Параметры перлитной структуры рельсовых образцов определялись на сканирующем электронном микроскопе с изготовлением микрофотографий. Исследования гидродинамических характеристик потоков металла в промежуточных ковшах выполняли на гидромоделях в масштабе 1:4.

Уменьшение интервалов содержания химических элементов в стели

для производства рельсов Ю UT5. Решение о сужении интервалов содержания хим. элементов в рельсовой стали было принято для гарантированного обеспечения уровня их механических свойств. Исследования проводились на стадии отработки нового технологического маршрута для уточнения технологических параметров производства. Определению

величины необходимого уменьшения интервалов содержания химических элементов предшествовали исследования корреляционных связей между механическими свойствами и химическим составом стали. Для получения надёжных связей были приняты меры по стабилизации конца прокатки рельсов в узком интервале - 15°С. Проанализировано и показано близкое соответствие между химическими анализами ковше-' вых проб жидкого металла и контрольными анализами проката. В дальнейшем это позволило оперировать ковшевыми анализами жидкого металла при контроле и управлении технологией.

Опытно-промышленные партии рельсовой стали и рельсов из неё были произведены по разработанной технологии. Данные химического анализа и механических испытаний образцов были подвергнуты многофакторно-uj регрессионному анализу по специальным программам "<3 - COS TIME - SHAB1HS APPLICATIONS LIBRARy PROGRAMS". Объём выборки составил 288 плавок (43 ООО тонн ) рельсовой стали для рельсов 90 UTS. Интервалы содержания химических элементов в этих плевках были следующие :

С,'5 Mn,% Si S,% Р,%

0,60-0, ад 0,8-1,2% 0,10-0,50,4 >0,057о ^0,05%

В результате регрессионного анализа были получены следующие зависимости:

бв = 51,72 ' С I- 12,42 ' МП + 44,86 ............(I)

Е = - 15,86 ' С - 3,08 ' Мп + 25,62 ............(2)

С использованием зависимостей (I) и {¿) для II различных вариантов были определены оптимальные содержания углерода и марганца, а также соответствующие им значения (,§в) и (Е) при одновременном соблюдении условий: ((§B)>SO кг/мм2 и (Е)>10%. Учитывая вышеуказанные условия, предпочтение было отдано варианту 10. Данный вариант уменьшал, в достаточной степени интервал содержания углерода (с 0,60-0,80% до 0,65-0,75%) и марганца (с 0 , 80-1,30% до 0,У-1,2%), в то же время позволяя изменяться этим содержаниям в приемлемых для технологии интервалах.

По сравнению с другими рассчитанными вариантами, подобное сочетание "С" и "МП" обеспечивало на данном этапе технологии наибольший процент попадания плевок в заданный химический анализ и позволяло поддерживать компромиссное соотношение значений и ( Е ).

Содержание кремния было принято в интервале 0,20-0,40% вместо

применявшегося ранее 0,10-0,50$, поскольку в данных условиях влияние кремния на (бв) и (Е) о!сэзэлось весьма незначительным. Во взятом выборке, а также в последующих промышленных плавках данной марки стали, содержание серы и фосфора, практически во всех случаях, не превышало 0,04^'каждого из них, при их среднем содержании 0,031 и 0,и21" соответственно. Поэтому, во внутризаводских спецификациях на данную сталь представилось возможный ограничить содержание серы и фосфора до 0,04% вместо и,05$ в соответствии со спецификациями железных дорог Индии. После промышленного внедрения технологии производства рельсовой стали УО UTS, содержание "S" и "Р" в подавляющем количества промышленных плавок на превышало 0,03$ каждого из элементов, я в сумма составляло 0,05-0,06%. Наряду с другими мерами, это значительно улучшило качество непрерывно-литого слитка, способствовало стабилизации процесса и повышению скорости разливки на 15%. На данном этапе внедрения был принят следующий химический состав стали:

"С" "Мп" "Si" "S" "Р"

0,65-0,75/3 0,У-1,27° 0,20-0,40% ^ 0,047» ^>0,04%

На рис. I показаны пределы изменения содержания химических элементов и механических свойств до и после реализации данной разработки в сравнении с аналогичными стандартами Великобритании. В результата данной работы выход годного по механическим испытаниям рельсов tG UTS составил на БхМЗ 7° в году, в отличие от ранее до-

стигнутых 87$.

Исследование, разработка и реализация нового технологического

маршрута и технологии производства рельсовой стали на БхМЗ.

Конвертерное производство. Наиболее подходящим технологическим вариантом для условий БхМЗ, который и был принят в результате выполнения работы - науглероживание металла твёрдым карбюризатором в ковше после продувки в конвертере. Причинами выбора такого варианта бнли сравнительно высокое содержание фосфора в передельном чугуне и его низкая температура, более низкая температура ванны и ухудшение условий проплавления скрапа.

Разработанная технология производства высокоуглеродистой стали для рельсов SO UT5 включает в себя: продувку чугуна в конвертере до достижения следующего химического состава (С = 0,04-0,005?; Р = 0,01-0,027; 5 4 0,02-0,025^); раскисление металла в ковша; нэуглврожи-

075

ото

•0,65

й-060

■1.25

1,20

V5

НО

1С5

I

100 >

0,50

№

I

0,40

=03?

-030

I

0 25

-020

0.045

Л040

0.055

-0030

0,(125

0,020

* 0015"

0050

-00«

-0040

0055

•0030

0р25

0010 I

98

8Ь

и

32

до

г ВБ

НБ

45

-14

-13

-12

-II

-Ю

-9

с,у. ип,* р,*

Рис.1. Пределы содержания химических элементов в стали длр рельсов Ь0 1/Т5 и фактические интервалы изменения предела прочности и относительного удлинения по стандарту Великобритании (" Ц ) и по стандарту Индии - до регламентации содержания элементов ( и после регламентации (

вание и аргонную обработку с корректировкой, если необходимо, содержания углерода.

Наши исследования показали, что температура металла на повалке должна быть на 30-50°С выше, чем для обычных сталей, т.е. составлять I6SO-I720°C. Это необходимо для компенсации потерь тепла, возникающих при науглероживании металла. Для предупреждения рефосфора-ции было ограничено поступление конвертерного шлака в ковш. Интенсивность продувки рельсовых плавок составляла, в среднем, 350 м3/мин, что гораздо ниже, чем для рядовых марок (.425 м3/мин), что повлекло увеличение длительности продувки на 2-4 минуты. Были приняты меры по обеспечению раннего образования активного, основного шлака, что способствовало удалению вредных примесей и снизило потери металла с выбросами, а также потери тепла. Оптимальная основность шлака в данных условиях составлялэ 3,5-3,6 (после добавок окалины и марганцевых брикетов). Нами был исследован состав доменного, миксерного и конвертерного шлаков, а также состав конвертерного шлака после добавок окалины и марганцевой руды. Было показано увеличение скорости растворений извести в шлаке с 0,06кг/м^/сек до 0,12кг/м^/сек при изменении соотношения с 0,00 до 0,4Ь в результате

(Fe<->) < (MnU;

добавок окалины и марганцевой руды. При этом, основность шлака достигла своего оптимального значения (3,6), э содержание ГеО в шлаке возросло с 17,3 до 24,3%. После отработки технологии марганец добавлялся в виде брикетов от 2 до 4 кг на тонну стали. Брикеты имели размер 30 мм и обладали следующим химическим составом: СаО - 51,4%; Мпи - 17,!$; 5i02 - 1,6% с незначительный содержанием 1е0, Ге203 и AI^O^. Добавки производились на 2-ой и 4-ой минутах продувки1. Было исследовано влияние этих добавок на формирование первичного шлака. Добавки марганцевых брикетов позволили не .превышать содержание марганца в чугуне более 0,6%. Это весьма важно, поскольку без добавки брикетов, в случае применения чугуна с вышеуказанным содержанием марганца, время формирования шлака увеличивалось до 8 минут вместо 6 минут. Таким образом, добавление марганцевых брикетов позволяет, как показали опыты, ассимилировать в течение 6 минут 50% всего количества извести, потребляемого в ходе плавки. В процессе реализации технологии было существенно улучшено качество извести за счёт повышения её реакционной способности с 200 до 350 единиц, что позволило повысить степень десульфурации чугуна с 20-30% до 30-50%. Оптимальный дутьевой режим достигается, как показали исследования, при-60-70% содержания СО в общем объёме отходящих газов, что соответствует максимуму фазы обезуглероживания. Содержание Р зависит от темпера-

тури металла после продувки (рис. '¿). В ходе опытных плавок на БхМЗ были установлены соответствующие зависимости содержания фосфора (Р) от температуры металла (Т) при производстве рельсовой стали:

%Р = 0,0004 • Т - 0,0512

Аналогично, для рядовых марок стали, при содержании в шлака 1еО > 14% и его основности ^ 3,0:

%Р = 0,00011007 ' Т - 0,1522

Зависимость содержания серы в металле от температуры (Т) имеет вид:

%$ = - 0,00005 ' Т + 0,107

Из этих выражений следует, что влияние температуры на удаление серы и фосфора неоднозначно и выбор температуры конвертерной плавки принимает компромиссный характер. На рис. 3 показана взаимосвязь между окисленностью шлака, содержанием серы и углерода в металле перед выпуском из конвертера. Было установлено, что содержание общего железа в шлаке, превышающее не способствует ускорению растворения извести. По нашему мнению, это обусловлено перераспределением серы между шлаковой и металлической фазами.

Науглероживание и раскисление металла в ковша. Науглероживание металла производилось при помощи нефтяного кокса, имеющего следующий химический состав: С - 98,8%; зола - 0,20%; влага - 0,20%; летучие вещества - 0,80%. Из'700-Süü кг нефтяного кокса, требующего ся на плавку, 400 кг загружаются йместе с 1000 кг ферромарганца на дно ковша перед выпуском металла из конвертера. Оставшиеся 300-500кг нефтяного кокса и 800 кг ГеМп добавляются после наполнения ковша на */3 металлом. Ферросилиций и алюминий даются до наполнения ковша металлом на 3/4. Снижение температуры металла при науглероживании составляет 0,05°С на I кг добавляемого нефтяного кокса.

Раскисление металла в ковше и добавки извести дают дополнительное снижение температуры металла на 40-50°С. Усвоение углерода и нефтяного кокса, как показали исследования, находится в пределах 60-80%, при среднем уровне усвоения 70%. Наиболее вероятно, неполное усвоение углерода связано с чрезмерным раскислением при додув-ках металла и попаданием шлака в ковш. Номограмма науглероживания металла (рис. 4), построенная по данным исследований, позволяет выполнить операцию науглероживания с требуемой точностью.

о

Рис.2. Зависимость содержания сери и фосфора в стали от температуры на повалка. "I" - содержание Фосфора для рельсовых сталей. "2" - содержание фосфора для рядовых марок сталей. "3" - содержание серы.

и,03 0,04 0,05 - 0,06 0,07 0,08 0,09 Содержание углерода,

Рис.3.взаимосвязь между окисленностыо шлака ( РсО),содержанием серы ) и углерода (С ) в металле перед выпуском.

- !'( -

Нрод.увка стали аргоном. Температурный режим процбсоэ

производства рельсовой стали. Длительность аргонной обработки составляет 6-10 минут и определяется достижением необходимой конечной температуры металла (1550 - 1560°С). После взятия пробы на содержание углерода, при необходимости, добавляется нефтяной кокс. Исследования и отработка оптимального температурного режима были предприняты на всех этапах технологии производства стали путём статистического анализа технологических данных 350 плавок текущего производства. Замеры температуры металла производили в начальный период выпуска, в процессе науглероживания, раскисления, аргонной продувки и в ходе разливки стели. Получена следующая статистическая зависимость, описывающая общее падение температуры (дТ) от выпуска плавки до её разливки:

лТ = 0,05 Ококса - 0,04 Ораскисл. и добавок

- I 5Ц + 0,05 Ц;окса) - дТ', где:

- количество кокса и раскислителя (кг), добавляемых в ковш на выпуске

- количество коксз (.кг), вводимого в ковш при аргонной продувке

- среднее падение температуры металла за время транспортировки ковша до МНЛЗ и на самом участке МНЛЗ вплоть до поступлении металла в промковш, составляющее в среднем 50-60 С.

время аргонной продувки (мин).

температура металла на выпуске, исходя из технологически необходимой температуры разливки (15Ю-10°С), составляет:

Т° ш = 1510 (± Ю°С) )• дТ

Ллч сохранения температуры металла применяются чистые, оборудование шиберными затворами ковши, нагреваемые предварительно до юоо-иио°с по разработанным режимам при помощи усовершенствованных горелок. В соответствии с расчётами и промышленными исследованиями, температура на выпуске должна составлять 1690-1720°С. В силу влияния ряда Факторов температуры металла на отдельных технологических участках могут иметь некоторое отклонение от заданных, но установленная температура разливки должна быть соблюдена. Был принят ряд технических и технологических мер для обеспечения низкого содержания

водорода в стали (не Яолес 3 р.р.м,), что позволило полностью исключить наличие флокенов в готовых рельсах. Ориентировочно, содержание водорода в блюмах снижалось в 2 раза, в готовых рельсах - в 3 раза по сравнению с содержанием водорода в жидкой стали.

Исследование я разработка технологии непрерывной разливки

рельсовой стали. Содержание серн и фосфора в стали предложенного химического состава было уменьшено в соответствии со спецификациями БхМЗ до 0,04% каждого. В промышленных плавках фактическое суммарное их содержание было не более 0,05-0,055% и выявлялось практически во всех случаях, что благоприятно отразилось на качестве непрерывно-литых заготовок и готовых рельсов. Этому предшествовали исследования влияния содержания серы на возникновение трещин в слитках. Слитки, отлитые из плавок с содержанием (Б + Р)<0,055%, практически не имели трещин, а содержащие (Б + Р)>0,0£$ были поражены трещинами в 15-20% случаев. Фактор-™- был повышен до 30 при среднем содержании серы 0,03%. Известно, что качество слитка и стабильность разливки в значительной степени зависят от точности соблюдения температуры разливки, величины перегрева стали в промковше над точкой ликвидуса. Величина перегрева выбиралась на компромиссной основе для обеспечения требуемого качества как поверхности, так и внутренней части слитка с учетом особенностей технологии и конструкции данной МНЛЗ. Для определения оптимальной температуры разливки рельсовой стали на БхМЗ была использована известная зависимость:

т ( Т ГД9:

Т„ „ - начальная расчётная температура разливки; и • р •

^л. - температура ликвидуса стали исследуемого состава;

- 0,082 -44 - коэффициент объёмной усадки стали -атв- С при затвердении;

, <у

л жид. = 0,0009 - коэффициент усадки жидкой стали;

V

у- = 1640 для высокоуглеродистой стали.

г

Подставим все эти значения в ранее приведенную зависимость. При этом учтём, что в течение 70-80 мин разливки температура жидкого металла в ковпе снизится на величину (л Гн_к) из-за потерь тепла. Конечная температура разливки будет следующей:

Тк.р. = 2 ( 1549 + Тл> ~ дТн-к

В процессе реализации данной работы величина (¿Тн_к) была снижена на БхМЗ с 40°С до 20°С за счёт предварительного нагрева стальков-шей до 1000-П00°С, что позволило принять для расчёта (аТн_к) = 20°С. Значение Тд было найдено по известной зависимости от химического состава стали:

Тл< = 1537 - £ WC + 5 fMn + + 25-fo + 30 #>)

Значения TJ[f Тн>р>, l'K>p> были определены для предельного содержания химических элементов в исследуемой стали в соответствии с техническими спецификациями желеаннх дорог Индии и спецификациями, которые были рекомендованы в работе (для суженных интервалов содержания химических элементов), табл. I. Расчёты показали, что величине Тн р

превышает Т„ в среднем, на 41°и, а величины Т„ „ - на 21°С. л

Таким образом, можно полагать, что расчётный перегрев для исследуемой стали составлял 40°С в начале разливки и 20°С в её конце, что весьма близко к опытным данный. Следующие температуры были приняты для реализации при. разливке: Тн> = 15Ю°С и Тк_р = I4SO°C. Специальные исследования были предприняты также с целью оптимизации скорости разливки. Варьировались содержание серы и фосфоре, скорость 1 температура разливаемой стали для производства рельсов 90UTS. На основе полученных данных построены номограммы скоростей разливки для блюмовой МНЛЗ БхМЗ.

Ь'нли выполнены расчёты и в табл. 2 приведены рекомендованные и реализованные температурные и скоростные параметры разливки блюмов сечением 260 х 340 мм для производства рельсов SO UTS. Содержание элементов взято средним для интервалов их содержания по предложенным спецификациям. Режим вторичного охлаждения определялся расходом воды в соответствии с оценкой распределения температуры по поверхности отливаемого слитка.

Был применен режим мягкого охлаждения, который предусматривал более короткую зону охлаждения водяными форсунками и пониженный расход воды (30-50% от принятого ранее). Данный режим обеспечил уменьшение растягивающих напряжений, возникающих при затвердевании. Лргонная защита струи разливаемого металла значительно улучшила качество слитка.

Ллг снижения уровня загрязнённости слитка неметаллическими включениями была разработана рациональная схема движения металла в промежуточном ковие и кидкой лунке Формирующегося слитка. Исследования гидродинамических характеристик потоков металла в промежу-

Таблицу Г.

РАСЧЁТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ РАЗЛИВКЕ РЕЛЬСОВЫХ СТАЛЕЙ.

Специ- Содержание элементов, % 1л, °С- Тн.р. , Т к.р. , Тн.п.р. Tk.it. р:.

фикация генпера- °С °С °С °С

стали пределы содержания С Un Si s р гура ли-гвидуса. начальная расчётная тем.раэ- ливки конечная расчётная тем.разливки темп, начального перегрева тейп-, конечного пере^ грава-

UIC -S60, мин. 0,60 0,80 0,10 1476 1512 1492 36 16

сорт А макс. 0,80 1,30 0,50 0,05 0,05 1453 1501 1480 48 27

Tax. условия хин. 0,65 1,00 0,20 1472 1510 I4S0 38 18

БхаЗ на кс. 0,75 1,20 0,40 0,03 0,03 1460 1504 1484 44 24

сред. 0,70 1,10 0,30 0,03 0,03 1466 1507 1487 41 21

Таблица 2.

ТЕМПЕРА ТУРЫ СТАЛИ В ПРОМКОВШЕ, ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕГРЕВА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ СКОРОСТИ РАЗЛИВКИ СТАЛИ В БШШ СЕЧЕНИЕМ 260*340 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕЛЬСОВ 90 "ТЗ.

ТЕМПЕРАТУРА МЕТАЛЛА В ПРОМКОВШЕ, °С ВЕЛИЧИНА ПЕРЕГРЕВА СТАЛИ, СКОРОСТЬ РАЗЛИВКИ, М/МИН.

% 5 + %Р»0,05% Ъ в + То Р»0,06£

1480 - 1485°С 15 - 20 0,78 - 0,73 0,73 - 0,69

1485 - 1490°С 20 - 25 0,73 - 0,69 0,69 - 0,67

1430 - 1495°С 25 - 30 0,69 - 0,66 0,67 - 0,63

1495 - 1500°С 30 - 35 0,66 - 0,62 0,63 - 0,57

1500 - 1505°С 35-40 0,62 - 0,57 0,57 - 0,52

1505 - 15Ю°(; 40-45 0,57 - 0,52 0,52 - 0,47

1510 - 1515вС 45-50 0,52 - 0,46 0,47 - 0,4С

точном ковше проводили на гидромода ли. Она была выполнена из органического стекла в масштабе 1:4. Масштабы скорости и расходов, определяемые на основе критерия фруда соответственно составили 0,5 и 0,031. Для качественной и количественной оценки потоков в промежуточном ковше использовали две методики: фиксирование перемещения границ подкрашенной жидкости и движения трассирующих частиц с помощь« Фотосъёмки с применением стробоскопированного света. При оптимальном варианте с использованием двойных перегородок и продувочных блоков, установленных на выходе из отверстии в перегородках, значительно сокращается объём застойных зон (рис. 5).

Моделирование затягивания неметаллических включений в стаканы промежуточного ковгаа проводили путём импульсного ввода предварительно смешанных с водой полиэтиленовых шариков массой 2,5г и плотностью 0,75 кг/л и размером 100-300 мкм в стакан модели стзлерэзливочного ковша.

Размеры неметаллических включений, эквивалентные полиэтиленовым шарикам, рассчитывали с учётом равенства критерия Фруда и закона Стоксз:

полиэтилена. Линейный масштаб модели Ме = 0,5 и соответственно масштабы расхода воды Мв = 0,177; скорости = 0,707 и времени

!1э основе гидромоделировэния рззрзботэнн рациональная конструкция и схема размещения перегородок в промежуточном ковше, э также конструкция погружного стакана и определена величина его заглубления под уровень металла в кристаллизатора.

Использование разработанных технологических приёмов позволяет увеличить выход годного на 8-10%.

Исследование и совершенствование технологии прокатки рельсов

И - 60 90 УТ$ на рельсобалочном стане Бхилайского метзавода.

В сяязи с сужением интервалов содержания химических элементов в рельсовой стали и намерением повысить выход годных рельсов по механическим испытаниям, возникла необходимость стабилизировать температуру конца прокатки рельсов в болае узком интервале. Тем сэмым

где 1 - радиус включения; Х\ -радиус ность металла и включений; и

Нг = 0,707.

РХ

Рис. 4. Номограмма науглероживания при производстве стали для рельсов УЗ UT5. Связь между расходом нефтяного кокса (0}, темпераФурами металла не выпуске (Т, °С), после науглероживания и раскисления (Т, °С), конечным содержанием углероде С) и фосфора Р).

Д - А

А - А

Г;:?' ••.*.»4 •.Г'/

1а

б - б

— - ^ J

б - в

а

Рис. 5. Схема потоков ¡г.идкости в трапецеидальном промежуточном ксЕше без перегородок (а) и с двойными перегородками и прод1рнымк блскаиг (6).

1редполагэлось исключить существенное влияние возможных колебаний этих температур на структуру металла, повысив степень корреляции иежду механическими свойствами и содержанием химических элементов в стали. С этой целью нп стане был проведен комплекс исследований по регламентации нагрева блюмов в методических печах и их прокатки на стана. Наши исследования показали, что различия в температурах конца прокатки рельсовых раскатов, превышающие 30-40°С, могут вызывать отклонения по механическим свойствам от требований спецификаций даже при одном и том же химическом составе стали. Кроме того, эти отклонения температуры могут приводить к нарушениям размеров рельсов. Предложенные и реализованные режимы нагрева блюмов и регламентация цикла прокатки обеспечили температуру конца прокатки рельсов в интервале ЬЭД-У65°С вместо имевшегося ранее интервала 800-940°С. Эта М'зрэ позволила реализовать регламентацию химсостава рельсовой ста ли и способствовала достижению фактически 100% выхода годных рельсов по механическим испытаниям.

Был оптимизирован раскрой блюмов из непрерывно-литых слитков на МНЛЗ. Эта мера позволила уменьшить последующую обрезь переднего и заднего концов рельсового раската на 1,5 - 1,8$.

Минимально необходимая длина блюмов определялась по следующей

формуле:

60,64 (41 + О ' 1,025 +ДЬГ 673

Ц =—--.........?= 0,093 (41. +1)

где: 6и,64 кг - предельный вес I метра рельса В.-60 (по самому неблагоприятному варианту;

673 кг - предельный вес I метра длины блюме (260 х 340)

41, м - общая длина 4-х рельсов, получаемых из одного блюма (в случае длины рельсов 13м)

^ , и - технологически необходимая длина обрезаемых концов раската

1,025 - расходный коэффициент (окалинообразовэние при нагреве блюма в печи)

ДЦ» м ~ допуск при порезке блюма.

Были выполнены исследования, разработан и реализован технологический приём, уменьшающий величину изгиба рельсов длиной 26 метров при их остывании. Цель была достигнута путём придания каждому рельсу предварительного механического изгиба, направленного в сторону, противоположную направлений) изгиба рельса при остывании. Это позволило

компенсировать естесственный изгиб при остывании рельсов до величины

250мм, которая приемлема для эффективной правки рельсов на правильной машине, что позволило преодолеть основное препятствие на пути освоения производства* пельсов длиной 26 метров.

Исследование качества блюмов, испытания и качество рельсовой

продукции 90 UTS. Отбор необходимых образцов и проб,как для исследований, так и по условиям спецификаций, проводился в полном объёме на всех стадиях разработки и виедрения технологии производства рельсов SO UTS. Все необходимые виды анализов и испытаний также были выполнены в полном объёме. На 46 плавках текущего производства было исследовано содержание водорода, которое составило в жидкой стали ^ 3 р.р.м (.среднее 2,43 р.р.м), в блюмах >2,23 р.р.м (среднее 1,72 р.р.м), в готовых рельсах >0,8 р.р.м (среднее 0,62 р.р.м). ибразцы готовых рельсов отбирались от их головок. Присутствие флоке-нов в готовых рельсах не наблюдалось. Исследовалось также содержание водорода в различных элементах поперечного сечения рельсов.

Исследование качества непрерывно-литых слит it ов. На образцах блюмов выполнялись исследования микро- и макроструктуры, распределения серы, сегрегации, проводилась дефектоскопия. Визуальная инспекция поверхности, сопровождаемая горячим и холодным травлением кислотой, подтвердили её высокое качество. Наличие шлаковых включений и поясов было незначительным (от U,Ub? до 0,21 ед/метр поверхности). Размеры шлаковых включений составили 5 мм. Область равноосных зерен была определена для большого числа блюмов и составила 32$, область тонкого зерна - 16$ и область дендритных зерен - 52$. В блюмах отсутствовали трещины и другие внутренние дефекты.

Исследование сегрегации химических элементов. Данное исследование выполнялось на образцах, взятых по толщине слитка (260 мм) при помощи оптических эмиссионных спектрометров "BAUSCH" и "LOMA". Изменение содержания химических элементов не выходило за пределы требований спецификаций. Среднее содержание химических элементов на поверхности б"люма было следукь цим: С = 0,70$, Si = 0,32'$, Мп = 1,19$, S = 0,023я>, Р = 0,02$. В осевой зоне содержание вышеупомянутых элементов составило: С = 0,82$, Si = 0,40$, Мп = 1,23$, $ = 0,044$, Р = 0,036$. Сегрегация химических элементов по длине слитка не выходила за пределы их регламентированного содержания и была незначительной. Были

исследованы размеры включений, объём фракций и их тип. Фракционный объём включений составил 0,2-0,4%. Изменений содержания включений по длине и поперечному сечению блюмов не превышало 15-20%. Сульфиды и силикаты представляли собой основной тип включений. Данные исследований свидетельствуют об эффективности разработанной технологии, поскольку требования технических спецификаций по неметаллическим включениям соблюдены полностью. Большую роль в этом сыграло снижение содержания серы в стали, фактически, до 0,03%.

Исследование качества рельсов. Испытания рельсов Ю UTS путём обстукивания молотком и падающим весом полностью удовлетворяли требованиям-спецификаций. Исследование образцов головок рельсов нэ наличие флокенов показало полное отсутствие последних. Распределение серы в темплетах носило более или менее однородный характер. Макроструктура всех исследованных рельсовых темпле-тов была признана удовлетворительной. Микроструктура образцов головок рельсов была однородной и полностью перлитной. Среднии размер зерна составил 4-5 баллов по шкале ASTM. При исследовании на сканирующем электронном микроскопе были отчётливо выявлены пластинки перлита с расстоянием между ними 0,15-0,25^Были сопоставлены микроструктуры и сделаны микрофотографии образцов рельсов, произведенных по старой технологической схеме (мартеновские печи, слитки, блюминг) и по новой схеме (конвертер, непрерывная разливка). Преимущества последней очевидны, поскольку межламеллярные расстояния малы (1,5-2 раза меньше по сравнению со старой технологической схемой). Испытания рельсовых образцов нэ предел прочности и относительное удлинение полностью соответствовали требованиям спецификаций. Процент рельсов, принятый после испытаний, составил 98%. Рельсы, произведенные по новой технологической схеме, имеют следующие преимущества: более низкое содержание водорода, более однородный химический состав, менее выряженная сегрегация химических элементов, большая однородность механических свойств, более высокая чистота стали от включений, более высокий процент приёмки годных рельсов и выход годного.

Экономическая эффективность разработанной технологии. Основная эффективность работы состоит в замене мартеновской стали с прокаткой слитков на блюминге на конвертерную сталь, разливаемую нэ МНЛЗ, при производстве рельсов 90UTS. На всех стадиях технологического процесса достигнуто существенноз увеличение выхода годного и уровня качества, обуславливающих экономическую эффективность разработанной

технологии. В табл. з приведены основные показатели технологического процесса за ISSO-9I, 1991-92 финансовые годы, а также за 4 месяца текущего финансового ^ода, а также затраты при производстве рельсов 90 UT£> из мартеновской и конвертерной стали. Для производства одной тонны рельсов стоимости мартеновской стали (С^) и конвертерной стали (С2) составят:

G1 = "к7 " В U " Kl)' С2 = -j^ ~ В U " К2>» ГД9:

Ат и А, - стоимости I т жидкой мартеновской и конвертерной 1 £ сталей соответственно

Кт и к выход годных рельсов из 1т дидкой мартеновской и Л2 конвертерной сталей соответственно

В - стоимость 1т стального скрапа.

Расчёты С{ и С2 выполнены для всех представленных в таблице периодов, как для мартеновского, так и для конвертерного вариантов технологии. В соответствии с расчётами стоимость производства 1т рельсов (в индийских рупиях) составила:

1990/91 1991/92 04-07.1992 Из мартеновской стали 9575,66 10214,5(1

Из конвертерной стали 7538,46 6649,46 6963,16

Таким образом, разница в стоимости производства рельсов в 1991/92 гг составляет:

10214,50 - 6645,46 = 3565,04 индийских рупий за I т рельсов. При замена в IS9I/19S2 финансовом году 27405 т рельсов из мартеновской стали на рельсы из конвертерной стали, годовой экономический эффект составляет:

27405 ' 3565,04 = 97,7 млн рупий. При полном исключении мартеновской стали экономический эффект составит:

42142 ' 3565,04 = 150,24 МЛН рупий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I. Впервые для индийских условий обоснован, разработан и реализован по новому технологическому маршруту (конвертер - ковшевая обработка -- непрерывная разливка) усовершенствованный процесс получения стели для производства рельсов с пределом прочности не менее 90 кг/мм2 и

Таблица 3.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНО - ЗКОНОыКЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛЕ ПРОИЗВОДСТВА РЕЛЬСОВ ЬОиТ5 НА БШАЙСЯОь МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ КОМБИНАТЕ Б 1990-1992 ГГ.

ПОКАЗАТЕЛЬ 1950 - 1921 г.г. | 1391 - 1592 г.г. апрель - июль 1992

мартенов- | екая сталь ] конвертер-! на я сталь ! кзртеноь-ская сталь конвертерная сталь мартеновская сталь конвертерная сталь

¿.идкая сталь для производства рельсов, т 104396 312724 38807 335776 _ 116636

2. Выход годной стали, т 87520 284178 32886 313622 - 104833

3. Произведено блюмов, т 67504 256 867 24622 284867 - 32130

Прокатано годных блюмов, т 65133 23233Б 24085 280ЯУ - 66202

С в Принято рельсов, т 42142 177124 14737 218115 - 71 ¿61

о. Быхог годного,

а) принятых рельсов по отношения к евдкоГ: стали 40,4 56,7 35,0 6ч,? - г -г Г о1,

б) ГОДНЫХ бЛВЫОБ по отношению I: гидкоГ: стали 62,4 74,5 , - 63,6 - <-7 О , -

\ принятых рельсоЕ по отношена:: к произзеденныг блюмам 62,4 71 ^о о 76,5 - 76,2

в более узких интервалах содержания химических элементов по сравнению с требованиями технических спецификации. Это обеспечило гарантированное достижение необходимого уровня механических свойств. Бхилайский металлургический комбинат освоил производство рельсов дэнного типа в объема 218 тыс тонн в год. Выход годного от жидкой стали до принятых рельсов по новой технологии по сравнению со старой (выплавка стали в мартеновских печах - разливкз в изложницы-прокатке на блюминге) увеличен на 16,3% в 1УНЬУ1гг и на 26,У% в 1УУ1-У2гг.

2. Основные этапы исследований и разработки усовершенствованной технологии выплавки рельсовой стали:

-•обезуглероживание металла в конвертере (до 0,0ч-0,0?% углероде) при усовершенствованном томпературном, дутьевом и шлаковом режимах с использованием добавок марганецсодержащих брикетов, плавикового шпата, окалины и высококачественной извести, что обеспечило устойчивое рафинирование металла до содержания, в среднем, серы 0,023% и фосфора

о,о18?;;

- науглероживание стали в ковше путём добавок нефтяного кокса высокой чистоты со строгой регламентацией режима раскисления и ввода добавок. Науглероживание выполняется по разработанным номограммам в зависимости от изменения температуры и рефосфорации',

- аргонная продувка металла в ковше, его гомогенизация, доводка химического состава и стабилизация температуры.

Все это позволило производить рельсовуюсталь в более узких интервалах химического состава, а именно: С = 0,65-0,75%; Мп = 0,9-1,2%; 51 = 0,2-0,4%; 0,04% и Р^ 0,04%.

3. Выполнены исследования и реализованы рекомендации, касающиеся влияния соотношения 5102» ГеО и МпО но скорость растворения извести в шлаке, а также влияния содержания марганца в передельном чугуне (или в добавляемых брикетах) нэ удаление серы из металла в конвертере в условиях БхМЗ.

Разработаны и реализованы технологические меры по подготовке шихтовых материалов, качеству извести и защиты поверхности металла, что обеспечило допустимый уровень содержания водорода в жидкой стали (менее 3 р.р.м), в блюмах (2-2,5 р.р.м; и в готовых рельсах (1,5-2ррм) даже без применения их замедленного охлаждения, ато исключило опасность появления флокенов в готовых рельсах.

5. Выполнены следующие исследования и разработки на стадии непрерывной разливки стали:

- исследовано комплексное влияние содержания серы, фосфора и изргэнца в сочетании со степенью нагрева металла и скоростью разливки на качество литых заготовок и стабильность разливки. Разработана номограмма, позволяющая корректировать технологию разливки в зависимости от параметров жидкого металла, поступающего на МНЛЗ для достижения требуемого качества литых заготовок при заданной пропускной способности МНЛЗ. Результаты данного исследования являются основанием для создания автоматического управления технологией непрерывной разливки рельсовых сталей^

- методов гидравлического моделирования исследовано влияние динамических характеристик потоков металла в промежуточном ковше и жидкой лунке формирующейся литой заготовки на поведение неметаллических включений. Полученные результаты позволяют создавать эффективные системы перегородок и продувочных элементов в промковше, сокращающих в 1,5-2,0 раза количество включений в непрерывно-литой заготовке. Разработана эффективная конструкция погружного стакана}

- исследованы и реализованы условия соблюдения узкого интервала перегрева стали благодаря уменьшению разницы температур начала и конца разливки но 20°С. Это достигнуто за счёт реализованной технологии и технических средств подогрева футеровки сталеразливочних ковшей до 1000-П00°С и за счёт регламентации температуры на всех этапах производства стали. Повышена стабильность разливки, и уменьшена вероятность прорывов и трещин на слитках.

б. Основные этапы исследований и совершенствования технологии производства рельсов на рельсобзлочном стане следующие:

- разработаны и внедрены технические и технологические решения, исключающие сваривание и обеспечивающир более равномерный нагрев блюмов в печах перед прокаткой. Осуществлены меры по стабилизации температуры прокатки в клетях и температуры конца прокатки, составляющей теперь У50±15°С. Ьто обеспечило стабильность структуры рельсов и позволило установить корреляцию между механическими свойствами и химическим составом рельсов^

- реализована уточнённая калибровка валков и более износостойкий материал прокатных валков, улучшено их охлаждение, благодаря чему повышена стойкость калибров, обеспечившая необходимую точность размеров элементов поперечного сечения рельсов Я) итЭ;

- в результате выполненных исследований и расчётов принятэ более оптимальная порезка непрерывно-литых слитков на блюмы длиной

5,0 - 0,05 м вместо 5,1 - 0,05 м. Это позволило снизить обрезь при порезке рельсового рэскзтэ и получить 1,5% экономии металла.

7. Предложен метод, позволяющий количественно определить необходимые величины изменения в стали интервалов содержания химических элементов, которые гарантируют задеваемый уровень предела прочности

и относительного удлинения рельсов. В сочетании со стабилизацией температурных параметров прокатки это позволило достигнуть на промышленных партиях приемку 98% испытываемых рельсов, соответствующих необходимому уровню механических свойств.

8. Освоено производство 26-метровых рельсов благодаря устранению возникавшей ранее сверхкритической кривизны при охлаждении рельсов указанной длины, которая не устранялась на существующей правильной машине. На холодильниках стана была предложена и реализована операция по созданию предварительного противоизгиба рельсов, чтобы частично компенсировать их температурный изгиб при остывании. Это позволило, в итоге, после остывания рельсов иметь кривизну ниже критической, т.е. поддающейся устранению на правильной машине.

9. Все виды испытаний и инспекций рельсов SO VTS, производимых на БхМЗ по разработанной технологии, подтверждают её высокую эффективность и соответствие качества рельсов требованиям технических спецификаций.

10. Общий экономический эффект от внедрения результатов работы составил У/,7 млн рупий в 1931-92 финансовом году и может составить 150,24 млн рупий в текущем финансовом году.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. R.K.flangal, П. ti. Manon, U.Lobanow. Continuos Caatlna at Bhllal Steel Plant. Transactlon of International Symposium on Continuos Casting of Steel. Octobar 8-9, 1982, Ourgapur, India, c. 2-21.

2. R.K.riangal at al . Production of 90 h/mm2 UT3 ralla through LD-CC Rout at BSP. International Seminar on Latest Development in Rail Hanuf acturing Technology. 1B-19 Septembsr, 1987, Steel Authority о Г India Ltd, BSP, c. 1-20.

3. R.K.flangal at al . Eyperianca galned ln Oaveloplng uear raslatant ralis of 880 PIPa at BSP. Annual Technlcal Journal, 1990. Steel Authorlty of India, BSP, c. 11-16.

4. P.K.Мангал, А.Г.Шалииов, Й.Л.Либерман. Непрерывная равлнвка рельсовой стали яа Бхвлайском металлургической заводе.

Ижформацвя ЦНИИ ТЭЙЧН, Москва 1992, с. 1-6.