автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок

На правах рукописи

Сюсюкин Андрей Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛООКИСЛИТЕЛЬНЫХ И МАЛООБЕЗУГЛЕРОЖИВАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

/

Специальность 05 16 02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗОУ Иэ го

Новокузнецк - 2007

003071578

Работа выполнена

на кафедрах электрометаллургии, стандартизации и сертификации, теплофизики и промышленной экологии

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»,

ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Темлянцев М В

Научный консультант

доктор технических наук, доцент Нохрина О И

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Якушевич Н Ф кандидат технических наук, доцент Симаков В П

Ведущая организация

Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета

Защита состоится « 24 » мая 2007 г в 10 00 часов в аудитории ЗП на заседании диссертационного совета Д 212 252 01 ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу 654007, г Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42, ГОУ ВПО «СибГИУ»

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан « 23 » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д212252 01дтн, профессор

Никитин А Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Рельсы являются одним из главных элементов железнодорожного полотна, от исправного содержание которого в значительной степени зависит безопасность движения поездов В условиях постоянного увеличения объема перевозок, осуществляемых железнодорожным транспортом, грузонапряженности, осевых нагрузок проблема повышения качества, стойкости рельсов является весьма актуальной Вопросам повышения качества выпускаемой металлургическими предприятиями рельсовой продукции уделяют значительное внимание специалисты и исследователи, как в России, так и в зарубежных странах

В последнее десятилетие российскими промышленниками достигнут существенный прогресс в области повышения эксплуатационных свойств рельсов В первую очередь он связан с совершенствованием технологии выплавки, раскисления и внепечной обработки стали Производство рельсов из непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) позволило значительно повысить их эксплуатационные свойства, поставив в то же время перед металлургами целый ряд новых задач Одной из них является ужесточение требований к глубине видимого обезуглероженного слоя рельсов

Снижение концентрации углерода в поверхностных слоях рельсов приводит к снижению твердости, сопротивляемости металла механическим повреждениям Наличие в рельсовом прокате поверхностных обезуглероженных слоев ускоряет образование наплыва металла на боковую грань рельса, является причиной увеличения износа в первый период эксплуатации, облегчает образование усталостных трещин Существенное влияние на срок службы рельсов может оказывать не только величина обезуглероживания головки (поверхности катания), но и шейки, а так же подошвы Намины от накладок, являясь концентраторами напряжений, приводят к образованию трещин под головкой рельса Неравномерное распределение углерода в поверхностных слоях подошвы приводит к различной интенсивности коррозийных процессов (глубины разъедания ржавчиной), что в свою очередь оказывает отрицательное влияние на долговечность рельсов

Не менее важной является проблема ресурсосбережения -снижения угара стали при нагреве НЛЗ под прокатку При производстве рельсов в России в 2006 г на уровне 1100 тыс т , вследствие окисления в процессе нагрева теряется до 1,5 % от полезной массы металла, что соответствует годовым потерям стали в 16,5 тыс т

Актуальность работы В современных условиях рыночной экономики функционирование металлургических предприятий напрямую связано не только с повышением уровня производства, но и с изысканием возможностей по снижению себестоимости, повышению качества

готового продукта, внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий

Исследование особенностей формирования и трансформации обезуглероженного слоя, разработка и внедрение малоокислительных и малообезуглероживающих режимов при нагреве и прокатке рельсовой стали актуально, и имеет большое практическое значение

Работа выполнена в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации (пункт «Энергосбережение») и приоритетными направлениями развития науки, технологии и техники Российской Федерации, планом конструкторских разработок, научно-исследовательских, наладочных и контрольных работ Центральной теплотехнической лаборатории (ЦТТЛ) ОАО «НКМК» на 2006-2007 годы

Цель работы: разработка малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками под прокатку, обеспечивающих производство железнодорожных рельсов с регламентированной величиной глубины видимого обезуглероженного слоя

Задачи исследования:

- разработать малоокислительные и малообезуглероживающие режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф в методической печи с шагающими балками под прокатку,

- изучить особенности процессов, высокотемпературного окалинообразования и обезуглероживания при нагреве непрерывнолитых заготовок стали марки Э76Ф,

- разработать математическую модель процессов нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками,

- внедрить полученные результаты в практику нагрева стали на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научная новизна.

1) На основе лабораторных и промышленных экспериментов исследована кинетика высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф в атмосфере воздуха и продуктов сгорания природного газа

2) Установлен механизм влияния микролегирования рельсовой стали марки Э76Ф ванадием и азотом на кинетику процессов высокотемпературного окисления и обезуглероживания

3) Разработана прогнозная комплексная математическая модель процессов нагрева, окисления и обезуглероживания стали в методических печах с шагающими балками

Практическая значимость.

1) Полученные экспериментальные данные по влиянию температурно-временного фактора на величину окалинообразования и глубину обезуглероженного слоя при нагреве стали марки Э76Ф под прокатку

2) Разработана математическая модель, реализованная на ЭВМ на языке программирования Turbo Pascal 7 0, позволяющая осуществлять многовариантные прогнозные инженерные и исследовательские расчеты нагрева, окисления и обезуглероживания рельсового металла в методической печи с шагающими балками

3) Разработаны малоокислительные и малообезуглероживающие температурные режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК»

4) Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» на кафедре «Теплофизика и промышленная экология»

Реализация результатов.

1) Разработанные технологии малоокислительного и малообезуглероживающего нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали под прокатку, внедрены в практику эксплуатации печи с шагающими балками рельсобалочного цеха ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»

2) Разработанная и реализованная на ПЭВМ математическая модель процессов нагрева, окисления и обезуглероживания стали в методических печах с шагающими балками используется в учебном процессе на кафедре «Теплофизика и промышленная экология» ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» при подготовке студентов по специальности 150103-Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся

1) Результаты экспериментальных исследований влияния температуры и времени нагрева на величину окалинообразования и глубину видимого обезуглероженного слоя при нагреве рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку

2) Результаты математического моделирования нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками под прокатку

3) Температурные режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали Э76Ф под прокатку в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК»

Автору прииадчежит• проведение промышленных экспериментов по исследованию влияния температурно-временного фактора на величину потерь металла с окалиной и глубину видимого обезуглероженного слоя в HJ13 стали марки Э76Ф, разработка и реализация на ПЭВМ прогнозной

комплексной математической модели нагрева, окисления и обезуглероживания НЛЗ в методической печи с шагающими балками, внедрение результатов экспериментов в технологический процесс, разработка и внесение изменений в технологическую инструкцию по нагреву НЛЗ рельсовых марок стали в печи с шагающими балками в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК»

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях Всероссийская научно-практическая конференция «Металлургия реорганизация, управление, инновации, качество» (г Новокузнецк, 2002 г), Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь проблемы, поиски, решения» (г Новокузнецк, 2003 г), Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы получение и технологии обработки» (г Красноярск, 2004 г), Ш-я совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (г Новокузнецк, 2004 г), 1У-ая совместная научно-техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (г Новокузнецк, 2005 г), У-ая совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (г Новокузнецк, 2006 г), Международная научно-техническая конференция молодых специалистов «Азовсталь-2006» (Украина, г Мариуполь, 2006 г )

Пубчикации. Результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах в журналах и сборниках научных трудов, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских и кандидатских диссертаций

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов и приложений Изложена на 128 страницах, содержит 41 рисунок, 13 таблиц, список литературы из 126 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

В 1997 г на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» разработана и освоена технология выплавки ванадийсодержащей рельсовой стали марки М76В в мартеновских печах, а в 1998 г Э76Ф в дуговых электросталеплавильных печах для производства рельсов низкотемпературной надежности В прокатные цеха рельсовая сталь поступает после разливки на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в виде непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) сечением 300x330 мм и длиной 4650±50 мм

Переход на производство рельсов из непрерывнолитых заготовок электростали обусловлен рядом причин, в том числе и требованиями мировых стандартов Множеством исследований доказано, что данная технология по сравнению со слитковой обладает рядом преимуществ, связанных с качеством готовой продукции и экономией энергетических и материальных ресурсов

Решение основных проблем, в электросталеплавильном цехе поставило ряд задач в цехах прокатных До недавнего времени, в целях обеспечения необходимой производительности на комбинате применяли многоступенчатые схемы нагрева, включающие в себя несколько тепловых агрегатов (методические толкательные печи, нагревательные колодцы, камерные печи «Сименс»), что значительно повышало общую продолжительность нагрева, обезуглероживание и потери металла с окалиной Так только при нагреве НЛЗ «транзитом» из ЭСПЦ в нагревательных колодцах продолжительностью 13-14 ч имело место образование слоя окалины до 6 мм и более, глубины видимого обезуглероженного слоя до 3-5 мм Высокие угар и обезуглероживание оказывали отрицательное влияние на качество рельсовой продукции

После ввода в эксплуатацию новой методической печи с шагающими балками, построенной по проекту итальянской фирмы ТесЬии, проблема качественного нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали под прокатку свелась к выбору рационального малоокислительного и малообезуглероживающего температурного режима Освоение проектных температурных режимов фирмы ТесЬи«, анализ опыта работы печей с шагающими балками на ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» и некоторых зарубежных предприятий, выявил ряд недостатков, не позволяющих в полной мере реализовать широкий спектр возможностей методической печи ОАО «НКМК», направленных на снижение угара и обезуглероживания рельсовой стали

Анализ специальной технической литературы показал, что данные по кинетике окисления и обезуглероживания рельсовой электростали, микролегированной ванадием и азотом практически отсутствуют, не установлена роль влияния карбонитридов ванадия на эти процессы Активизацию и актуальность работ в области высокотемпературного обезуглероживания рельсовой стали предопределило ужесточение требований к глубине видимого обезуглероженного слоя в рельсовом прокате

Анализ современного состояния вопроса показал актуальность выбранного направления исследования, на его основе сформулированы цели, задачи и методы исследования диссертационной работы

2 РАЗРАБОТКА ПРОГНОЗНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ

ЗАГОТОВОК В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМИ

БАЛКАМИ

В разделе разработана математическая модель процессов нагрева, окисления и обезуглероживания непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками Модель разработана и реализована на ПЭВМ с применением языка программирования TURBO PASCAL 7 О

В основе модели лежит дифференциальное уравнение теплопроводности для двухмерного поля с учетом зависимости теплофизических характеристик стали от температуры, дополненное краевыми условиями

,.,.3/ д ... .dt. д ^dt. СП

от ох ох ду ду

Решение дифференциального уравнения реализовано с помощью численно-аналитического метода расчета нагрева металла в методической печи с учетом четырехстороннего нагрева заготовок Исходные данные для расчета производительность печи, температура в зонах печи, марка стали, размеры заготовок, шаг раскладки между заготовками и длины расчетных зон

При известных температурах определяли количество образовавшейся окалины за временя нагрева на расчетном участке Для определения толщины слоев окалины (80К) и общего обезуглероживания (5об) использовали следующую формулу

8 = К, 7г (1 + Л-2 r,)>MM (2)

где К| и К2 - коэффициенты, полученные экспериментальным путем, различные для определения окалинообразования и обезуглероживания Они находятся в зависимости от температуры поверхности металла на расчетном участке

Для расчета глубины видимого обезуглероженного слоя использовали выражение

6В = 50б - 50Ь, мм (3)

Результаты, полученные путем моделирования, сравнивали с результатами замеров температуры поверхности металла в процессе нагрева при помощи пирометра Погрешность расчета температурных

полей в среднем составляет ±10 - 25 °С и может быть признана достаточной для прогнозной модели

На базе разработанной математической модели выполнена серия прогнозных расчетов потерь металла с окалиной и глубины видимого обезуглероженного слоя в НЛЗ при стабильной производительности печи в интервале 175-250 т/ч по двум режимам нагрева, соответствующим проектному варианту, предложенному фирмой «ТесИии» и усовершенствованному, малоокислительному и

малообезуглероживающему, полученному по результатам теоретических и экспериментальных исследований В таблице 1 представлены результаты прогнозных расчетов

Как видно из таблицы 1 наиболее предпочтительным с точки зрения снижения угара и глубины видимого обезуглероженного слоя является форсированный режим работы печи на максимальной производительности, применение усовершенствованного режима нагрева позволяет снизить угар и обезуглероживание в среднем на 25 % по сравнению с проектным режимом фирмы «ТесЬтЬ>

На основе полученных данных для промышленного использования предложен новый температурный режим нагрева непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками, с пониженными температурами по зонам печи, с целью минимизации окалинообразования и обезуглероживания

Таблица 1 - Результаты прогнозных расчетов

Режим Произвол ительнос ть печи, т/час Конечная температу ра нагрева стали, °С Угар стали, г/см2 Глубина видимого обезуглерож енного слоя в НЛЗ, мм Время нагрева, мин Удельное время нагрева, мин/см

Проектный «Techint» 250 1255 0,855 1,90 195 6,5

225 0,901 2,00 216 7,2

200 0,956 2,12 243 8,1

175 1,022 2,27 279 9,3

Усовершен ствованны й 250 0,674 1,53 195 6,5

225 0,710 1,61 216 7,2

200 0,753 1,71 243 8,1

175 0,805 1,83 279 9,3

3 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для проведения экспериментов по определению величины окалинообразования и обезуглероживания при нагреве под прокатку

9

использовали рельсовые стали марок Э76Ф, НЭ76Ф, М76 Для изучения особенностей высокотемпературного окисления и обезуглероживания при нагреве в атмосфере воздуха использовали образцы рельсовой стали марки Э76Ф длиной 30-40 мм сечением 10x10 мм, микролегированной ванадием в количестве 0,03-0,07%, цилиндрические образцы мартеновской стали М76 диаметром 10-11 мм и высотой 20-25 мм Образцы перед опытами обтачивали, удаляли поверхностный слой металла толщиной 2,0-2,5 мм с целью удаления исходного обезуглероженного слоя

Нагрев осуществлялся в атмосфере воздуха в трубчатой электрической печи сопротивления СУОЛ-О 4 4/12-М2-У4 2 в интервале температур 950-1250 °С при времени выдержки 10-60 мин Угар рассчитывался с применением гравиметрического метода Для определения химического состава окалины и подтверждения наличия в окалине пентооксида ванадия проводили полуколичественный анализ элементарного состава на рентгеновском флуоресцентном спектрометре АЯЬ 9800, спектральный анализ на спектрометре ПГС-2

Величину общего видимого обезуглероживания определяли с помощью металлографического метода как расстояние от края шлифа до основной структуры металла Глубину обезуглероженного слоя определяли на микроскопе МИМ-10 при увеличении 50-400х

В промышленных условиях исследуемые непрерывнолитые заготовки размером 300x330x4650 из сталей марок Э76Ф, НЭ76Ф нагревали в методической печи с шагающими балками в атмосфере продуктов сгорания природного газа

Перед выдачей температуру металла определяли при помощи стационарного пирометра ПВЯАТЕМР-Н с точностью до 1 °С, установленного в свод томильной зоны Равномерность температурного поля по длине заготовки перед выдачей определяли при помощи тепловизора «РИг» с точностью до 0,1 °С Кроме того, в ходе контрольных испытаний работы печи проводили исследования равномерности температурного поля по сечению блюмсов на рольганге выдачи при помощи термопар типа «К» Термопары вставляли в специально просверленные отверстия согласно схеме, представленной на рисунке 1 Замеры температур производили на протяжении 700 с

Для определения величины окалинообразования в промышленных условиях использовали несколько методов планиметрирования, гравиметрический и образцов-наездников

Глубину обезуглероженного слоя определяли на образцах, вырезанных из центральной части головки рельсового профиля, после шлифовки и травления в 4 %-ном спиртовом растворе азотной кислоты

ю

напров"ение

д&1 ¡жен/ 1я эсоговь 11

по паевом* вял* геии

.Г,В у в / ~ /'

Г/1 // й

— —р у —}

/г / В / Б

Зил А «Д

Разрез Г-Г ЛП Розссз В-В ■ 1 Разрез 6-5

I

1

1

¡Ьг

г

1. <1

"С

Рисунок 1 - Схема сверлений отверстий в НЛЗ для замера температуры

на рольганге выдачи

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ ПОД ПРОКАТКУ

В рамках работы проведено металлографическое исследование рельсов Р65 в состоянии после прокатки производства ОАО «НКМК», прокатанных из слитка мартеновской стали марки М76 и из непрерывно литой заготовки электростали марки Э76Ф, нагретых по ступенчатой технологии (в нагревательных колодцах и печах «Сименс») Анализ полученных данных показал, что обезуглероженный слой по периметру рельса расположен неравномерно Общая картина неравномерности идентична для проката, полученного из слитка и для НЛЗ, однако общий видимый обезуглероженный слой у рельсов, полученных из слитков, гораздо меньше (для различных участков профиля в 1,5-3 раза), чем обезуглероженный слой на рельсах, полученных из НЛЗ Максимальная толщина обезуглероженного слоя отмечена в головке на поверхности катания - участки, наименьшая - в области шейки Подобная картина распределения обезуглероженного слоя по периметру рельса обусловлена особенностями его деформирования в процессе прокатки При существующей на ОАО «НКМК» технологии калибровки и способе прокатки рельсов шейка претерпевает наиболее интенсивную деформацию, головка - наименьшую Максимальная толщина обезуглероженного слоя характерная для участков контура, не контактирующих с поверхностью калибра, а минимальная - для участков,

подвергающихся наибольшей высотной деформации Установленная неравномерность обезуглероженного слоя по периметру профиля свидетельствует о том, что основную роль в формировании обезуглероженного слоя в конечном прокате играют тепловые и массообменные процессы взаимодействия углерода с атмосферой при нагреве слитка или заготовки, а не при прокате и охлаждении В связи с этим уменьшение толщины обезуглероженного слоя в конечном прокате может быть достигнуто за счет ее снижения в исходной заготовке Полученный вывод в определенной степени предопределил необходимость перехода на более совершенные технологии нагрева НЛЗ, обеспечивающие снижение общей продолжительности пребывания металла в области температур интенсивного окисления и обезуглероживания и отказ от ступенчатого нагрева

На основе экспериментальных данных построены графики зависимости глубины 5, мм обезуглероженного слоя от температуры I, °С и времени т, мин выдержки, которые представлены на рисунке 2

Рисунок 2 - Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки для сталей марок М76 (а) и Э76Ф(б)

В образцах из стали М76 нагретых до 940-950 °С и выдержанных в течение 25-30 мин видимое обезуглероживание отсутствует, увеличение времени выдержки до 35-40 мин приводит к возникновению локальных участков с частичным видимым обезуглероживанием в виде ферритной сетки по границам зерен перлита, а дальнейшая выдержка до 60-65 мин формирует частично обезуглероженный слой до 0,10-0,15 мм Образование поверхностного слоя стали с полным обезуглероживанием зафиксировано при температуре нагрева более 1050-1060 °С и выдержке в течение 30-35 мин и более Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки для сталей марок М76 и Э76Ф существенно различаются В частности если М76 имеет зависимость

а)

б)

близкую к линейной, то Э76Ф более сложную, имеющую экстремальный характер При температурах 1050-1100 °С величина обезуглероженного слоя стали марки Э76Ф больше чем у М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением обезуглероженного слоя окалиной При более высоких температурах и времени выдержки 10-25 мин глубина обезуглероженного слоя в стали Э76Ф уменьшается, это явление связано с интенсификацией окалинообразования при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания вследствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбонитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному их растворению и интенсификации обезуглероживания При температурах 1240-1250 °С и времени выдержки 60 мин глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова

О влиянии режимов нагрева на процессы обезуглероживания стали в методической печи при постоянной калибровке валков на прокатных станах и режимах обжатия судили по величине видимого обезуглероженного слоя в головке рельсов

Степень обезуглероживания поверхности в области головки рельса оценивали, замеряя максимальную глубину повышенного и общего частичного обезуглероживания На рельсах, как правило, присутствует только частотное обезуглероживание поверхности у самой поверхности в отдельных участках микроструктура состоит из перлита и зерен феррита (повышенное обезуглероживание), между участками с повышенным обезуглероживанием и в более глубоких слоях структура состоит из перлита и сплошной ферритной сетки Результаты исследований представлены на рисунке 3

О повышенное обезуглерочивание О общее обезуглероживание

Рисунок 3 - Зависимость глубины обезуглероженного слоя в головке рельса от времени нагрева НЛЗ в ПШБ 13

Статистическая обработка данных показывает, что полученные зависимости подчиняются степенному закону Степенные зависимости согласуются с теорией влияния времени нагрева на процессы обезуглероживания В рамках которой увеличение времени приводит к замедлению диффузионных процессов обезуглероживания, при этом роль барьера выполняет обезуглероженный слой Отклонение полученных уравнений от закона квадратного корня вызвано тем, что температура поверхности в процессе нагрева не постоянна Определенное влияние на формирование обезуглероженного слоя вызвано процессами неизотермического окалинообразования Для обеспечения производства рельсов с глубиной видимого обезуглероженного слоя на уровне менее 0,5 мм время нагрева НЛЗ не должно превышать 4,5 часов

При нагреве НЛЗ периодически возникают производственные ситуации, когда по какой-либо причине металла выдан из печи, но не прокатан, например, вследствие экстренной остановки стана

Важной практическое значение при этом имеет вопрос, возможно ли нагревать повторно остывшие заготовки и как это сказывается на качестве рельсов, в частности глубине обезуглероженного слоя

В связи с этим в промышленных условиях проведена серия экспериментов по влиянию двойного нагрева на глубину обезуглероженного слоя рельсов Установлено, что для двойного нагрева характерна несколько большая глубина обезуглероженного слоя рельсов, которую в целом можно считать допустимой и не оказывающей существенного влияния на качество рельсов Таким образом, повторный нагрев с соблюдением нормативного температурного режима и времени возможен и не снижает качества рельсов

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ОКИСЛЕНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ ПОД ПРОКАТКУ

Зависимости угара У, г/см2 от температуры ^ °С и времени выдержки т, мин для сталей М76 и Э76Ф построенные на основе экспериментальных данных, представлены на рисунке 4

В результате статистической обработки экспериментальных данных с применением пакета программ БТАТКТЮА 6 0 установлено, что зависимость угара стали от температуры и времени выдержки выражается эмпирическими соотношениями

(4)

для стали марки Э76Ф

(5)

У = 17,8 ехр

где Т - температура, К,

т — время выдержки при постоянной температуре, мин

а)

б)

Рисунок 4 - Зависимость угара от температуры и времени выдержки для сталей марок М76 (а) и Э76Ф (б)

Исследование угара стали в печи с шагающими балками проводили при нагреве непрерывнолитых заготовок по режимам (таблица 2), предложенным в проектном варианте фирмой ТесЬиги и усовершенствованным (снижена температура по зонам печи и коэффициент расхода воздуха в сварочных и томильной зонах)

Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что полученные зависимости подчиняются степенному закону и могут быть аппроксимированы соотношениями

- для окалинообразования при нагреве по режиму Тес1ипг

- для окалинообразования при нагреве по усовершенствованному режиму

Полученные степенные зависимости согласуются с теорией влияния времени нагрева на процессы окалинообразования, в рамках которой, увеличение времени приводит к замедлению процессов окисления поверхности блюмсов, при этом роль барьера выполняет слой

У = 0,3892 т0 8641, % при Я2 = 0,9985,

(6)

У = 0,2936 т° 8348, % при Я2 = 0,9634

(7)

образовавшейся окалины Отклонение полученных уравнений от закона квадратного корня, вызвано тем, что температура поверхности в процессе нагрева не постоянна, кроме этого возможно нарушение сплошности образованной окалины в процессе перемещения заготовок

Экспериментальные данные по окислению и обезуглероживанию стали, полученные в промышленных условиях, подтвердили адекватность результатов математического моделирования

Таблица 2 - Параметры работы печи во время исследования величины окалинообразования

Наименование зоны № зоны Проектный режим Усовершенствованный режим

температура зоны, "С коэффициент расхода окислителя температура зоны, "С коэффициент расхода окислителя

Зона подогрева (не отапливаемая) - 1000 1 820 1,1

Методическая (верх) 1 1250 1 1070 1,1

Методическая (низ) 2 1250 1 1070 1,1

Сварочная № 1(вер\) 3 1280 1 1220 1

Сварочная №1 (низ) 4 1280 1 1220 1

Сварочная № 2 (верх) 5 1310 1 1280 0,95

Сварочная № 2 (низ) 6 1310 1 1280 0,95

Томильная (верх-право) 7 1280 1 1270 0,9

Томильная (верх-лево) 8 1280 1 1270 0,9

Томильная (ииз-право) 9 1280 1 1270 09

Томильная (низ-лево) 10 1280 1 1270 09

Конец томильной зоны - 1250 - 1250 -

6 ВНЕДРЕНИЕ И ОСВОЕНИЕ МАЛООКИСЛИТЕЛЬНОЙ И МАЛООБЕЗУГЛЕРОЖИВАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ

При разработке и внедрении новой технологии нагрева требовалось соблюсти ряд немаловажных факторов, влияющих на качество проката и получение правильного геометрического профиля рельсов температура нагрева заготовок, равномерность нагрева по длине и сечению

На основе полученных данных теоретических, экспериментальных исследований и промышленных наблюдений установлено, что конечная температура металла на выдаче из печи должна находиться в пределах 1220-1240 °С Нагрев до температуры 1260 - 1280 °С может привести к перегреву непрерывнолитых заготовок рельсовой стали Кроме того, при таких условиях температура поверхности металла в конце 2-ой сварочной

зоны может составлять до 1300 °С, что приводит к повышенному окислению и оплавлении окалины

При освоении новых разработанных температурных режимов проведен ряд тепловизионных исследований по определению равномерности температуры поверхности заготовок на выдаче из печи и раската перед чистовой клетью Анализ полученных данных показал следующее, перепад температур по высоте блюмса варьируется в пределах 5-21 °С, верхней грани -17-22 °С, нижней грани - 5-16 °С

Учитывая, что допустимая равномерности температур из условий получения качественного геометрического профиля составляет по высоте - 20 °С, по длине - 25 °С, нагрев в данной печи при внедренных температурных режимах можно считать достаточно равномерным

После анализа результатов математического моделирования, экспериментальных и теоретических данных режимы нагрева рельсовой стали с минимальным окислением и обезуглероживанием внедрены в производство

После освоения предложенных режимов, проведен анализ ресурсо-и энергосбережения при производстве рельсов из непрерывно литых заготовок

До постройки новой методической печи с шагающими балками на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат», как уже было отмечено, использовалось несколько ступеней нагрева непрерывнолитой заготовки перед прокаткой Данные по величине потерь с окалиной и глубине обезуглероженного слоя представлены в таблице 3

Таблица 3 - Величина окалинообразования при нагреве НЛЗ стали марки Э76Ф в нагревательных агрегатах ОАО «НКМК»

Тепловой агрегат Время нагрева ч Тщах в печи °С Угар Глубина видимого обезуглероженно го слоя в 5, мм

г/см2 % Итого %

Методические печи стана «500» 4,5 1300 0,52 1,23 2 81 1 54-3,08

Нагревательные колодцы 4 1350 0 55 1,30

Камерные печи «Сименс» < 1,0 1350 0 67 1,58

ПШБ 3 5-5 1260 0,54 0 94-1 50 0,77-2 00

Из таблицы 3 видно, что суммарные потери металла с окалиной при использовании ступенчатой технологии нагрева, включающей в себя толкательные методические печи стана «500», нагревательные колодцы и камерные печи «Сименс», значительно выше потерь при одноступенчатом

нагреве в печь с шагающими балками, соответственно, при ступенчатом нагреве до 2,8 %, а при на: репе в ПШБ всего 0,6 - 1,8 г/см1 (в зависимости от времени нахождения металла в высотемперагурных зонах печи). Кроме того, из таблицы 3 видно, что значительно снизилась и глубина обезуглероженного слоя, при ступенчатой технологии нагрева она Достигала 3 мм, а при нагреве в печи с шагающими балками варьируется а пределах 0,77-2 мм. Внедрение малоокислнтельных и малообезуглероживающих технологий нагрева НЛЗ обеспечило получение н ютовой рельсовой продукции глубины видимого обезуглероженного слоя при нормативном режиме и времени нагрева на уровне 0,4-0,5 мм.

Одним из экономических показателей использования рационального температурного режима является удельный расход условного топлива (УРУТ). После ввода в эксплуатацию и внедрению тепловых режимов провели анализ тепяивойСпользования при нагреве металла н печи с шагающими балками по сравнению с ранее использованными схемами нагрева: вариант I - ямы предварительного подогрева + методические пот и + нагревательные колодцы + камерные печи Сименс; вариант 2 - методические лечи + нагревательные колодцы + камерные печи Сименс; вариант 3 - методические печи + камерные ¡течи Сименс; Вариант 4 - нагревательные колодцы + камерные печи Сименс, Сравнение суммарного удельного расхода условного топлива по данным схемам нагрева с вариантом нагрева в печи с шагающими балками (вариант 5) представлено на рисунке 5.

250

200 150

к

а*

К

V

100 60

о

1 2 3

варианты нагрева

Рисунок 5 - Соотношение затрат топлива на нагрев гю различным вариантам нагрева

Из рисунка 5 видно, что максимальный удельный расход по ранее используемы схемам имел место при варианте 1 и составлял 223,66 кг у т /т стали, минимальный при варианте 4 - 84,2 кг у т /т стали, в то время как при нагреве в ПШБ эта величина не превышает 55 кг ут/т стали Следовательно, ввод в эксплуатацию современного теплового агрегата позволил снизить удельный расход условного топлива в 1,5 -4 раза

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1) На основе экспериментальных исследований кинетики окисления и обезуглероживания рельсовой стали разработаны малоокислительные и малообезуглероживающие режимы нагрева HJI3 в печах с шагающими балками

2) Установлено, что микролегирование рельсовой стали ванадием и азотом, приводящие к образованию карбонитридов ванадия, значительно снижает интенсивность процессов обезуглероживания стали в интервале температур до 950-1050 °С

3) Для осуществления прогнозных многовариантных расчетов нагрева, окисления и обезуглероживания стали в методических печах с шагающими балками разработана и реализована на ЭВМ математическая модель

4) В условиях ОАО НКМК внедрена энерго- и ресурсосберегающая технология нагрева под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф Применение рациональных режимов нагрева позволило снизить угар металла до 0,6 %, глубину видимого обезуглероженного слоя в НЛЗ до 0,77 - 2,00 мм и обеспечить производство рельсового профиля Р65 с глубиной видимого обезуглероженного слоя на уровне менее 0,5 мм, что соответствует требованиям Европейских стандартов При этом удельный расход топлива при нагреве НЛЗ в ПШБ удалось снизить в 1,5-4 раза по сравнению с различными вариантами применяемого ранее ступенчатого нагрева

5) Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используются при подготовке студентов специальности 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Темлянцев Н В Эволюция поверхностных дефектов при нагреве стали под обработку давлением / Н В Темлянцев, А Ю Сюсюкин, М В Темлянцев // Металлургия реорганизация, управление, инновации, качество сб науч тр / СибГИУ - Новокузнецк, 2002 - С 41-42

2 Темлянцев М В Окисление стали ЗПС при нагреве в электрических печах сопротивления / М В Темлянцев, А Ю Сюсгокин, Б К Журавлев, О Н Некипелова // Вестник горно-металлургической секции РАЕН Отделение металлургии сб науч тр / СибГИУ -Новокузнецк,2002-Вып 11 -С 31-32

3 Сюсюкин А Ю Исследование окисления стали М54 при нагреве под прокатку в атмосфере воздуха / А Ю Сюсюкин, Н В Темлянцев // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения труды всерос науч конф / СибГИУ - Новокузнецк, 2003 -Вып 7, 4 2 - С 182-183

4 Сюсюкин А Ю Окисление и обезуглероживание рельсовой стали при нагреве под прокатку / А Ю Сюсюкин // Перспективные материалы получение и технологии обработки труды всерос науч -техн конф /ГУЦМиЗ - Красноярск, 2004 -С 29-31

5 Сюсюкин А Ю Оценка энергосбережения при производстве рельсов из непрерывнолитых заготовок / А Ю Сюсюкин, А Ю Мельников // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения труды всерос науч конф / СибГИУ - Новокузнецк, 2004 -Вып 8,4 2 -С 182-183

6 Сюсюкин А Ю Совершенствование конструкции методических печей ОАО «НКМК» / А Ю Сюсюкин, М В Темлянцев, Н В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции РАЕН Отделение металлургии сб науч тр / СибГИУ - Новокузнецк, 2004 -Вып 13 -С 182-183

7 Темлянцев М В Исследование окисления и обезуглероживания сталей для рельсов и рельсовых накладок при нагреве под прокатку / М В Темлянцев, В С Стариков, Н В Темлянцев, А Ю Сюсюкин // Изв вузов Черная металлургия -2004 -№8 -С 36-38

8 Темлянцев М В Нагрев под прокатку непрерывно литых заготовок рельсовой электростали / М В Темлянцев, В В Гаврилов, J1В Корнева, А Ю Сюсюкин // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - №6 -С 51-53

9 Темлянцев М В Металлографическое исследование поверхностного обезуглероженного слоя рельсов / М В Темлянцев, А Ю Сюсюкин, Н В Темлянцев // Изв вузов Черная металлургия - 2005 - №4 -С 37-40

10 Temlyantsev MV Metallographic investigation of decarburized surface layer of rails/ M V Temlyantsev, A U Syusyukin and N V Temlyantsev //Steel in translation -2005 - Vol 35 -No 4 -P 65-67

11 Сюсюкин А Ю Опыт реконструкции роликовой печи шаропрокатного стана № 1 цеха сортового проката ОАО «НКМК» / А Ю Сюсюкин // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения труды всерос науч-техн конф / СибГИУ - Новокузнецк, 2005 - Вып 9, 4 2 - С 118

12 Сюсюкин А Ю Пути энергосбережения при реконструкции термоотделения рельсобалочного цеха ОАО «НКМК» / А Ю Сюсюкин, А С Козлов // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения труды

всерос науч -техн конф / СибГИУ - Новокузнецк, 2005 - Вып 9, Ч 2 - С 119

13 Темлянцев МВ Определение угара и обезуглероживания непрерывно литых заготовок рельсовой стали при нагреве в методических печах с шагающими балками/ М В Темлянцев, Е А Колотов, А Ю Сюсюкин//Изв вузов Черная металлургия -2006 -№12 - С 62-63

14 Темлянцев М В Разработка технологии нагрева рельсовых заготовок в методической печи с шагающими балками / М В Темлянцев, Е А Колотов, А Ю Сюсюкин, В В Гаврилов // Сталь - 2006 - №12 - С 33-34

15 Темлянцев МВ Исследование закономерностей окисления и обезуглероживания непрерывнолитых заготовок рельсовой стали при нагреве в методической печи с шагающими балками / М В Темлянцев, О И Нохрина, А Ю Сюсюкин // Вестник горно-металлургической секции РАЕН Отделение металлургии сб науч тр / СибГИУ - Новокузнецк, 2007 -Вып 18 -С 23-26

16 Сюсюкин АЮ Исследование теплового состояния непрерывнолитых заготовок рельсовой стали при нагреве в методической печи с помощью тепловизионного метода / АЮ Сюсюкин, О И Нохрина, М В Темлянцев // Вестник горно-металлургической секции РАЕН Отделение металлургии сб науч тр / СибГИУ — Новокузнецк, 2007 — Вып 18 -С 27-30

Изд лиц ИД №01439 от 05 04 2000 г

Подписано в печать 12 04 2007 т Формат бумаги 60x84 1/16 Уел печ л 1,9 Уч - изд л 1,1 Тираж 100 экз Заказ_

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42, Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Введение.

1 Современное состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Современные технологии производства рельсов.

1.2 Влияние глубины обезуглероженного слоя на качество и эксплуатационные свойства рельсов.

1.3 Окисление и обезуглероживание стали при нагреве под прокатку.

1.4 Особенности формирования и трансформации обезуглероженного слоя при производстве рельсов из слитков и непрерывнолитых заготовок.

Выводы и постановка задачи исследования.

2 Разработка прогнозной математической модели процессов нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками.

2.1 Математическая модель нагрева металла в методической печи с шагающими балками.

2.2 Разработка малоокислительных и малообезуглероживающих режимов нагрева непрерывнолитых заготовок.

Выводы.

3 Оборудование и методы исследования.

Выводы.

4 Исследование обезуглероживания рельсовой стали при нагреве под прокатку.

4.1 Металлографическое исследование поверхностного обезуглероженного слоя рельсов.

4.2 Обезуглероживания рельсовых сталей марок М76 и Э76Ф при нагреве в атмосфере воздуха.

4.3 Обезуглероживания стали марки Э76Ф при нагреве в методической печи с шагающими балками.

Выводы.

5 Исследование окисления рельсовой стали при нагреве под прокатку.

5.1 Высокотемпературное окисление рельсовой стали марок М76 и Э76Ф в атмосфере воздуха.

5.2 Исследование процессов окалинообразования при нагреве рельсовой стали в методической печи с шагающими балками.

Выводы.

6 Внедрение и освоение малоокислительной и малообезуглероживающей технологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками.

Выводы.

Актуальность работы. В современных условиях рыночной экономики функционирование металлургических предприятий напрямую связано не только с повышением уровня производства, но и с изысканием возможностей по снижению себестоимости, повышению качества готового продукта, внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Рельсы являются одним из главных элементов железнодорожного полотна, от исправного содержание которого в значительной степени зависит безопасность движения поездов. В условиях постоянного увеличения объема перевозок, осуществляемых железнодорожным транспортом, грузонапряженности, осевых нагрузок проблема повышения качества, стойкости рельсов является весьма актуальной.

Вопросам повышения качества выпускаемой металлургическими предприятиями рельсовой продукции уделяют значительное внимание специалисты и исследователи, как в России, так и в зарубежных странах.

В последнее десятилетие российскими промышленниками достигнут существенный прогресс в области повышения эксплуатационных свойств рельсов. В первую очередь он связан с совершенствованием технологии выплавки, раскисления и внепечной обработки стали. Производство рельсов из непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) позволило значительно повысить их эксплуатационные свойства, поставив в то же время перед металлургами целый ряд новых задач. Одной из них является ужесточение требований к глубине видимого обезуглероженного слоя рельсов.

Исследование особенностей формирования и трансформации обезуглероженного слоя при нагреве и прокатке рельсовой стали актуально, и имеет большое практическое значение.

Работа выполнена в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации - «Энергосбережение» и приоритетными направлениями развития науки, технологии и техники Российской Федерации, планом конструкторских разработок, научно-исследовательских, наладочных и контрольных работ Центральной теплотехнической лаборатории (ЦТТЛ) ОАО «НКМК» на 2006-2007 год.

Цель работы: разработка малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками под прокатку, обеспечивающих производство железнодорожных рельсов с регламентированной величиной видимого обезуглероженного слоя.

Задачи исследования:

- разработать малоокислительные и малообезуглероживающие режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф в методической печи с шагающими балками под прокатку; изучить особенности процессов, высокотемпературного окалинообразования и обезуглероживания при нагреве непрерывнолитых заготовок стали марки Э76Ф под прокатку; разработать математическую модель процессов нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками;

- внедрить полученные результаты в практику нагрева стали на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Научная новизна.

1) На основе лабораторных и промышленных экспериментов исследована кинетика высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф в атмосфере воздуха и продуктов сгорания природного газа.

2) Проведена количественная оценка влияния температурно-временного фактора на величины окалинообразования и обезуглероживания при нагреве под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф.

3) Разработана прогнозная математическая модель процессов нагрева стали в методической печи с шагающими балками. Данная модель позволяет, изменяя начальные условия (производительность печи, поперечный размер заготовок, температуру посада заготовок, температуры по зонам печи, шаг раскладки заготовок и др.), осуществлять многовариантные расчеты, а также анализировать динамику изменения глубины обезуглероженного слоя, величины окалинообразования и температуры металла в процессе нагрева.

Практическая значимость.

1) Полученные экспериментальные данные по влиянию температурно-временного фактора на величину окалинообразования и глубину обезуглероженного слоя при нагреве стали марки Э76Ф под прокатку.

2) Разработана математическая модель, реализованная на ЭВМ на языке программирования Turbo Pascal 7.0, позволяющая осуществлять многовариантные прогнозные инженерные и исследовательские расчеты нагрева рельсового металла в методической печи с шагающими балками.

3) Разработаны и внедрены малоокислительные и малообезуглероживающие температурные режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

4) Результаты данной работы внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» на кафедре «Теплофизика и промышленная экология».

Реализация результатов.

На базе полученных результатов разработаны технологии малоокислительного и малообезуглероживающего нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали под прокатку, которые внедрены в практику эксплуатации печи с шагающими балками рельсобалочного цеха ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат». Разработанная и реализованная на ПЭВМ математическая модель используется для моделирования процессов нагрева в промышленных условиях и учебном процессе на кафедре «Теплофизика и промышленная экология» ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

1) Результаты экспериментальных исследований влияния температуры и времени нагрева на величину окалинообразования и глубину видимого обезуглероженного слоя при нагреве рельсовой стали марки Э76Ф под прокатку.

2) Результаты математического моделирования нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками под прокатку.

3) Температурные режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали Э76Ф под прокатку в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

Автору принадлежит:

- проведение промышленных экспериментов по исследованию влияния температурно-временного фактора на величину потерь металла с окалиной и глубину видимого обезуглероженного слоя в HJ13 стали марки Э76Ф;

- разработка и реализация на ПЭВМ математической модели нагрева HJ13 в методической печи с шагающими балками под прокатку;

- внедрение результатов экспериментов в технологический процесс, разработка и внесение изменений в технологическую инструкцию по нагреву HJI3 рельсовых марок стали в печи с шагающими балками в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2002г.); Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, май 2003г.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы: получение и технологии обработки» (Красноярск, 2004г.); III-я совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2004г.); IV-ая совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2005г.); V-ая совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2006г.); Международная научно-техническая конференция молодых специалистов «Азовсталь-2006» (Украина, г. Мариуполь, 2006г.).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах в центральных журналах и сборниках, из них 6 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов и приложений. Изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 126 наименований.

Общие выводы

1) На основе экспериментальных исследований кинетики окисления и обезуглероживания рельсовой стали разработаны малоокислительные и малообезуглероживающие режимы нагрева HJI3 в печах с шагающими балками.

2) Установлено, что микролегирование рельсовой стали ванадием и азотом, приводящие к образованию карбонитридов ванадия, значительно снижает интенсивность процессов обезуглероживания стали в интервале температур до 950-1050 °С.

3) Для осуществления прогнозных многовариантных расчетов нагрева стали в печах с шагающими балками разработана и реализована на ЭВМ математическая модель.

4) В условиях ОАО НКМК внедрена энерго- и ресурсосберегающая технология нагрева под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф. Применение рациональных режимов нагрева позволило снизить угар металла до 0,6 %, глубину видимого обезуглероженного слоя в HJ13 до 0,77 - 2,00 мм и обеспечить производство рельсового профиля Р65 с глубиной видимого обезуглероженного слоя на уровне менее 0,5 мм, что соответствует требованиям Европейских стандартов. При этом удельный расход топлива при нагреве HJ13 в ПШБ удалось снизить в 1,5-4 раза по сравнению с различными вариантами применяемого ранее ступенчатого нагрева.

5) Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используется при подготовке студентов специальности 150103-Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей.

1. Павлов В.В. Дефекты и качество рельсовой стали: справ, изд. / Павлов В.В., Темлянцев М.В., Корнева JI.B. и др. М: Теплотехник, 2006. -218 е.: ил.

2. Дементьев В.П., Козырев Н.А. Исторический обзор производства рельсов на ОАО «КМК». // Железнодорожный путь Восточно-Сибирской / Сост. С.С. Черняк. Иркутск, 2003. - С. 247-259.

3. Катунин А.И., Годик JI.A., Анашкин Н.С., Козырев Н.А., Обшаров М.В. Разработка технологии выплавки стали в электропечах с использованием жидкого чугуна. // Сталь. 2000. - №5. - С. 33-35

4. Катунин А.И., Годик JI.A., Тиммерман Н.Н., Козырев Н.А., Обшаров М.В. Применение жидкого чугуна в дуговых электропечах. // Металлург. -2000. №6. - С. 32

5. Катунин А.И., Царев В.Ф., Пятайкин Е.М. и др. Улучшение качества железнодорожных рельсов из электростали. // Металлург. 1998. - №7. - С. 31-32

6. Катунин А.И., Царев В.Ф., Лебедев В.И. и др. Освоение технологии производства электростали для железнодорожных рельсов. // Сталь. 1996. -№12.-С. 30-31

7. Могильный В.В., Царев В.Ф., Козырев Н.А., Негода А.В. Качество железнодорожных рельсов из непрерывнолитой стали, выплавленной в электропечи // Сталь. 1997. - №8. - С. 53-55

8. Лебедев В.И., Царев В.Ф., Козырев Н.А., Могильный В.В., Гаврилов В.В. Опыт освоения производства железнодорожных рельсов для эксплуатации при низких температурах // Сталь. 1997. - №12. - С. 26-27

9. Годик Л.А, Царев В.Ф., Негода А.В., Козырев Н.А., Сычев П.Е. Производство рельсов из электростали. // Электрометаллургия. 2000. - №7. -С. 47

10. Клачков А.А., Красильников В.О., Сидоров В.П., Фомин В.И. Новый уровень качества железнодорожных рельсов из непрерывнолитых блюмов. // Сталь. 2000. - №7. - С. 55-58

11. В. Гоншиор Рельсы из стали непрерывной разливки. // Der Eisendahningenieur. 1983. - №9. - S. 483-492

12. Катунин А.И., Годик JT.А, Козырев Н.А., Дементьев В.П., Шуклин А.В. Совершенствование качества производства рельсов из электростали. // Сталь. 2001. - №2. - С. 55-57

13. Нестеров Д.К., Глазков А .Я. Производство железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок. // Сталь. 1995. - №8. - С. 36-44

14. Ворожищев В.И., Царев В.Ф., Гуляева Т.П., Могильный В.В., Кочеткова Г.С. Качество рельсов из непрерывно литой заготовки. // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2002. - №2. - С. 46-49

15. Дементьев В.П., Козырев Н.А. Технология выплавки рельсовой стали в дуговых электросталеплавильных печах с использованием жидкого чугуна. // Железнодорожный путь Восточно-Сибирской / Сост. С.С. Черняк. -Иркутск. 2003. - С. 247-259.

16. Карчмарик Эрвин. Первые опыты изготовления железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок на Трешенецком металлургическом комбинате. // Перевод. Hutnik. 1984. - №11. - С. 408-414.

17. Козырев Н.А. Производство железнодорожных рельсов из электростали. / Козырев Н.А, Дементьев В.П. Новокузнецк: Издательство ИПК, 2003.-С. 268

18. Перетятько В.Н., Литвн С.Г., Дорофеев В.В., Пятайкин Е.М. Влияние сечения непрерывно литой заготовки на качество железнодорожных рельсов Р65. // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2002. - №12. - С. 28-30

19. Young J.D. The Development of Rails from Continuously Cast Blooms // Steel Times, 1979. - №6. - p. 84-89

20. Дерфель А.Г., Сероокий С.Ф., Целуйко В.И. и др. Выплавка рельсовой стали в электропечах // Изв. Вузов. Черная металлургия.-1972. -№2.- С. 61-63

21. Катунин А.И., Годик JI.A, Козырев Н.А., Дементьев В.П., Шуклин А.В. и др. Производство рельсов из электростали на Кузнецком металлургическом комбинате. // Бюллетень «Черная металлургия». 2000. -№9-10.-С. 34-37

22. Павлов В.В., Козырев Н.А., Дементьев В.П., Могильный В.В., Негода А.В. Качество железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок электросталеплавильного способа производства // Сталь. 2003. -№12. - С. 62-64.

23. Павлов В.В., Козырев Н.А., Дементьев В.П. и др. Разработка технологии производства заэвтоктоидной рельсовой электростали повышенной износостойкости // Сталь. 2004. - №1. - С. 31,32

24. Ворожищев В.И., Девяткин Ю.Д., Шур Е.А. и др. Качество рельсов из дисперсионно-упрочненной стали. // Сталь. 2003. - №8. - С. 64-70.

25. Дерябин А.А., Семенков В.Е., Матвеев В.В., Добужская А.Б., Каримов Х.И. Качество рельсов из легированной хромом и ванадием стали. // Сталь. 2004. №1. С. 58-61

26. Грдина Ю.В., Гордин О.В. О некоторых особенностях механизма модифицирования рельсовой стали. // Изв. Вузов. Черная металлургия. -1963.-№12.-С. 152-157

27. Ворожищев В.И., Павлов В.В., Шур Е.А. и др. Качество рельсов из заэвтектойдной стали, микролегированной ванадием и азотом. // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2005. - №8. - С. 41-44

28. Дерябин А.А., Горшенин И.Г., Могильный В.В., Павлов В.В., Киричков А.А., Матвеев В.В. Оптимизация химического состава стали и технологии для производства рельсов низкотемпературной надежности. // Сталь. 2005. - №6. - С. 134-136

29. Козлов А.В. Рельсовая сталь. 4.2. // Производство проката. 2005. -№ 9. - С. 37-47.

30. Узлов Г.И. Влияние малых добавок ванадия на усталостную прочность конструкционной стали / Узлов Г.И., Мирошниченко Н.Г., Школа В.И. // Отраслевой сб. научн. тр. / Производство железнодорожных рельсов и колес. Харьков, 1974. - Вып. II. - С. 83-86

31. Дерябин А.А., Добужская А.В. Исследование эффективности процесса раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали. // Сталь. 1983. - №12 - С. 59-63

32. Гахеладзе Г.С., Рудюк А.С. Основные направления повышения качества рельсовой стали. // Промышленный транспорт XXI век. 2005. -№4.-С. 51-52

33. Пан А.В., Добужская А.Б., Галицын Г.А., Шур Е.А. Структура и свойства рельсов из стали, микролегированной ванадием и титаном. // Сталь. -2001.-№10.-С. 55-57

34. Козырев H.A. Железнодорожные рельсы из электростали. / Козырев Н.А., Павлов В.В. и др. Новокузнецк - 2006. - 388 с.

35. Муравьев Е.А. Проблемы ванадия в черной металлургии / Муравьев Е.А., Колосова Э.Л. и др. М.: Металлургия. - 1966. - С. 242-248

36. Добужская А.Б. Применение ванадия для легирования сталей транспортного назначения // сб. науч. тр. Использование ванадия в стали. -Екатеринбург: УрО РАН. 2002.

37. Ильин В.И. производство и перспективы применения ванадия на ОАО «НТМК» // сб. науч. тр. Использование ванадия в стали. -Екатеринбург: УрО РАН. 2002.

38. Смирнов JI.A. Ванадийсодержащие стали и сплавы: Справочник / Смирнов JI.A., Сырейщиков В.И. и др. Екатеринбург: УрО РАН. 2003.

39. Лемпицкий В.В., Тришевский И.С., Казарновский Д.С., Левченко Н.Ф. Основные направления технического прогресса в производстве рельсов. // Отраслевой сб. научн. тр. / Производство железнодорожных рельсов и колес Харьков, 1978. - С. 5-9

40. Смирнов Л.А., Панфилова Л.М., Беленький Б.З. Проблемы расширения производства ванадийсодержащих сталей в России. // Сталь. -2005.-№6.-С. 108-115

41. Козырев Н.А., Яковлев П.Ю. Влияние технологических параметров на выход рельсов. // Сб. докладов / Материалы юбилейной рельсовой комиссии 2002. Новокузнецк, 2002. - С. 55-62

42. Крысанов Л.Г. Железнодорожные рельсы, повышение качества, эксплуатационной надежности, долговечности и технико-экономической эффективности использования: Обзор инф. / ЦНИИТЭИ и МПС. 1987. -53 с.

43. Паляничка В.А., Пан А.В., Нестеров Д.К. Топычканов Б.И и др. Ресурсосберегающая технология легирования рельсовой стали ванадием. // Сталь. 1993. - №5. - С. 18-21

44. Могильный В.В. О состоянии технологии производства и качества железнодорожных рельсов «НКМК». // Промышленный транспорт XXI век. -2005.-№4.-С. 14-15

45. Нестеров Д.К, Глазков А.Я., Разинькова Н.Н. и др. Исследование качества рельсов из непрерывнолитой заготовки. // Сталь. 1989. - №5. -С. 65-68

46. На рельсовой комиссии. // Путь и путевое хозяйство. 2004. -№11.- С. 7-8

47. Темлянцев М.В. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением./ Темлянцев М.В., Михайленко Ю.Е. М.: Теплотехник, 2006. - 200 с.

48. Шур Е.А. Технические решения по повышению, качества рельсов апробированные на Экспериментальном кольце. // Вестник ВНИИЖТ. 2000.- №4.

49. Крысанов Л.Г. Требования к металлургам. // Путь и путевое хозяйство. 2000. - №3. - С. 12-14

50. Комратов Ю.С. Повышение качества железнодорожного и строительного проката // Труды Четвертого конгресса прокатчиков: В 2-х т. Т. 1: Магнитогорск, 16-19 октября 2001г.- М. 2002. С. 332-334.

51. Гусовский B.JL, Калинов Т.В., Пинес J1.A., Усачев А.Б. Современное состояние и совершенствование конструкций методических печей // Сталь. 2001. - №1. - С. 46-50

52. Гетманец В.В. Влияние технологии на глубину обезуглероживания заготовок с непрерывно-заготовочного стана // Сталь. 1973. - №4. -С. 332-335.

53. Карпенко В.Ф. Влияние параметров прокатки на качество поверхности рельсов производства комбината «Азовсталь». / Карпенко В.Ф., Таптыгин Ю.М., Левченко Н.Ф., Бардусов В.Н. // Орасл. Сб. научн. тр. /

54. Технология производства железнодорожных рельсов и колес Харьков, «УкрНИИмет». 1989 г. - С. 11-16

55. Карпенко В.Ф., Левченко Н.Ф., Сапрыкин Х.М., Лысенко И.К. и др. Оптимизация нагрева слитков рельсовой стали перед прокаткой. // Черная металлургия. 1982. - №2. - С. 50-51

56. Козырев Н.А. Производство железнодорожных рельсов из электростали. Козырев Н.А., Дементьев В.П. - Новокузнецк: Издательство ИПК, 2000. - 124 с.

57. Шур Е.А. Повреждение рельсов. / Шур Е.А. М.: Транспорт, 1971. -112 с.

58. Михайлец Н.С. Производство рельсов на Кузнецком металлургическом комбинате / Михайлец Н.С., Горелкина А.Е., Кошкин В.А. и др. М.: Металлургия, 1964. - 223 с.

59. Бугаенко В.М., Лысюк B.C. Отказы рельсов по видам повреждений. // Путь и путевой хозяйство. 2005. - №8. - С. 7-11

60. Разинькова Н.Н., Пасько B.C., Восковец Ю.А. Рельсы из НЛЗ. // Путь и путевое хозяйство. 1993. - №9. - С. 27

61. Козлов А.В. Рельсовая сталь. 4.1. // Производство проката. 2005. -№8.-С. 41-46

62. Кудрин Н.А. Установка пламенно-индукционного нагрева / Кудрин Н.А., Лукьянов Л.А., Соколов А.К. М.: Металлургия, 1971. - 152 с.

63. Дерябин А.А., Рабовский В.А., Комоватов А.В., Могильный В.В. Повышение требований к качеству железнодорожных рельсов в проектенового отечественного стандарта и пути их достижения // Черная металлургия. 2005. - № 11. - С. 51 -55

64. Дерябин А.А., Рабовский В.А., Комоватов А.В., Могильный В.В. Концепция нового национального стандарта на железнодорожные рельсы. // Сталь. 2005. - №6. - С. 139-141.

65. Ващенко А.И. Окисление и обезуглероживание стали. / Ващенко

66. A.И., Зеньков А.Г., Лифшиц А.Е. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

67. Леонидова М.Н. Физико-химические основы взаимодействия металлов с контролируемыми атмосферами. / Леонидова М.Н., Шварцман Л.А., Шульц Л.А. М.: Металлургия, 1980. - 263 с.

68. Криштал М.А. Диффузионные процессы в железных сплавах. / Криштал М.А. М.: Металлургиздат, 1963. - 277 с.

69. Скворцов А.А. Безокислительный и малоокислительный нагрев стали под обработку давлением. / Скворцов А.А., Акименко А.Д., Кузелев М.Я. М.: Машиностроение, 1968. - 270 с.

70. Зайко В.П. Технология ванадийсодержащих ферросплавов. / Зайко

71. B.П., Жучков В.И., Леонтьев Л.И. и др. М: ИКЦ «Академкнига», 2004. -515 с.

72. Смирнов Л.А., Корчинский М.М., Катунин В.В., Панфилова К.М. Стратегия успешного производства и применения ванадия // Бюл. НТИ: Черная металлургия. 2005. - №6. - С. 7-12

73. Смирнов Л.А., Дерябин А.А., Добужская А.Б. и др. Повышение качества отечественных железнодорожных рельсов. // Бюл. НТИ: Черная металлургия. 2005. - №6. - С. 43-49

74. Павлов В.В., Дементьев В.П., Козырев Н.А., Корнева Л.В., Ворожищев В.И. Освоение производства рельсов Р65К из заэвтектойдной стали Э83Ф. // Электрометаллургия. 2005. - №2. - С. 2-6

75. Поляков В.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов. / Поляков В.В., Великанов А.В. М: Металлургия, 1990. - 416 с.

76. Северденко В.П. Окалина при горячей обработке металлов давлением. / Северденко В.П., Макушок Е.М., Равин А.Н. М.: Металлургия, 1972.-336 с.

77. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. / Эванс Ю.Р. М.: Машиностроение, 1962. - 856 с.

78. Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов. / Кубашевский О., Гопкинс Б. М,: Металлургия, 1965. - 428 с.

79. Бенар Ж. Окисление металлов Т.2 / Бенар Ж. М.: Металлургия, 1969.-444 с.

80. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. / Химушин Ф.Ф. М.: Металлургия, 1967. - 798 с.

81. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. / Жук Н.П. -М.: металлургия, 1976. 472 с.

82. Ващенко А.И., Рыжков Г.М., Бурьян В.Д. и др. Окисление и обезуглероживание углеродистой стали при термической обработке // Сталь. 1970.-№11.-С. 1038-1039

83. Шульц JI.A., Говорова Н.М. Постадийное сжигание газообразного топлива основа ресурсосберегающих и экологически совершенных технологий нагрева металла // Изв. Вуз. Черная металлургия. - 1996. - №5. -С. 66-70

84. Шульц JI.A. По следам разработки и внедрения печей со стадийным сжиганием топлива и перспективы их развития в металлургии // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2005. - №10. - С. 62-69

85. Гетманец В.В. Влияние технологии на глубину обезуглероживания заготовок с непрерывно-заготовочного стана // Сталь. 1973. - №4. -С. 332-335

86. Петросян П.П., Гиренко Г.Д. Результаты металлографических исследований дефектных рельсов сб. статей по вопросам качества рельсов. - Харьков., 1961.- вып. №48.-С. 80-90

87. Смирнов Н.В. Окисление и обезуглероживание стали. / Смирнов Н.В. М: ОНТИ, Металлургиздат. 1934.

88. Лемпицкий В.В. Производство и термическая обработка железнодорожных рельсов. / Лемпицкий В.В., Казарновский Д.С., Губерт С.В. и др. М: Металлургия, 1972. с. 272

89. Темлянцев М.В., Гаврилов В.В., Корнева Л.В., Кожеурова Л.Т. О выборе температурных режимов нагрева под прокатку непрерывно литых заготовок рельсовой электростали // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2005. -№12. -С. 47-49.

90. Киричков А.А., Степаненко В.Я., Соколов С.Н., Кострова Н.Я., Шаркевич А.Н. Освоение новой печи с шагающими балками // Сталь. 2001. -№10.-С. 40-41

91. Тимошпольский В.И. Теоретические основы тепловой обработки стали в трубопрокатном производстве. / Тимошпольский В.И., Самойлович Ю.А. Минск: Белорусская наука, 2005. - 303 с.

92. Тимошпольский В.И. Производство высокоуглеродистой катанки на металлургических агрегатах высшего технического уровня / Тимошпольский В.И., Андрианов Н.В., Жучков С.М. и др. Минск: Белорусская наука, 2004. - 238 с.

93. Тимошпольский В.И.,. Филиппов В.В, Трусова И.А. и др. Теплотехнология нагрева высокоуглеродистых марок сталей в печах с механизированным подом РУП «БМЗ». // Изв. вузов. Энергетика. 2001.-№5.-С. 71-81

94. Тимошпольский В.И., Трусова И.А., Козлов С.М. и др. Некоторые закономерности повышения эффективности теплотехнологийметаллургических агрегатов высшего технического уровня. // Изв. вузов. Энергетика. 2001. - №6. - С. 61-65

95. Тимошпольский В.И., Самойлович Ю.А., Филиппов В.В. и др. Разработка концепции энергосберегающих совмещенных теплотехнологических процессов в металлургических теплотехнологиях. // Изв. вузов. Энергетика. 2002. - №1. - С. 54-61

96. Самойлович Ю.А., Тимошпольский В.И., Анисович Г.А. и др. Теплотехнологические режимы при производстве импортозамещающей металлопродукции в условиях РУП «БМЗ».// Изв. вузов. Энергетика. 2002. - №6. - С. 57-69

97. Тимошпольский В.И. Стальной слиток. В 3 т. Т. 3. Нагрев / Тимошпольский В.И., Самойлович Ю.А., Трусова И.А. и др. Минск: Белорусская наука, 2001. - 879 с.

98. Тимошпольский В.И., Самойлович Ю.А., Тищенко В.А. и др. Выбор рационального режима нагрева непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками // Сталь. 2003. - № 11. - С. 53-57

99. Тимошпольский В.И. Теоретические основы теплофизики и термомеханики а металлургии. / Тимошпольский В.И., Постольник Ю.С., Андрианов Д.Н. Минск: Белорусская наука, 2005. - 560 с.

100. Баздырев B.C., Геросимов Ю.А., Иванов В.И. и др. Моделирование диффузии углерода в печной атмосфере. // Изв. Вузов. Черная металлургия. -1993.-№4.-С. 36-40

101. Михайленко Ю.Е., Буинцев В.Н., Мосейкина З.Н. Математическое моделирование процесса обезуглероживания стали при нагрева // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1979. - №10. - С. 97-99

102. Бутковский А.Г. Окалина при горячей обработке металлов давлением./ Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю.Н. М.: Металлургия, 1977. 208 с.

103. Hussain N., Shahid K.A., Khan I.H., Rahman S. Oxidation of high-temperature alloy (superalloys) at elevated temperatures in air // Oxid Metals. -1994. V.41 №3-4. - p. 251-269

104. Коновалов A.B., Муйземнек О.Ю. Математическая модель окалинообразования и обезуглероживания металла в процессе нагрева. // Металлы. 2000. - №4. - С. 40-43.

105. Парсункин Б.Н., Андреев С.М. Прогнозирование продолжительности нагрева непрерывнолитой заготовки в методической печи с шагающими балками. // Сталь. 2003. - №1. - С. 71-74

106. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей Т.2 / Мастрюков Б.С. М.: Металлургия , 1986 г. -376 с.

107. Гусовский B.J1. Методические печи. / Гусовский B.JL, Оркин Л.Г., Тымчак В.М. М., Металлургия, 1970 г. - 432 с.

108. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи. / Тайц Н.Ю., Розенгарт Ю.И. М.: Металлургиздат, 1964 г. - 408 с.

109. Губинский В.И. Теория пламенных печей. / Губинский В.И. Лу Чжун-У М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

110. Спивак Э.И. Прогноз угара и обезуглероживания при нагреве перед прокаткой. / Металлург. 1984. - №2. - С. 28-29

111. ГОСТ 1763-68 «Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя»

112. Казанцев Е.И. Энергосберегающая технология нагрева слитков. / Казанцев Е.И., Котляровский Е.М., Баженов А.В., Заварова И.С. М.: Металлургия, 1992. - 176 с.

113. Казанцев Е.И. Промышленные печи. / Казанцев Е.И. М.: Металлургия, 1975. - 367 с.

114. Каплан В.Г. Методика испытания нагревательных печей в черной металлургии. / Каплан В.Г., Спивак Э.И. М.: Металлургия, 1970. - 464 с.

115. Бернштейна M.J1. Металловедение и термическая обработка стали. Т II. Основы термической обработки / Бернштейна M.JI., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. - 368 с.

116. Малинина Р.И. Практическая металлография / Малинина Р.И., Малютина Е.С., Новиков В.Ю. и др. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. -240 с.

117. Бернара Ж. Окисление металлов. Т.1 / Бернара Ж.; Пер. с франц. -М.: Металлургия, 1968.-498 с.

118. Переверзев В.М., Колмыков В.И. Влияние ванадия, хрома и марганца на окисление стали при цементации // Изв. Вузов. Черная металлургия, 1980.-№1.-С. 113-115

119. Слотвинский-Сидак Н.П. Ванадий в черной металлургии. / Слотвинский-Сидак Н.П., Плинер Ю.Л, Лаппо С.И. М.: Металлургия, 1983. -192 с.

120. Голиков И.Н. Ванадий в стали. / Голиков И.Н., Гольдштейн М.И., Мурзин И.И. М.: Металлургия, 1968. - 291 с.

121. Кириллов Ю.А., Дмитриев Л.Х., Колпишон Э.Ю., Мазуров П.Д. Комплексно исследование окалинообразования при нагреве металла под горячую обработку давлением. // Вестник машиностроения. 1999. - №10. -С. 43-46

122. Перетяько В.Н., Зайков М.А. Пластичность углеродистых сталей. // Изв. вуз. Черная металлургия. 1961. - №6. - С. 67-73

123. Браунштенй Е.Р. Исследование технологической пластичности рельсовой стали, разлитой в изложницы на установке непрерывной разливки. / Браунштенй Е.Р., Гуляева Т.П., Стариков B.C., Сорокин Н.М. // Сб. тез. докл. / СибГГМА, Новокузнецк, 1997. - С. 180.

124. Забильский В.В., Никонова P.M. Вязко-хрупкий переход в сталях при околосолидусных температурах. // МиТОМ. 2006. - №4. - С. 9-20.

125. Листинг исходного текста программы на языке Turbo Pascal 7.0 для моделирования нагрева рельсового металла в методической печи сшагающими балкамиprogram nagrevrelsa; label 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10; const

126. Tsrz:=(Tnp+Tkp)/2; begin Tmor:=0; repeat

127. Tmor:=Tmor+5; Tsrm:=(T0m+Tmor)/2; SRK:=(2*Hp+Sp)/(2*bz*lz/(bz+lz)); Eg:=l-exp(-((7.8+0.16*H20)/(sqrt((C02+H20)* SRK))-0.1 )*(1--0.37*0.001 *Tsrz)*(C02+H20)*SRK*0.01);

128. Epr:=Em*(SRK+1 -Eg)/((Em+Eg* (1 -Em))* (1 -Eg)/Eg+SRK);al :=exp(4*ln((Tsrz+273)/l 00));a2:=exp(4*ln((T0m+273)/100));аЗ :=exp(4 * ln((Tsrz+273)/100));a4:=exp(4*ln((Tmor+273)/100));aK:=(al-a2)*(a3-a4);

129. Kto :=5.7 * Epr* sqrt(aK)/(sqrt((Tsrz-T0m)* (Tsrz-Tmor))); ifTsrm<801 then

130. Ktep:=-0.0308*Tsrm+49.891 else Ktep:=0.014*Tsrm+12.6; T4:=exp(4*ln(Tsrm)); T3 :=exp(3 * ln(Tsrm)); ifTsrm<801 then

131. Ktemp:=(0.00000000025*T4-0.00000041177*T3+0.00022606061*sqr(Tsrm)--0.05995018038*Tsrm+16.1542857143)/l 000000 else

132. Ktemp:=(-0.0000000083*T3+0.0000293571*sqr(Tsrm)--0.0322809524*Tsrm+16.872)/1000000; t:=Sr/Ls*3600*tn; Bi:=Kto*s/Ktep; Fo:=t*Ktemp/(sqr(s));

133. Qp:=0.9947-0.1414*Fo-0.4031*Bi+0.0085*sqr(Fo)-0.0031*Fo*Bi+0.0466*sqr(Bi); A:=0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi))+0.0739*sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291;

134. Tmor:=Tmori-5; Tsrm:=(T0m+Tmor)/2; SRK:=(2*Hm+Sp)/(2*bz*lz/(bz+lz)); Eg:= 1 -exp(-((7.8+0.16*H20)/(sqrt((C02+H20)*SRK))-0.1 )* (1 --0.37*0.00 l*Tsrz)*(C02+H20)*SRK*0.01);

135. Epr :=Em* (SRK+1 -Eg)/((Em+Eg* (1 -Em)) * (1 -Eg)/Eg+SRK); al :=exp(4*ln((Tsrz+273)/100));a2:=exp(4*ln((T0m+273)/l 00)); a3:=exp(4*ln((Tsrz+273)/l 00)); a4 :=exp(4 * ln((Tmor+273)/100)); aK:=(al-a2)*(a3-a4);

136. Kto :=5.7 * Epr* sqrt(aK)/(sqrt((Tsrz-TOm) * (Tsrz-Tmor))); ifTsrm<801 then

137. Ktep:=-0.0308*Tsrm+49.891 else Ktep:=0.014*Tsrm+12.6; T4:=exp(4*ln(Tsrm)); T3 :=exp(3 * ln(Tsrm)); if Tsrm<801 then

138. Ktemp:=(0.00000000025*T4-0.00000041177*T3+0.00022606061*sqr(Tsrm)--0.05995018038*Tsrm+16.1542857143)/l 000000 else

139. Ktemp:=(-0.0000000083*T3+0.0000293571*sqr(Tsrm)--0.0322809524*Tsrm+16.872)/1000000; t:=Sr/Ls*3600*tn; Bi:=Kto*s/Ktep; Fo :=t * Ktemp/(sqr(s));

140. Qp:=0.9947-0.1414*Fo-0.4031*Bi+0.0085*sqr(Fo)-0.0031*Fo*Bi+0.0466*sqr(Bi); A:=0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi))+0.0739+sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291;

141. Tmor:=Tmor+5; Tsrm :=(T0m+Tmor)/2; SRK:=(2*Hsl+Sp)/(2*bz*lz/(bz+lz)); Eg:=l-exp(-((7.8+0.16*H20)/(sqrt((C02+H20)* SRK))-0.1 )*( 1 --0.37*0.001*Tsrz)*(C02+H20)*SRK*0.01);

142. Epr:=Em*(SRK+1 -Eg)/((Em+Eg*( 1 -Em))*( 1 -Eg)/Eg+SRK);al:=exp(4*ln((Tsrz+273)/100));a2 :=exp(4 * ln((T0m+273)/100));a3:=exp(4*ln((Tsrz+273)/100));a4:=exp(4*ln((Tmor+273)/100));aK:=(a 1 -a2)* (аЗ -a4);

143. Kto:=5.7*Epr*sqrt(aK)/(sqrt((Tsrz-T0m)*(Tsrz-Tmor))); if Tsrm<801 then

144. Ktep:=-0.0308*Tsrm+49.891 else Ktep:=0.014*Tsrm+12.6; T4:=exp(4*ln(Tsrm)); T3 :=exp(3 * ln(Tsrm)); ifTsrm<801 then

145. Ktemp:=(0.00000000025*T4-0.00000041177*T3+0.00022606061*sqr(Tsrm)--0.05995018038*Tsrm+16.1542857143)71000000 else

146. Ktemp:=(-0.0000000083*T3+0.0000293571*sqr(Tsrm)-0.0322809524*Tsrm+16.872)/1000000;t:=Sr/Ls*3600*tn;1. Bi:=Kto*s/Ktep;1. Fo:=t*Ktemp/(sqr(s));

147. Qp:=0.9947-0.1414*Fo-0.4031*Bi+0.0085*sqr(Fo)-0.0031*Fo*Bi+0.0466*sqr(Bi); A:=0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi))+0.0739*sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291;

148. Tmor:=Tmor+5; Tsrm:=(T0m+Tmor)/2; S RK:=(2 * Hs2+Sp)/(2*bz* lz/(bz+lz)); Eg:=1 -exp(-((7.8+0.16* H20)/(sqrt((C02+H20)* SRK))-0.1 )* (1 --0.37*0.001 *Tsrz)*(C02+H20)*SRK*0.01);

149. Epr:=Em*(SRK+l-Eg)/((Em+Eg*(l-Em))*(l-Eg)/Eg+SRK); al :=exp(4*ln((Tsrz+273)/l 00)); a2:=exp(4*ln((T0m+273)/100)); a3:=exp(4*ln((Tsrz+273)/l 00)); a4 :=exp (4* ln((Tmor+273)/100)); aK:=(al -a2)*(a3-a4);

150. Kto :=5.7 * Epr * sqrt(aK)/(sqrt((Tsrz-T0m) * (Tsrz-Tmor))); ifTsrm<801 then

151. Ktep:=-0.0308*Tsrm+49.891 else Ktep:=0.014*Tsrm+12.6; T4:=exp(4*ln(Tsrm)); T3 :=exp(3 * ln(Tsrm)); ifTsrm<801 then

152. Ktemp:=(0.00000000025*T4-0.00000041177*T3+0.00022606061*sqr(Tsrm)--0.05995018038*Tsrm+l 6.1542857143)/1000000 else

153. Ktemp:=(-0.0000000083*T3+0.0000293571*sqr(Tsrm)--0.0322809524*Tsrm+16.872)/l 000000; t:=Sr/Ls*3600*tn; Bi:=Kto*s/Ktep; Fo:=t*Ktemp/(sqr(s));

154. Qp:=0.9947-0.1414*Fo-0.4031*Bi+0.0085*sqr(Fo)-0.0031*Fo*Bi+0.0466*sqr(Bi); A:=0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi))+0.0739*sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291;

155. B:=-0.0008*exp(4*ln(Bi))+0.0208*exp(3*ln(Bi))--0.1929*sqr(Bi)+0.8655*Bi+0.0329; Qc:=l/(A*exp((B*Fo)*ln(2.7183))); Tkpm:=Tsrz-Qp*(Tsrz-TOm);

156. Tcm:=Tsrz-Qc*(Tsrz-TOm); until AB S (Tkpm-Tmor)/Tkpm<0.09; end; tl:=tn*L/Ls; if Tkpm>800 thenok:=(0.000004*sqr(Tkpm)-0.008783*Tkpm+5.054857)*sqrt(tl*(l+(0.00004* *sqr(Tkpm)-0.086806*Tkpm+47.859821)*0)) else ok:=0; OKS:=ok*77/100; ifTkpm>800 then

157. S RK :=(2 * Ht+Sp)/(2 * bz* lz/(bz+lz));

158. Eg:=l -exp(-((7.8+0.16*H20)/(sqrt((C02+H20)* SRK))-0.1 )*( 1 --0.37*0.00 l*Tsrz)*(C02+H20)*SRK*0.01);

159. Epr:=Em*(SRK+l-Eg)/((Em+Eg*(l-Em))*(l-Eg)/Eg+SRK); al :=exp(4*ln((Tsrz+273)/100));a2:=exp(4*ln((T0m+273)/100)); a3:=exp(4*ln((Tsrz+273)/100)); a4 :=exp (4 * ln((Tmor+273)/100)); aK:=(al-a2)*(a3-a4);

160. Kto :=5.7 * Epr * sqrt(abs(aK))/(sqrt(abs((Tsrz-TOm) * (Tsrz-Tmor)))); if Tsrm<801 then

161. Ktep:=-0.0308*Tsrm+49.891 else Ktep:=0.014*Tsrm+12.6; T4:=exp(4*ln(Tsrm)); T3 :=exp(3 * ln(Tsrm)); ifTsrm<801 then

162. Ktemp:=(0.00000000025*T4-0.00000041177*T3+0.00022606061*sqr(Tsrm)--0.05995018038*Tsrm+16.1542857143)/1000000 else

163. Ktemp:=(-0.0000000083*T3+0.0000293571*sqr(Tsrm)--0.0322809524*Tsrm+16.872)/l 000000; t:=Sr/Ls*3600*tn; Bi:=Kto*s/Ktep; Fo :=t* Ktemp/(sqr(s));

164. Qp:=0.9947-0.1414*Fo-0.4031 *Bi+0.0085*sqr(Fo)-0.0031 *Fo*Bi+0.0466*sqr(Bi); A:=0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi))+0.0739*sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291;

165. Qp = 0.9947-0.1414*Fo-0.4031*Bi+0.0085*sqr(Fo)--0.0031 *Fo*Bi+0.0466*sqrt( Bi)

166. A = 0.0005*exp(4*ln(Bi))-0.0104*exp(3*ln(Bi)+0.0739*sqr(Bi)--0.1835*Bi+1.0291)

167. В = -0.0008*exp(4*ln(Bi))+0.0208*exp(3*ln(Bi))-0.1929*sqr(Bi)+ +0.8655*Bi+0.0329

168. Расчет последующих зон (методической, сварочной 1-ой, сварочной 2-ой и томильной) осуществляется аналогично предыдущему.1. CZ)

169. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ В ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ.

170. Исходные данные для расчета (по рельсовому металлу): Фактическое производство за 2006 г. (по всаду) 768102 т. Фактическое производство ПШБ за март-декабрь 2006 г. (по всаду) -650482,6 т.

171. Фактическое производство за 2006 г. (по годному) 709330 т. Фактическое производство ПШБ за март-декабрь 2006 г. (по годному) - 600999,9 т.

172. Потери металла с окалиной в начальный период отработки тепловых режимов (среднее значение) 1,476 %.

173. Потери металла с окалиной после отработки тепловых режимов (среднее значение) 1,097 %.

174. Стоимость готового проката (рельсовые марки стали) 9145,6 руб./т. Стоимость окалины - 298,6 руб./т. При пересчете на годовое производство:

175. Фактическое производство ГППБ за 2006 г. (по всаду) 780579,12 т. Фактическое производство ПШБ за 2006 г. (по годному) - 721199,9 т.

176. Количество образовавшейся окалины:- до отработки тепловых режимов нагрева: 780579,12 -1,476/100= 11521 т/год- после отработки:780579,12 • 1,097/100 = 8562,95 т/год

177. Количество отходов (брак, обрезь, стружка и пр.) принимаем равным: 780579,12 (11521 + 721199,9) = 47858,22 т.

178. При постоянной величине прочих отходов, выход по годному составит: 780579,12 (8562,95 + 47858,22) = 724157,95 т.

179. Годовой экономический эффект равен: 6625415844,39 6599245976,04 = 26169868,35 руб.

180. При переводе на тонну готовой продукции: 26169868,35 / 724157,95 = 36,1 руб/т.1. ЕВРАЗ1. ОЛДИНГ

181. ОАО *Нобокуэнвцкий металлургический комбинат" Россия,654010, Кемеровская обп., гИовогузнвци, пл. Побед, \ теп.: ♦7(3843)79-22-20 фэ*с:*7(3&43) 79-58-М Е тай: kancely0riya@nKmk.ru; wtvw.nkmk.ru

182. ОГРН 1034217017086, ОКПО 14768411, ИНН'КПП 4217053451/937550001нер НКМК И.Р. Рябов 2007г.

183. СПРАВКА о промышленном внедрении результатов научно-исследовательской работы

184. НАСТОЯЩАЯ СПРАВКА СОСТАВЛЕНА ДЛЯ КОНСТАТАЦИИ НАУЧНОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР И НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ФИНАНСОВЫХ ПРЕТЕНЗИИ.1. Подготовлена:

185. Главный теплотехник ОАО «НКМК»1. Е.А. Колотов

186. Зам. начальника рельсобалочного цеха ОАО «НКМК»1. В.А. Леванков1. ЕВРАЗхолдинг

187. ОАО "Ноеокуэмвцкий металлургический комбинат* Россия,654010, Кемеровская обл., f.Новокузнецк, пл. Побед.! тел.: ♦7(3843)73-22-20 фзкс:+7(3343) 79-53-58 Е mail: kanteiyariya@nkmk.ru; vAvw.nhmk.ru

188. ОГРН 1034217017086, ОКПО 14780411. ИНН/КПП 42170Б8451/997550001енер НКМК1. И.Р.Рябов1. О*- 2007г.

189. СПРАВКА о промышленном внедрении результатов научно-исследовательской работы

190. Результаты НИР приняты к внедрению.1. Подготовлена:

191. Главный теплотехник ОАО «НКМК»

192. Зам. начальника рельсобалочного цеха ОАО «НКМК»

193. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ' ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

194. Начальник управления научныхисследований ^^faty^ Комаренко Г.Я.

195. Начальник учебного отдела,доцент Приходько О.Г.о внедрении резул:•азвитию