автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка металлосберегающей технологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методических печах

004615502 На правах рукописи

Олендаренко Ольга Дмитриевна

РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ В МЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 2 ДЕН 2010

Р

Новокузнецк - 2010

004615502

Работа выполнена на кафедре теплофизики и промышленной экологии Государственного Образовательного Учреждения Высшего Профессиональног Образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук,

доцент Темлянцев Михаил Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессо Якушевич Николай Филиппович

кандидат технических наук, доцент Симаков Вадим Петрович

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург

Защита состоится « 22 » декабря 2010 г. в 14 часов на заседании диссертацион ного совета Д 212.252.01 при Государственном Образовательном Учрежденш Высшего Профессионального Образования «Сибирский государственный ин дустриальный университет» по адресу:

654007, г. Новокузнецк Кемеровской обл., ул. Кирова, 42, СибГИУ. Факс (3843)46-57-92. E-mail: ds2122520i@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Государственного Образовательного Учреждения Высшего Профессиональног Образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан «19» ноября 2010 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.252.01, д.т.н., профессор

О.И. Нохрина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

По данным World Steel Association (Worldsteel), производство стали в мире по итогам 2009 г. находится на уровне 1 млрд. 219,7 млн. т. В том числе в России производство стали составило 59,9 млн. т. Одним из видов стальной продукции является рельсовая. Рельсы различного типа и назначения относятся к металлопродукции, для которой предъявляются высокие требования по качеству и комплексу эксплуатационных свойств. Учитывая важность рельсовой продукции для народного хозяйства страны с развитой сетью железных дорог, качество рельсов, их свойства, энерго- и ресурсоемкость производства являются индикаторами прогрессивности используемых металлургических технологий. В настоящее время в России рельсы производят фактически два предприятия: ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» (ОАО «НКМК») и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (ОАО «НТМК»), на долю которых по итогам работы в 2009 г. приходится 73 и 27 % произведенных рельсов соответственно от общего объема рельсовой продукции России. Доля рельсовой продукции ОАО «НКМК» на международном рынке составляет примерно 8 %.

Одной из важнейших качество формирующих стадий технологического процесса производства рельсового проката является нагрев непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) в методических печах. В целях придания рельсовой стали необходимой пластичности и снижения сопротивления пластической деформации перед прокаткой ее нагревают до температур 1200 - 1250 °С. Время нагрева при этом достигает 3 - 5 ч. Нагрев стали осуществляют в атмосфере продуктов сгорания природного газа. В процессе нагрева в результате высокотемпературного взаимодействия стали с кислородом и другими газами-окислителями, содержащимися в печной атмосфере, поверхностные слои металла окисляются, что сопровождается образованием окалины. При таком значительном времени нагрева потери металла от угара могут достигать 1,0 — 1,6 В масштабах России при годовом производстве рельсов на уровне 800 - 850 тыс.т вследствие угара при нагреве в печах ежегодно теряется 8,0 - 12,8 тыс. т рельсовой стали. Высокое окалинообразование может приводить к снижению качества поверхности рельсов, ухудшать технико-экономические показатели работы методических печей, являться причиной повышенного износа прокатных валков.

Актуальность работы. В настоящее время металлургические предприятия, производящие рельсовую продукцию, работают в условиях жесткой конкуренции. Основными показателями конкурентоспособности рельсов на внутреннем и внешнем рынках являются их качество и себестоимость. В связи с этим металлосбережение, уменьшение потерь металла на всех стадиях металлургического производства является актуальной задачей, имеющей большое практическое значение.

Работа выполнена в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации (пункт «Энергосбережение»), планом НИР и ОКР ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат».

Цель работы: разработка металлосберегаюшей технологии нагрева непр рывнолитых заготовок рельсовой стали в методических печах, обеспечивающе значительное снижение угара и обезуглероживания металла.

Основные задачи:

1. Провести теоретические исследования кинетических закономерносте влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы окисл ния и обезуглероживания рельсовой стали.

2. Исследовать кинетику высокотемпературного окисления и обезуглер живания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ и у тановить влияние на нее температурно-временного фактора.

3. Разработать составы защитных покрытий для снижения окисления обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф и исследовать их влияние н кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали.

4. Определить температуры плавления окалины легированных рельсовы сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

5. На основании систематизации результатов полученных эксперименталь ных и теоретических исследований разработать металлосберегающую техноло гию нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печ с шагающими балками для условий ОАО «Новокузнецкий металлургически комбинат».

6. Внедрить результаты исследований в учебный процесс в ГОУ ВПО «Си бирский государственный индустриальный университет» при подготовке сту дентов специальностей 150 J 03 - Теплофизика, автоматизация и экология про мышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давле нием.

Научная новизна:

1. Разработан новый тип периклазосиликатных покрытий для защиты ста ли от высокотемпературного окисления и обезуглероживания, научно обосно ван механизм его защитного действия.

2.Исследована кинетика высокотемпературного окисления легированны рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

3. Установлена температура плавления окалины легированных рельсовы сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ, определено и научно обосновано влия ние на нее легирующих элементов стали.

Практическая значимость:

1. Для обеспечения металлосбережения, снижения окисления и обезугле роживания рельсовой стали при нагреве под прокатку разработаны составы за щитных покрытий.

2. Для легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ да ны конкретные рекомендации по выбору рациональной конечной температурь нагрева.

3. Разработана металлосберегающая технология нагрева непрерывнолиты заготовок рельсовой стали в методических печах с шагающими балками.

Реализация результатов:

1. Защитные покрытия разработанных составов приняты к внедрению в практику нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в рельсобалоч-ном цехе ОАО «НКМК». Прогнозируемый экономический эффект от внедрения предлагаемых покрытий составляет 620 тыс. руб. в год.

2. Результаты исследований по организации малоокислительного и мало-обезуглероживаюшего нагрева металла в методических лечах внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используются при подготовке студентов специальностей 150103 -Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

2. Результаты лабораторных и промышленных экспериментальных исследований влияния защитных покрытий алюмосиликатного и периклазосиликат-ного составов на кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф.

3. Результаты экспериментальных исследований температуры плавления окалины рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

Автору принадлежит: постановка задачи исследований; проведение с использованием математической модели теоретического исследования кинетических закономерностей влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы окисления и обезуглероживания стали; проведение лабораторных и промышленных экспериментов по исследованию кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовых сталей марок Э76Ф, Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ и выявлению влияния на нее защитных покрытий различного химического состава; проведение экспериментов по установлению температур плавления окалины рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ; обработка, анализ, обобщение и научное обоснование полученных результатов, формулировка выводов и рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2008 г.); XV международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии» (Днепропетровск, 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина» (Новокузнецк, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009 г.).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах в журналах и сборниках научных трудов, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и приложений. Изложена на 134 страницах, содержит 47 рисунков, 12 таблиц, список использованных источников из 136 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время в России и за рубежом для нагрева НЛЗ рельсовой стали под прокатку применяют методические печи с шагающими балками. Такие печи получили широкое распространение за рубежом во Франции, Австрии, Японии, др. странах, в России они применяются на ОАО «НКМК» и «НТМК». Температура нагрева рельсовой стали под прокатку составляет 1200 - 1250 °С. . Время нагрева достигает 3 - 5 ч. При нагреве под прокатку НЛЗ поперечным сечением 0,30x0,33 м и длиной 4,0 - 4,6 м, вследствие угара стали, теряется 50 - 55 кг металла с одной заготовки. В пересчете на длину заготовки эти потери соответствуют укорачиванию НЛЗ на 60 - 70 мм, а рельсового профиля Р65 на 770 - 880 мм. В случае снижения угара стали на 0,6 % (например с 1,6 до 1,0 %) экономия металла, эквивалентная длине НЛЗ и рельсового профиля Р65, составит примерно 20 - 25 мм и 270 - 300 мм соответственно. При годовом объеме производства стали в 500 тыс. т и угаре 1,5 % снижение угара на 0,5 % привело бы к экономии 2,5 тыс. т стали в год, т.е. при средней стоимости металла 8-10 тыс. руб/т к экономии 20 - 25 млн. руб в год.

Анализ специальной технической литературы показал, что основной причиной угара стали является окисление металла раскаленными продуктами сгорания, имеющими выраженный окислительный потенциал. Наиболее опасным явлением, приводящим к резкому росту угара металла, является катастрофическое окисление, которое может возникать в случаях оплавления окалины и обнажения поверхности металла. Взаимодействие продуктов сгорания с углеродом, содержащимся в стали, приводит к обезуглероживанию поверхностных слоев НЛЗ. Окисление и обезуглероживание металла может наносить серьезный ущерб качеству рельсов. Малоизученной областью является кинетика высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей. Полностью отсутствуют количественные данные по температурам плавления окалины, влиянию температурно-временного фактора на угар и обезуглероживание легированных рельсовых сталей.

Установлено, что варьирование режимных параметров нагрева, температу-- - ры, времени и состава атмосферы позволяет получить лишь ограниченный положительный эффект. Повысить металлосбережение при нагреве НЛЗ можно за счет применения защитных покрытий, составы которых для рельсовых сталей пока не разработаны. Анализ современного состояния вопроса показал актуальность выбранного направления, на его основе сформулированы цели, задачи и методы исследования.

2 РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРИМЕНЕНИЯ

ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ

ЗАГОТОВОК ОТ ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ В МЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ С ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ

В методических печах с шагающими балками (ПШБ) нагреваемые заготовки при перемещении не соприкасаются друг с другом. Эта особенность ПШБ позволяет наносить и обеспечивать эффективную работу защитных покрытий не только на горизонтальных, но и на вертикальных гранях заготовок. Применительно к производству рельсов из НЛЗ использование защитных покрытий может быть направлено на решение двух основных задач - снижение общего угара металла и уменьшение глубины видимого обезуглероженного слоя.

В соответствии с европейскими стандартами ЕК 13674 - 1:2003 глубина обезуглероженного слоя в виде сплошной ферритной сетки в любом месте поверхности головки рельса не должна превышать 0,5 мм. Таким образом, глубина видимого обезуглероженного слоя регламентирована для поверхности головки рельсового профиля, соответственно, с целью снижения величины этого параметра, достаточно нанесения покрытия на одну грань НЛЗ - на ту, из которой при прокатке происходит формирование головки.

Анализ условий нагрева НЛЗ рельсовой стали в ПШБ и обзор специальной технической литературы показывают, что наибольший положительный эффект от применения покрытий будет достигнут в том случае, если покрытия будут удовлетворять следующим условиям:

- обеспечивать снижение угара стали - интенсивности окалинообразования при одновременном снижении интенсивности ее обезуглероживания;

- сохранять защитные свойства до температуры 1300 - 1350 °С при продолжительности нагрева 3 - 5 ч в продуктах сгорания природного газа, сжигаемого с избытком в сварочных и с недостатком в томильной зонах печи;

- обладать достаточной прочностью сцепления с металлом при нагреве в печи (покрытие не должно отслаиваться, растрескиваться, отшелушиваться);

- химически не взаимодействовать со сталью;

- обладать минимальным теплоизолирующим эффектом (иметь степень черноты порядка 0,7 — 0,8 и возможно более высокий коэффициент теплопроводности) при нагреве стали в печи и максимально возможным теплоизолирующим эффектом при транспортировании металла на участке от печи к стану;

- продукты взаимодействия окалины и покрытия не должны образовывать жидкой фазы в целях предотвращения стекания покрытия и загрязнения нижних камер печи, обнажения поверхности металла, возникновения явления «катастрофического» окисления, уменьшения коэффициента трения системы металл - валок и снижения захватывающей способности прокатных валков;

- продукты взаимодействия окалины и покрытия должны надежно удаляться с НЛЗ уже в первых проходах в процессе деформации в валках, не образовывать брака по вкатанной окалине;

- технологичными при нанесении на верхнюю и боковые грани НЛЗ;

- не содержать редких, дорогостоящих компонентов;

- должны быть нетоксичными, пожаробезопасными, при нагреве не выделять вредных или ядовитых веществ;

- продукты высокотемпературного взаимодействия покрытия и окалины не должны содержать вредных или ядовитых соединений, должны быть пригодными для дальнейшей утилизации.

В большей степени перечисленным требованиям удовлетворяют покрытия керамического типа, не содержащие в своем составе стекол и других легкоплавких компонентов. В целях обеспечения минимальной стоимости покрытия и повышения экономической эффективности его использования в качестве основных компонентов заполнителя (наполнителя) и связующего приняли решение использовать отходы металлургических производств, расположенных на территории г. Новокузнецка. В качестве связки использовали водную керамическую вяжущую суспензию (ВКВС) кремнеземистого состава, изготовленную на основе пыли-уноса печей ферросплавного производства.

При выборе заполнителя в качестве основного ориентира принят бой и лом отходов огнеупоров, в том числе и бывших в употреблении. В настоящее время наибольшее распространение на металлургических предприятиях получили огнеупоры алюмосиликатного состава (в том числе шамотные), высокоглиноземистые, периклазовые и периклазоуглеродистые. Основу этих огнеупоров составляют ОКСИДЫ 510;, А1;Оз и М§0.

Для исследования влияния покрытий на кинетику физико-химических процессов окисления и обезуглероживания, протекающих параллельно и взаимосвязано, использована ранее разработанная детерминированная математическая модель. Математическая модель адаптирована для условий нагрева металла с защитным покрытием. Последовательность вычислений включает:

1) расчет траектории изменения температуры поверхности металла при нагреве в методической печи по уравнению

( - V

1 - ехр

~ 1 V Т1УУ

(1)

где t„ - начальная температура металла, °С; к\ и к2 — эмпирические коэффициенты, зависящие от режима нагрева, составляющие для условий нагрева непре-рывнолитых заготовок рельсовой стали в условиях ПШБ ОАО «НКМК» 1285 и 3,48 соответственно; т, - текущий (/-й) момент времени от начала нагрева, мин; Ti - суммарное время нагрева, мин, которое принимали в расчетах равным 180, 240 и 300 мин;

2) расчет толщины s, см, слоя металла, перешедшего в окалину, по соотношению

s = k0KAexp

' В^ п

(2)

где к0К - коэффициент, учитывающий снижение интенсивности окисления стали вследствие применения покрытия, при отсутствии такого эффекта или нагреве стали без покрытия к0К= 1, при кт=0 окисление стали отсутствует, покры-

тие обеспечивает полную защиту; А, В, п - эмпирические коэффициенты, зависящие от химического состава стали, состава атмосферы и других факторов.

3) нахождение нестационарных концентрационных полей углерода, основанное на решении дифференциального уравнения диффузии, при этом на поверхности металла, контактирующей с атмосферой, задано граничное условие III рода

где с - концентрация углерода; т - время; й - коэффициент диффузии; к^ - коэффициент, учитывающий снижение интенсивности обезуглероживания стали вследствие применения покрытия, при отсутствии такого эффекта или нагрева стали без покрытия ко5= 1, при к^-О массоотдача с поверхности стали отсутствует; р - коэффициент массоотдачи; Сп0, - текущая концентрация элемента на поверхности твердой фазы в момент времени т; Сокр - углеродный потенциал атмосферы.

С использованием математической модели проведена серия многовариантных расчетов, в которых исследовали влияние разновеликого ослабления процессов окисления и обезуглероживания на глубину видимого обезуглероженно-го слоя стали в НЛЗ рельсовой стали марки Э76Ф при нагреве в ПШБ.

Определены зависимости коэффициентов обезуглероживания ко5 от коэффициентов окисления Л0>; для различных значений времени нагрева НЛЗ в ПШБ при условии, что покрытие, приводящее к снижению угара, должно обеспечивать глубину видимого обезуглероживания не более, чем в НЛЗ, нагретых без покрытия. На рисунке 1 представлена графическая интерпретация полученной зависимости. Анализ данных, представленных на этом рисунке, показывает, что при снижении интенсивности окисления на 10 % и необходимости сохранения неизменной глубины видимого обезуглероженного слоя коэффициент массоотдачи должен быть снижен на 35 - 45 %. При снижении окисления в 2 раза параметр Р нужно снизить примерно в 5 раз, однако при снижении окисления в 10 раз р нужно снизить тоже в 10 раз.

Механизм действия защитных покрытий на процессы окисления и обезуглероживания несколько различен. Согласно общепринятой теории окисления стали, окисление представляет собой процесс взаимной (встречной) диффузии железа и кислорода через слой окалины. Покрытие представляет собой слой на поверхности металла или окалины, затрудняющий подвод окисляющих газов к поверхности металла или окалины и снижающий тем самым интенсивность диффузионных процессов окисления. Для осуществления процесса обезуглероживания обезуглероживающие газы должны быть доставлены непосредственно к поверхности стали, однако обезуглероживание может происходить и вюститом окалины. При одновременном окислении и обезуглероживании стали удаление углерода происходит в виде газов СО, СОг по трещинам в окалине, при этом диффузия углерода в окалине практически отсутствует. Таким образом, для процессов обезуглероживания покрытия могут представлять двойной барьер, препятствующий диффузии газов из печной атмосферы и диффузии га-

(3)

зообразных продуктов обезуглероживания через окалину в атмосферу печи. При этом покрытие может способствовать накоплению газообразных продуктов окисления и обезуглероживания стали в порах окалины. Фактически покрытия снижают интенсивность диффузии окисляющих и обезуглероживающих газов и коэффициент массоотдачи.

коб 1

0.9 0.8 0.7 0.6 0,5 0,4 0.3 0.2 0.1 О

0 0,1 0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 0,7 0.8 0,9 1

кок

Рисунок I - График зависимости коэффициента к0в от к0К для времени нагрева 3 ч (о), 4 ч (□) и 5 ч (Д)

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Для исследования кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания, выявления особенностей структуры и свойств окалины использовали малоизученные перспективные легированные рельсовые стали бейнитного и перлитного классов марок Э30ХГ2САФМ и Э78ХСФ.

Исследование влияния различных покрытий на кинетику окисления и обезуглероживания рельсовой стали проводили на стали наиболее массового производства марки Э76Ф. Все исследуемые в работе рельсовые стали производства ОАО «НКМК».

При проведении лабораторных экспериментов использовали три вида образцов: поперечным сечением 10x10x30...35 мм массой 20 - 25 г (для определения обезуглероживания и угара по убыли массы), 10x10x5...10 мм массой 5 - 10 г (для определения угара по методу непрерывной регистрации увеличения массы образца во времени) и 4x4x10 мм (для определения температуры плавления окалины), вырезанные из рельсового проката в состоянии после прокатки.

130897077

В промышленных экспериментах использовали образцы поперечным сечением 28...34 х 55...68 х 62...69 мм, массой 750 - 1070 г, вырезанные из непрерывно-литых заготовок.

При проведении экспериментов по разработке составов и исследованию защитных свойств покрытий использовали наполнители различного химико-минералогического состава: технический глинозем, огнеупорную глину, молотый лом шамотных, периклазовых и периклазоуглеродистых (с содержанием 5 -10 % С) огнеупоров. Основная ориентация сделана на отходы производства. В экспериментах использовали наполнитель, имеющий две разновидности гранулометрического состава: непрерывный фракции менее 1,5 - 2,0 мм и непрерывный фракции менее 0,15 мм. Для исследования влияния углерода на свойства покрытий его вводили в состав в виде графита в количестве 5, 7, 10 % (по массе). В качестве связки использовали водную керамическую вяжущую суспензию кремнеземистого состава на основе кремнеземистой пыли-уноса ферросплавных печей.

При проведении лабораторных экспериментов нагрев образцов проводили в электрической печи сопротивления СУОЛ-0,25.1/12,5-И1 с нагревателями из карбида кремния в атмосфере воздуха.

При проведении исследования кинетики окисления и обезуглероживания стали и влияния на них покрытий использовали дискретный гравиметрический метод, основанный на убыли массы образцов, которые нагревали до температур 1000, 1100, 1200 и 1250 °С и выдерживали при постоянной температуре в течение 15, 30 и 60 мин. Время разогрева образцов от 20 °С до температуры выдержки составляло 2-4 мин, причем в области температур ниже начала интенсивного окисления (до 850 - 900 °С) - порядка 2 мин. При выдержке температура образцов менялась в пределах ±5-10 °С.

До и после опытов геометрические размеры образцов измеряли штангенциркулем с точностью до 0,1 мм, массу определяли на весах ВЛР-200 с точностью до 0,5 мг. Для удаления окалины с поверхности образцы подвергали травлению в подогретом до 40 - 60 °С 10 %-ном растворе серной кислоты с добавлением 0,1 г/л тиомочевины.

После определения угара стальные образцы распиливали на две части и изготавливали шлифы поперечного разреза. Глубину видимого обезуглерожен-ного слоя определяли с помощью металлографического метода. Микроструктуру выявляли в 4 %-ом растворе азотной кислоты и исследовали на микроскопе МИМ - 10 при увеличении 100 - 500 крат.

Для исследования кинетики угара стали также использовали метод непрерывной регистрации изменения массы образца во времени. Эксперименты проводили на дериватографе - Q системы Ф. Паулик, И. Паулик и Л. Эрдеи. Стальные образцы нагревали со скоростью 10 "С/мин до температуры 1050 °С в атмосфере воздуха в электрической печи дериватографа. Изменение массы образцов - привес за счет присоединения кислорода - непрерывно фиксировали.

Исследование распределения легирующих элементов в поверхностных слоях стальных образцов, нагретых по различным режимам, проводили на растровом микроскопе-микроанализаторе РЭММА-202.

Для определения температуры плавления окалины образцы крепили непосредственно к спаю термопары. Нагрев образцов до температуры плавления окалины проводили с различной скоростью, общая продолжительность нагрева составляла 2-20 мин. Динамику явлений, происходящих в поверхностных слоях образцов, наблюдали через загрузочное окно печи. Для каждой марки стали проводили от 5 до 7 опытов.

При проведении промышленных экспериментов использовали метод «наездников». Стальные образцы (наездники) с покрытиями и без них устанавливали в идентичных местах на поверхность верхней грани непрерывнолитой заготовки. Заготовку с наездниками нагревали по режиму, установленному технологической инструкцией в методической печи с шагающими балками в условиях ОАО «НКМК». После выдачи заготовки из печи наездники снимали и охлаждали на воздухе. Заготовка транспортировалась к прокатному стану.

Рентгенофазовый анализ (РФА) окалины и продуктов высокотемпературного взаимодействия окалины и покрытия проводили на дифрактометре ДРОН - 2,0. Перед осуществлением РФА окалину измельчали и разделяли на сильно и слабомагнитные фракции. Полуколичественный анализ состава окалины проводили на рентгеновском флуоресцентном спектрометре со встроенным дифракционным каналом ARL 9800.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ

ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ЛЕГИРОВАННОЙ И МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ НАГРЕВЕ

На рисунке 2 представлена зависимость угара У стали марки Э30ХГ2САФМ от температуры / и времени т выдержки при постоянной температуре, построенная по результатам экспериментальных данных .

Для прогнозных расчетов угара получена зависимость, позволяющая определить угар в зависимости от температуры и времени нагрева:

У=13656,5 • ехр (-18723/7) - л/т, (4)

где Г- температура, К; т — время, мин.

Характерной особенностью высокотемпературного окисления исследуемой марки стали является относительно невысокий, по сравнению с высокоуглеродистой рельсовой сталью перлитного класса Э76Ф, угар при температурах до 1100 - 1150 °С. Это связано с влиянием легирующих элементов кремния и хро-- ма, оксиды которых образуют окалину с повышенными защитными свойствами, тормозящую диффузионные процессы окисления. При температурах 1200 -1250 °С угар значительно интенсифицируется и превышает угар стали марки Э76Ф; это связано с отрицательным влиянием легирующих элементов кремния,

молибдена и ванадия, которые образуют легкоплавкие соединения Ре28Ю4, Мо03, У205 с температурами плавления соответственно 1205, 795 и 674 °С.

Рисунок 2 - Зависимость угара стали марки Э30ХГ2САФМ от температуры и

времени выдержки

Окалина, образующаяся на стали марки Э30ХГ2САФМ, имеет выраженное слоевое строение, причем слой окалины, контактирующий с поверхностью металла, обогащен продуктами окисления легирующих элементов и имеет более низкую температуру плавления по сравнению с выше расположенными слоями вюстита, магнетита и гематита. Специфичность динамики явления оплавления окалины необходимо учитывать при экспериментальном установлении температуры ее плавления. Для окалины, образующейся на стали Э30ХГ2САФМ, появление первых жидкофазных участков происходит при температурах 1256 -1269 °С, а оплавление окалины, сопровождающееся ее стеканием с поверхности металла, начинается при температурах 1336 - 1349 °С. Полученные результаты хорошо согласуются с ранее проведенными исследованиями температур плавления окалины стали с повышенным содержанием кремния: марок 60С2, 10ХСНД иЗОХГСА.

Исследование микроструктуры поверхности раздела окалина - сталь показало, что при температуре нагрева порядка 1250 °С присутствует явно выраженная смешанная зона толщиной в среднем до 0,1 - 0,3 мм, представляющая композицию из частиц неокисленной, но обезуглероженной стали и оксидов. Поверхность раздела можно отнести к сталагмитообразному типу (рисунок 3). В связи с этим, при назначении режима нагрева под прокатку в целях предотвращения образования брака по вкатанной окалине и повышенного угара для стали марки Э30ХГ2САФМ рекомендуются конечные температуры нагрева устанавливать на уровне 1200 °С.

Рисунок 3 - Микроструктура поверхностных слоев образцов стали марки Э30ХГ2САФМ после нагревало 1250 °С , х200

Анализ микроструктуры поверхностных слоев металла показывает, что взаимодействие стали с окислительной атмосферой печи приводит не только к окислению железа и углерода, т.е. обезуглероживанию, которое проявляется в виде участков феррита или ферритной сетки по границам зерен, но и обезлеги-рованию стали (обеднению поверхностных слоев легирующими элементами). На рисунке 4 представлена зависимость глубины 5Ф слоя с зернограничными выделениями феррита от температуры и времени выдержки. Представленная зависимость имеет экстремальный характер. Из рисунка 4 видно, что максимальное значение параметра 5Ф соответствует температурному интервалу 1100 i - 1160 °С. При температурах менее 1000 °С и более 1220 °С слой с зернограничными выделениями феррита фактически отсутствует. Установленные зависимости можно объяснить следующим образом. При температурах 800 - 1000 °С вследствие малой интенсивности диффузии углерода процессы обезуглероживания протекают крайне медленно, чему способствует наличие в стали кар-бонитридов ванадия. При температурах более 1000 - 1050 °С карбонитриды ванадия растворяются, и скорость диффузионных процессов обезуглероживания увеличивается, при этом скорость окисления меньше скорости обезуглероживания, поэтому глубина обезуглероженного слоя нарастает. При температурах более 1100 - 1160 °С скорость окисления стали начинает превалировать над скоростью обезуглероживания, что связано с негативным влиянием фаялита, J оксидов молибдена и ванадия на защитные свойства окалины. Окалина поглощает обезуглероженный слой. Поэтому при температурах более 1100 - 1160 °С его глубина постепенно уменьшается. Аналогичная динамика изменения обезуглероженного слоя наблюдается у других марок сталей с повышенным содержанием кремния, например 60С2.

Рисунок 4 - Зависимость глубины слоя, содержащего зернограничные выделения феррита, от температуры и времени выдержки для стали марки

Э30ХГ2САФМ

Исследование распределения легирующих элементов в поверхностных слоях стальных образцов, нагретых по различным режимам, на растровом микроскопе-микроанализаторе РЭММА-202 показало, что поверхностные слои металла обеднены хромом, обогащены кремнием, содержание марганца остается фактические неизменным. Уменьшение содержания в поверхностных слоях углерода и хрома и увеличение содержания кремния оказывает влияние на процесс структурообразования при охлаждении стали бейнитного класса на воздухе, что является причиной различия структур металла в поверхностных и центральных слоях. Явление обезлегирования необходимо учитывать при назначении режимов нагрева непрерывнолитых заготовок под прокатку, поскольку значительная глубина обезлегированного слоя на поверхности катания рельсов может стать причиной снижения их качества и эксплуатационных свойств.

На рисунке 5 представлена зависимость угара У стали марки Э78ХСФ от температуры / и времени т выдержки при постоянной температуре, построенная по результатам экспериментальных данных.

Для прогнозных расчетов угара получена зависимость, позволяющая определить угар в зависимости от температуры и времени нагрева:

У=294,1ехр(-13560/7") л/т. (5)

Температура плавления окалины стали марки Э78ХСФ находится в интервале температур 1348 — 1362 °С при среднем значении на уровне 1353 °С. Это несколько выше, чем температура плавления окалины рельсовой стали марки

Э76Ф, которая находится в интервале 1319 — 1340 °С, при среднем значении на уровне 1328 "С.

15

Рисунок 5 - Зависимость угара стали марки Э78ХСФ от температуры и времени

выдержки

Сравнительный анализ кинетики высокотемпературного окисления рельсовых сталей марок Э76Ф, Э78ХСФ и Э30ХГ2САФМ (рисунок 6), проведенный по результатам экспериментов, основанных на дискретном гравиметрическом методе (по потере массы образца), показывает, что при температурах менее 1110 °С наиболее интенсивный угар характерен для стали марки Э76Ф, меньше всего до 1050 °С окисляется сталь марки Э30ХГ2САФМ, сталь марки Э78ХСФ занимает промежуточное положение. Это связано с тем, что содержание хрома в стали Э78ХСФ, хрома и кремния в стали Э30ХГ2САФМ гораздо больше, чем в стали Э76Ф, поэтому в этом температурном интервале эти элементы формируют окалину с более высокими защитными свойствами, что и снижает угар стали.

При температурах более 1110 °С максимальная интенсивность окисления характерна для стали Э30ХГ2САФМ. При температурах более 1190 °С самая низкая интенсивность окислении характерна для стали Э76Ф. Угар стали Э78ХСФ в интервале температур 1050 - 1190 °С минимален по отношению ко всем другим исследуемым маркам сталей.

Такой сложный характер доминирования угара различных марок сталей в различных температурных интервалах связан с возрастанием негативного влияния фаялита на защитные свойства окалины при увеличении содержания в стали кремния и повышении температуры нагрева. В низкотемпературной области нагрева кремний повышает защитные свойства окалины, а в

60

высокотемпературной - резко снижает их. Аналогичные результаты были получены учеными при сравнительных исследованиях стали с различным содержанием кремния - марок Зсп и Зпс, 60 и 60С2.

1289 1197 1116 1043 977 1, °с 0.00064 0,00068 0.00072 0,00076 0.00080 1/т. 1/к

1п к.

^/(аЛшн)

-8.5

-6.5 -

Рисунок 6 - Зависимость логарифма константы скорости окисления от температуры для рельсовых сталей марок: Э30ХГ2САФМ (1 ■) Э78ХСФ (2 •) и Э76Ф (3 ▲)

Помимо этого, более интенсивный угар стали марки Э30ХГ2САФМ связан с наличием в ней повышенного содержания элементов молибдена и ванадия, которые, как было отмечено выше, образуют легкоплавкие соединения, снижающие защитные свойства окалины.

Для сравнительного анализа сопоставимости данных по угару стали, полученных дискретным гравиметрическим методом по потере массы и непрерывным гравиметрическим методом по привесу образцов, провели серию расчетов, которые подтвердили их хорошую сходимость.

Разработка рационального состава покрытий включала несколько этапов. На первом этапе проведена оценка защитных свойств покрытий на основе пе-риклазового наполнителя и ВКВС и жидкого стекла с добавкой графита.

Было определено что, покрытие на основе жидкого стекла и графита привело к снижению защитных свойств окалины и увеличению угара. Оно было признано бесперспективным и в последующих исследованиях не рассматривалось.

На втором этапе исследовано влияние гранулометрического состава и содержания углерода на защитные свойства покрытий. Применение покрытий с использованием как крупнозернистого, так и мелкозернистого заполнителей обеспечивает снижение угара стали в различных температурных интервалах в 1,2 - 2,0 раза.

На третьем этапе проведен сравнительный анализ покрытий на основе периклаза с покрытиями на основе алюмосиликатных заполнителей. Серия экспериментов проведена с заполнителями различного химико-минералогического состава: технический глинозем (А1203), шамот (А1203, 8Ю2), огнеупорная глина

(А1гОз, 8102), периклазоуглеродистый материал (MgO, С). Заполнитель име1 непрерывный гранулометрический состав, фракция менее 0,15 мм.

При сушке в сушиле покрытий на основе технического глинозема пр температуре 40 - 60 °С наблюдается растрескивание и сшелушивание покрытия таким образом проведение высокотемпературных исследований этого покрыти не представляется возможным.

Покрытия на основе алюмосиликатного и периклазоуглеродистого запол нителей, нанесенные на образцы, выдерживали без нарушения сплошности отделения от металла скорости нагрева до 200 °С/мин.

На рисунке 7 представлены результаты высокотемпературных исследова ний покрытий.

У, гСсм5 0,6 ■

0,5 ■

0.4 -

0.3 -

0.2 -

0,1

0

950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 t. °С

Рисунок 7 - Зависимости угара рельсовой стали Э76Ф от температуры выдержки без покрытия (о), с покрытиями на основе шамотного (d), глиняного (Л) периклазоуглеродистого (0) и периклазового (♦) наполнителей

Из рисунка 7 видно, что при температурах до 1100 °С покрытия на основе шамотного и глиняного заполнителей имеют аналогичные защитные свойства и снижают угар рельсовой стали почти в 4,5 раза. Периклазоуглеродистое покрытие обладает несколько меньшими защитными свойствами и снижает угар примерно в 2 раза. После нагрева до 1000 - 1100 °С покрытия имеют гладкую поверхность, на которой видны частицы заполнителя. При температуре 1200 °С наблюдается размягчение, вспучивание и появление жидкофазных участков в покрытиях алюмосиликатного состава, которые более выражены у глиняного

покрытия. Вспучивание и нарушение сплошности приводит к потере защитных свойств покрытия и интенсифицирует диффузионные процессы окисления.

При температуре 1250 °С наблюдается оплавление покрытий алюмосили-катного состава, что сопровождается резким увеличением интенсивности окисления. При этом угар образцов, незащищенных покрытием, почти в 3 раза меньше, чем образцов с алюмосиликатными покрытиями. Периклазоуглероди-стое покрытие не оплавляется при нагреве до температур 1250 - 1280 °С и в этом интервале обладает достаточно высокими защитными свойствами. Оно снижает угар рельсовой стали почти в 2 раза.

Полученные результаты экспериментальных исследований согласуются с результатами теоретических разработок. В частности, продукты взаимодействия окалины и покрытия на основе периклаза представляют собой ряд твердых растворов магнезиовюститов и имеют высокую температуру плавления и защитные свойства. Продукты взаимодействия окалины и покрытий алюмосили-катного состава содержат легкоплавкие соединения, например фаялит Ре^Ю* Защитные свойства такого покрытия при температурах более 1200 "С резко снижаются, и применение его при температурах нагрева металла на уровне 1200 - 1250 °С становится нецелесообразным.

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ

Для защиты НЛЗ рельсовой стали от угара в условиях массового производства ОАО «НКМК» разработанное покрытие наносят с помощью сжатого воздуха на верхнюю и боковые грани заготовок. После сушки покрытия до полного затвердевания, заготовки загружают в печь и нагревают по режиму, установленному технологической инструкцией. После нагрева заготовки по рольгангу поступают к прокатной клети.

Защитное действие разработанных составов покрытий в промышленных условиях исследовали с помощью метода «наездников». Проведены испытания периклазосиликатных (периклазовых и периклазоуглеродистых) покрытий с крупностью наполнителя менее 0,15 мм. В качестве наполнителя использовали молотый лом периклазовых и периклазоуглеродистых огнеупоров.

Для проведения сравнительного анализа в печи в аналогичных условиях нагревали образцы, вырезанные из НЛЗ рельсовой стали марки Э76Ф, без покрытия и защищенные покрытиями. Образцы загружали на поверхность верхней грани НЛЗ и нагревали в методической печи с шагающими балками по режиму, установленному технологической инструкцией. После нагрева и выдачи заготовок из печи образцы снимали и охлаждали.

После охлаждения с образцов удаляли окалину, проводили их взвешивание и исследование глубины видимого обезуглероженного слоя. В таблице 1 представлены результаты исследования угара и обезуглероживания стальных образцов. Результаты металлографического исследования поверхностных слоев металла показали, что максимальное содержание углерода наблюдается в металле

поверхностной зоны образцов, нагретых с покрытием на основе периклаза. В результате промышленных экспериментов установлено, что защитные покрытия способствуют не только снижению угара, но и обезуглероживания рельсовой стали. В частности в образцах, защищенных периклазосиликатным покрытием, зафиксирована минимальная глубина видимого обезуглероженного слоя.

Таблица 1 - Угар и обезуглероживание образцов-«наездников»

Покрытие* Поверхностное обезуглероживание металла, мм Твёрдость металла по Бринел-лю, НВ Содержание углерода. % Угар, г/см2

полное частичное общее

Нет 0.05-0.25 1,60-2,25 1,65-2,50 229, 229 0.32/0.76 0,71

Нет 0.16-0.28 2,35-2,80 2,51-3,08 211,211 (0.06-0.16)/0,76 0,87

П отсутствует 0,25-0,48 0,25-0,48 321.321 0.68/0.77 0,22

П 0.04-0.17 0,60-1,02 0,64-1,19 255. 255 (0.25-0.28)/0.76 0,27

П-У 0.13-0.22 1,50-1,90 1,63-2,12 207. 202 (0.11-0.14)/0,76 0,48

П-У 0.05-0.23 2,05-2,40 2,10-2.63 229.229 (0.19-0.23 )/0.76 0,58

'Примечание: П - периклазовый, П-У - периклазоуглеродистый наполнители. В числителе -содержание углерода на поверхности, в знаменателе - на глубине 5-15 мм.

Анализ результатов промышленных экспериментов показал, что при полученных на образцах значениях угара этот параметр для НЛЗ длиной 4,5 м при площади поверхности 5,87 м2 и отсутствии защитного покрытия составляет 1,2 - 1,5 %. Периклазосиликатное покрытие снижает угар до 0,4 - 0,5 % т.е. почти в 3 раза. Периклазоуглеродистое покрытие обладает меньшими защитными свойствами и снижает угар до 0,8 - 1,0 %.

Результаты рентгенофазового анализа продуктов высокотемпературного взаимодействия периклазосиликатного покрытия и окалины, подтверждают результаты проведенных теоретических исследований. В частности, продукты взаимодействия покрытия и окалины содержат достаточно тугоплавкий железистый форстерит и не содержат легкоплавких соединений типа фаялита. Этим фактом и объясняются высокие защитные свойства покрытия и возможность выдерживать температуры нагрева 1250 - 1280 °С и выше без оплавления.

Разработанные составы защитных покрытий и технология металлосбере-гающего нагрева НЛЗ приняты к внедрению в практику нагрева рельсовой стали в методических печах с шагающими балками в условиях ОАО «НКМК». Прогнозируемый экономический эффект от внедрения металлосберегающей технологии, приходящийся на долю автора, составляет 620 тыс. руб. в год. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретические исследования кинетических закономерностей влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали, проведенные с использованием математической модели, показали, что при снижении интенсивности окисления на 10 % и необходимости сохранения неизменной глубины видимого обезуглероженного слоя коэффициент массоотдачи, вследствие применения покрытия, должен быть снижен на 35 - 45 %. При снижении окисления в 2 раза коэффициент массоотдачи нужно снизить примерно в 5 раз, однако при снижении окисления в 10 раз, коэффициент массоотдачи нужно снизить тоже примерно в 10 раз.

2. Экспериментальным путем исследована кинетика высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ, установлено влияние на нее температурно-временного фактора. Определены температуры плавления окалины легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ и Э30ХГ2САФМ. Установлено, что при температурах менее 1110 °С наиболее интенсивный угар характерен для стали марки Э76Ф, меньше всего до 1050 °С окисляется сталь марки Э30ХГ2САФМ, сталь марки Э78ХСФ занимает промежуточное положение. При температурах более 1110 °С максимальная интенсивность окисления характерна для стали Э30ХГ2САФМ. При температурах более 1190 °С самая низкая интенсивность окислении характерна для стали Э76Ф. Угар стали Э78ХСФ в интервале температур 1050 - 1190 °С минимален из всех исследуемых марок. Выявленные зависимости связаны с повышением в низкотемпературной области защитных свойств окалины по мере роста содержания кремния в стали и со снижением защитных свойств окалины в высокотемпературной области по мере роста содержания в стали кремния.

3. Установлено, что при нагреве под прокатку стали марки Э30ХГ2САФМ вследствие взаимодействия с окислительной атмосферой происходит обогащение поверхностных слоев металла кремнием и обеднение хромом.

4. Исследовано влияние покрытий различного химико-минералогического состава на кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф. Установлено, что наибольшими защитными свойствами при нагреве до температур 1250 - 1280 °С обладают покрытия на основе периклазового наполнителя с минимальным содержанием углерода.

5. Разработана металлосберегающая технология нагрева НЛЗ рельсовой стали в методических печах с шагающими балками, реализуемая на основе применения защитных покрытий, в которых в качестве наполнителя используется - молотый лом периклазовых огнеупоров, фракции менее 0,15 мм, в качестве связующего — водная керамическая вяжущая суспензия (ВКВС) кремнеземистого состава. При толщине защитного покрытия порядка 1 мм в промышленных условиях, обеспечивается снижение угара стали до 0,22 - 0,27 г/см2 (0,4 - 0,5 %), что почти в 3 раза меньше, чем при нагреве НЛЗ без покрытия.

При использовании покрытия значения глубины видимого обезуглероженног слоя в НЛЗ снижается с 1,65 - 3,08 мм до 0,25 — 1,19 мм.

6. Разработанные составы покрытий и металлосберегающая технология на грева НЛЗ в методических печах с шагающими балками приняты к внедрени! в практику нагрева рельсовой стали в условиях рельсобапочного стана ОАС «НКМК».

7. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и ис пользуются при подготовке студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Темлянцев М.В. Снижение угара рельсовой стали при нагреве под прокатку на основе применения защитных покрытий [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олен-даренко // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургия: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2007. - Вып. 19. - С. 64 -67.

2. Темлянцев М.В. Применение защитных покрытий для снижения угара рельсовой стали при нагреве при прокатку [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Известия вузов. Черная металлургия. - 2008. №2. - С. 69 - 70.

3. Темлянцев М.В. Практика и перспектива применения покрытий для защиты стали от окисления при высокотемпературном нагреве под обработку давлением [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургия: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. -Новокузнецк, 2008. - Вып. 21. - С. 94 - 99.

4. Темлянцев М.В. Исследование высокотемпературного окисления рельсовой стали бейнитного класса Э30ХГ2САФМ [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургия: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2008. - Вып. 22. - С. 80 - 84.

5. Олендаренко О.Д. О перспективах применения покрытий для защиты стали от окисления при нагреве под прокатку [Текст] / О.Д. Олендаренко, М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Труды XV международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии»/ НМетАУ - Днепропетровск, 2008. - С. 230 - 231.

6. Темлянцев М.В. Экспериментальное исследование температур плавления и структуры окалины рельсовой стали Э30ХГ2САФМ [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» / Сиб. гос. индустр. ун-т - Новокузнецк, 2008. - С. 92 - 93.

7. Олендаренко О.Д. О высокотемпературном окислении рельсовой бейнитной стали [Текст] / О.Д. Олендаренко // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения. Труды всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Сиб. гос. индустр. ун-т.- Новокузнецк, 2008. - Часть III. - С. 182184.

8. Олендаренко О.Д. Исследование угара рельсовой стали Э30ХГ2САФМ при нагреве под прокатку [Текст] / О.Д. Олендаренко, М.В. Темлянцев // Научное наследие И.П. Бардина : труды Всероссийской научно-технической конференции / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2008. - С. 43 - 45.

9. Олендаренко О.Д. Применение покрытий для защиты стали от окисления при нагреве в печах перед прокаткой [Текст] / О.Д. Олендаренко, М.В. Темлянцев // Творческое наследие Б.И. Китаева: Труды Международной научно-практической конференции. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - С. 351 - 354.

10. Темлянцев М.В. Исследование влияний защитных покрытий на интенсивность окисления и обезуглероживания рельсовой стали при высокотемпературном нагреве под прокатку [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко, E.H. Темлян-цева // Вестник горно-металлургической секции российской академии естественных наук. Отделение металлургия: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2009. - Вып. 23.- С. 75 - 79.

11.Темлянцев М.В. Исследование влияния химико-минералогического состава защитных керамических покрытий на интенсивность угара рельсовой стали [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Вестник горно-металлургической секции российской академии естественных наук. Отделение металлургия: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т. - Новокузнецк, 2009. - Вып. 24. - С. 44 - 47.

12.Темлянцев М.В. Окисление рельсовой стали Э30ХГ2САФМ при высокотемпературном нагреве под прокатку [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Известия вузов. Черная металлургия. - 2009. № 4. - С. 41 - 43.

13. Олендаренко О.Д. Экологические аспекты применения защитных покрытий стали на основе твердых дисперсных отходов металлургических производств [Текст] / О.Д. Олендаренко, М.В. Темлянцев, E.H. Темлянцева // Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии : межвузовский сборник научных трудов. - Магнитогорск : МГТУ, 2009. - С. 183 - 184.

14. Темлянцев М.В. Разработка составов защитных покрытий для снижения окисления и обезуглероживания рельсовой стали при нагреве под прокатку [Текст] / М.В. Темлянцев, E.H. Темлянцева, О.Д. Олендаренко // Известия вузов. Черная металлургия. - 2010. - №2. - С. 44 - 46.

15. Темлянцев М.В. Исследование высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э78ХСФ [Текст] / М.В. Темлянцев, О.Д. Олендаренко // Известия вузов. Черная металлургия. - 2010. - № 6. - С. 60, 61.

Подписано в печать «17» ноября 2010 г. Формат бумаги 30x42 1/16. Бумага 80 г/м2. Печать офсетная. Усл. печ. л.. 1,33 Тираж 100 экз. Заказ № 888 ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Введение

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Окисление и обезуглероживание рельсовой стали при нагреве в печах под прокатку.

1.2 Влияние процессов окисления и обезуглероживания на качество рельсов.

1.3 Применение покрытий для защиты стали от окисления и обезуглероживания при нагреве под горячую обработку давлением.

Выводы и постановка задач исследования

2 РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРИМЕНЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ОТ ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ В МЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ С ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ.

2.1 Научное обоснование выбора типа, компонентного состава и свойств покрытий для защиты рельсовой стали от высокотемпературного окисления и обезуглероживания при нагреве в печах.

2.1.1 Общие требования к покрытиям для защиты непрерыв-нолитых заготовок рельсовой стали от высокотемпературного окисления и обезуглероживания при нагреве в печах.

2.1.2 Обоснование выбора компонентного состава покрытий.

2.1.3 Основные требования к теплофизическим и физико-химическим свойства компонентов и покрытий.

2.2 Кинетические закономерности и механизм влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы окисления и обезуглероживания стали.

Выводы.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

3.1 Выбор марок стали для исследований.<

3.2 Составы и компоненты защитных покрытий.

3.3 Опытные установки, оборудование и методика проведения экспериментов.

Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ЛЕГИРОВАННОЙ И МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ НАГРЕВЕ.

4.1 Окисление и обезлегирование рельсовой стали бейнитного класса Э30ХГ2САФМ.

4.2 Окисление и обезуглероживание рельсовой стали перлитного класса Э78ХСФ.

4.3 Влияние защитных покрытий различного состава на кинетику окисления и обезуглероживания рельсовой стали перлитного класса Э76Ф.

Выводы.

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ С ЗАЩИТНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ В МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С

ШАГАЮЩИМИ БАЛКАМИ.

Выводы.

Актуальность работы

По данным World Steel Association (Worldsteel), производство стали в мире по итогам 2009 г. составило 1 млрд. 219,7 млн. т. В том числе в России производство стали составило 59,9 млн. т. Одним из специфичных видов стальной продукции является рельсовая. Рельсы различного типа и назначения относятся к металлопродукции, к которой предъявляются высокие требования по качеству и комплексу эксплуатационных свойств. Учитывая важность рельсовой продукции для народного хозяйства страны с развитой сетью железных дорог, качество рельсов, их свойства, энерго- и ресурсоем-кость производства являются индикаторами прогрессивности используемых металлургических технологий.

В настоящее время в России рельсы производят фактически два предприятия: ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» (ОАО «НКМК») и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (ОАО «НТМК») на долю которых, по итогам работы в 2009 г. приходится 73 % и 27 % произведенных рельсов соответственно от общего объема рельсовой продукции России. Доля рельсовой продукции ОАО «НКМК» на международном рынке составляет примерно 8 %. Несмотря на большие достижения этих комбинатов в области повышения качества отечественных рельсов и совершенствования технологий выплавки, разливки, нагрева, прокатки и термической обработки рельсовой продукции в их резерве имеются значительные количества областей для улучшения, которые в первую очередь связаны с металлосбережением при производстве этого ответственного вида продукции.

Одной из важнейших качество формирующих стадий технологического процесса производства рельсового проката является нагрев непрерывнолитых заготовок (HJ13) в методических печах. В целях придания рельсовой стали необходимой пластичности и снижения сопротивления-пластической деформации перед прокаткой ее нагревают до температур порядка 1200 - 1250 °С. Время нагрева при этом достигает 3 — 5 ч. Нагрев стали осуществляют в атмосфере продуктов сгорания природного газа. В процессе нагрева в результате высокотемпературного взаимодействия металла с кислородом и другими газами-окислителями, содержащимися в печной атмосфере, поверхностные слои металла окисляются, что сопровождается образованием окалины. При таком значительном времени нагрева потери металла от угара могут достигать 1,0 -1,6 %. В масштабах России при годовом производстве рельсов на уровне 800 — 850 тыс.т вследствие угара при нагреве в печах ежегодно теряется порядка 8 - 12,8 тыс. т рельсовой стали. Окалина может закатываться (вдавливаться) в поверхность металла и приводить к снижению качества поверхности рельсов. Окалина, осыпающаяся в печи в процессе транспортирования металла, взаимодействует с огнеупорами стен и пода, в результате чего сокращается срок их службы и требуется периодическая чистка подины. При прокатке окалина, обладающая абразивными свойствами, приводит к повышенному износу (расходу) валков. В настоящее время в условиях жесткой конкуренции металлургических предприятий, производящих рельсовую продукцию, борьбы за снижение себестоимости, повышение качества стального проката, обеспечение металлосбережения при его производстве является актуальной задачей, имеющей большое практическое значение.

Одним из эффективных способов защиты стали от окисления является нанесение на поверхность металла защитных покрытий или обмазок. В настоящее время создано большое многообразие различных составов покрытий, обеспечивающих надежную защиту стали от угара при нагреве до температур порядка 900 - 1100 °С. Гораздо меньше разработано технологичных и относительно дешевых покрытий, способных надежно защищать сталь при температурах 1200 - 1300 °С в условиях массового производства при нагреве блюмов в методических печах перед прокаткой. В связи с этим проблема создания новых видов защитных покрытий для снижения угара стали при нагреве под прокатку требует проведения научных изысканий, востребованных промышленными предприятиями.

Работа выполнена в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации (пункт «Энергосбережение»), планом НИР и ОКР ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» на 2008 г. (договор от 1.02.2008 г. № 8-08/4070483).

Цель работы'. Разработка металлосберегающей технологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методических печах, обеспечивающей значительное снижение угара и обезуглероживание металла.

Основные задачи:

1. Провести теоретические исследования кинетических закономерностей влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы окисления и обезуглероживания рельсовой стали.

2. Исследовать кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ и установить влияние на нее температурно-временного фактора.

3. Разработать составы защитных покрытий для снижения окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф и исследовать их влияние на кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания стали.

4. Определить температуры плавления окалины легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

5. На основании систематизации результатов полученных экспериментальных и теоретических исследований разработать металлосберегающую технологию нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками для условий ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»

6. Внедрить результаты исследования в учебный процесс в ГОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" при подготовке студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением

Научная новизна:

1. Разработан новый тип периклазосиликатных покрытий для защиты стали от высокотемпературного окисления и обезуглероживания, научно обоснован механизм его защитного действия.

2. .Исследована кинетика высокотемпературного окисления легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ

3. Установлена температура плавления окалины легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ, определена роль влияния на нее легирующих элементов стали.

Практическая значимость:

1. Для обеспечения металлосбережения, снижения окисления и обезуглероживания рельсовой стали при нагреве под прокатку разработаны составы защитных покрытий.

2. Для легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ даны конкретные рекомендации по выбору рациональной конечной температуры нагрева.

3. Разработана металлосберегающая технология нагрева непрерывноли-тых заготовок рельсовой стали в методических печах с шагающими балками.

Реализация результатов:

1. Защитные покрытия разработанных составов приняты к внедрению в практику нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в рельсоба-лочном цехе ОАО «НКМК». Прогнозируемый экономический эффект от внедрения предлагаемых покрытий составляет 620 тыс. руб. в год.

2. Результаты исследований по организации малоокислительного и ма-лообезуглероживающего нагрева металла в методических печах внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используется при подготовке студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

2. Результаты лабораторных и промышленных экспериментальных исследований влияния защитных покрытий алюмосиликатного и периклазоси-ликатного составов на кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф.

3. Результаты экспериментальных исследований температуры плавления окалины рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ.

Автору принадлежит: постановка задачи исследований; проведение экспериментов по исследованию кинетики высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовых сталей марок Э76Ф, Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ и выявлению влияния на нее защитных покрытий различного химического состава; проведение экспериментов по установлению температур плавления окалины рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ; обработка, анализ, обобщение и научное обоснование полученных результатов, формулировка выводов и рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, январь, 2008 г.); XV международной конференции «Теплотехника и энергетика в металлургии» (Днепропетровск, 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина» (Новокузнецк, 2008 г.); Международной научнопрактической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009 г.).

Публикации: Результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах в журналах и сборниках научных трудов, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и приложений. Изложена на 134 страницах, содержит 47 рисунков, 12 таблиц, список использованных источников из 136 наименований.

Общие выводы

1. Теоретические исследования кинетических закономерностей влияния покрытий на взаимосвязанные физико-химические процессы высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали, проведенные на математической модели, показали, что при снижении интенсивности окисления на 10 % и необходимости сохранения неизменной глубины видимого обезуглероженного слоя коэффициент массоотдачи, вследствие применения покрытия, должен быть снижен на 35 - 45 %. При снижении окисления в 2 раза коэффициент массоотдачи нужно снизить примерно в 5 раз, однако при снижении окисления в 10 раз, коэффициент массоотдачи нужно снизить тоже примерно в 10 раз.

2. Экспериментальным путем исследована кинетика высокотемпературного окисления и обезуглероживания легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ, Э30ХГ2САФМ, установлено влияние на нее температурно-временного фактора. Определены температуры плавления окалины легированных рельсовых сталей марок Э78ХСФ и Э30ХГ2САФМ. Установлено, что при температурах менее 1110 °С наиболее интенсивный угар характерен для стали марки Э76Ф, меньше всего до 1050 °С окисляется сталь марки Э30ХГ2САФМ, сталь марки Э78ХСФ занимает промежуточное положение. При температурах более 1110 °С максимальная интенсивность окисления характерна для стали Э30ХГ2САФМ. При температурах более 1190 °С самая низкая интенсивность окислении характерна для стали Э76Ф. Угар стали Э78ХСФ в интервале температур 1050 - 1190 °С минимален из всех исследуемых марок. Выявленные зависимости связаны с повышением в низкотемпературной области защитных свойств окалины по мере роста содержания кремния в стали и со снижением защитных свойств окалины в высокотемпературной области по мере роста содержания в стали кремния.

3. Установлено, что при нагреве под прокатку стали марки Э30ХГ2САФМ вследствие взаимодействия с окислительной атмосферой происходит обогащение поверхностных слоев металла кремнием и обеднение хромом.

4. Исследовано влияние покрытий различного химико-минералогического состава на кинетику высокотемпературного окисления и обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф. Установлено, что наибольшими защитными свойствами при нагреве до температур 1250 - 1280 °С обладают покрытия на основе периклазового наполнителя с минимальным содержанием углерода.

5. Разработана металлосберегающая технология нагрева НЛЗ рельсовой стали в методических печах с шагающими балками, реализуемая на основе применения защитных покрытий, в которых в качестве наполнителя используется - молотый лом периклазовых огнеупоров, фракции менее 0,15 мм, в качестве связующего — водная керамическая вяжущая суспензия (ВКВС) кремнеземистого состава. При толщине защитного покрытия порядка 1 мм в промышленных условиях, обеспечивается снижение угара стали до 0,22 — 0,27 г/см (0,4 - 0,5 %), что почти в 3 раза меньше, чем при нагреве НЛЗ без покрытия. При использовании покрытия значения глубины видимого обезуг-лероженного слоя в НЛЗ снижается с 1,65 - 3,08 мм до 0,25 — 1,19 мм.

6. Разработанные составы покрытий и металлосберегающая технология нагрева НЛЗ в методических печах с шагающими балками приняты к внедрению в практику нагрева рельсовой стали в условиях рельсобалочного стана ОАО "НКМК".

7. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» и используются при подготовке студентов специальностей 150103 - Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей, 150201 - Машины и технология обработки металлов давлением.

1. Улучшение эксплуатационных свойств железнодорожных рельсов с закаленной головкой / Де Боер X., Г. Бинцайслер, Б. Мюсген и др. // Черные металлы. 1993. - № 3. - С. 41 - 49.

2. Кек Н. Комплексная система планирования производства и управления при прокатке самых длинных рельсов в мире / Н. Кек, Ф. Готт-харт, X. Шостер // Черные металлы. 1997. - № 8. - С. 42 - 47.

3. Снитко Ю.П. Современное состояние производства рельсов за рубежом / Ю.П. Снитко, А.Х. Галямов, C.B. Никитин // Материалы юбилейной рельсовой комиссии — 2002 : сб. докладов. Новокузнецк, 2002. С. 10 — 30.

4. Основные направления технического прогресса в производстве рельсов : отраслевой сборник научных трудов / В.В. Леипицкий, И.С. Три-шевский, Д.С. Казарновский и др. // Производство железнодорожных рельсов. Харьков : Изд. ХПИ, 1978. - С. 5 - 9.

5. Дефекты и качество рельсовой стали / В.В. Павлов, М.В. Тем-лянцев, JI.B. Корнева и др.. М. : Теплотехник, 2006. - 218 с.

6. Освоение новой печи с шагающими балками / A.A. Киричков, В .Я. Степаненко, С.Н. Соколов и др. // Сталь. 2001. - № 10. - С. 40-41.

7. Гусовский B.JI. Современные нагревательные и термические печи (конструкции и технические характеристики) / B.JI. Гусовский, М.Г. Ладыги-чев, А.Б. Усачев. -М. : Теплотехник, 2007. 656 с.

8. Киричков A.A. Реконструкция рельсобалочного цеха Нижнетагильского- металлургического комбината- с организацией закалки рельсов с~ прокатного нагрева // Материалы юбилейной рельсовой комиссии 2002 : сб.- докладов. - Новокузнецк, 2002. - С. 31 - 35.

9. Перспективные технологии тепловой и термической обработки в производстве рельсов /В.В. Павлов, М.В. Темлянцев, Л.В. Корнева, А.Ю. Сюсюкин. М. : Теплотехник, 2007. - 280 с.

10. Архаров В.И. Окисление металлов / В.И. Архаров. М. : Металлург-издат, 1945.-171 с.

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

12. Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашев-ский, Б. Гопкинс. — М. : Металлургия, 1965. 428 с.

13. Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов / П. Коф-стад. -М. : Мир, 1969. 392 с.

14. Окисление металлов. Т.1. Теоретические основы / под ред. Ж. Бе-нара. М. : Металлургия, 1967. - 499 с.

15. Окисление металлов / под ред. Ж. Бенара. М. : Металлургия, 1969. -Т.2-444 с.

16. Копыто в В.Ф. Безокислительный нагрев стали / В. Ф. Копытов. — М. : Машгиз, 1947. -144 с.

17. Копытов В.Ф. Нагрев стали в печах / В.Ф. Копытов. М. : Метал-лургиздат, 1955.-264 с.

18. Францевич И.Н. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов / И. Н. Францевич, Р.Ф. Войтович, В.А. Лавренко. — Киев. : Государственное издательство технической литературы УССР, 1963. — 323 с.

19. Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер / Б. М. Эстрин. — М. : Металлургия, 1963. 343 с.

20. Скворцов A.A. Безокислительный и малоокислительный нагрев стали под обработку давлением / A.A. Скворцов, А.Д. Акименко, М.Я. Кузе-лев. М. : Машиностроение, 1968. - 270 с.

21. Окисление и обезуглероживание стали / А.И. Ващенко, А.Г. Зеньковский, А.Е. Лифшиц и др.. М. : Металлургия, 1972. - 336 с.

22. Северденко В.П. Окалина при горячей обработке металлов давлением / В.П. Северденко, Е.М. Макушок, А.Н. Равин. М. : Металлургия. 1977.-208 с.

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

24. Губинский В.И. Уменьшение окалинообразования при производстве проката / В.И. Губинский, А.Н. Минаев, Ю.В. Гончаров. — Киев : TexHi-ка, 1981.-135 с.

25. Шмыков A.A. Термодинамика и кинетика процессов взаимодействия контролируемых атмосфер с поверхностью стали / A.A. Шмыков, A.A. Хорошайлов, Е.А. Гюлиханданов. — М. : Металлургия, 1991. — 160 с.

26. Эстрин Б.М. Контролируемые атмосферы в производстве металлопродукции / Б.М. Эстрин, Ю.И. Шумяцкий. М. : Металлургия, 1991. — 303 с.

27. Энергосберегающая технология нагрева слитков / Е.И. Казанцев, Е.М. Котляревский, A.B. Баженов, И.С. Заварова. -М. : Металлургия, 1992. -176 с.

28. Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов / П.И. Полухин, Ю.В. Грдина, Е.Я. Зарвин. М. : Металлургиз-дат, 1962.-510 с.

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

30. Поляков В.В. Основы технологии производства железнодорожных рельсов / В.В. Поляков, A.B. Великанов. М. : Металлургия, 1990. - 416 с.

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

32. Исследование окисления и обезуглероживания сталей для рельсов и рельсовых накладок при нагреве под прокатку / М.В.Темлянцев,

33. B.С.Стариков, Н.В. Темлянцев, А.Ю. Сюсюкин // Изв. вузов. Черная металлургия. 2004. - № 8. - С. 36 - 38.

34. Нагрев под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой электростали / М.В. Темлянцев, В.В. Гаврилов, Л.В. Корнева, А.Ю. Сюсюкин, Н.В. Темлянцев Н.В. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2005.- № 6.1. C. 69-70.

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

36. 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. 33-35.

37. Темлянцев М.В. Исследование процессов окисления и обезуглероживания стали при нагреве // Сталь. 2007. - № 3. - С. 58-60.

38. Малый С.А. Экономичный нагрев металла / С.А. Малый. М. : Металлургия, 1967. -191 с.

39. Бутковский А.Г. Оптимальное управление нагревом металла / А.Г. Бутковский, С.А. Малый, Ю.Н. Андреев. -М. : Металлургия, 1972. -439 с.

40. Бутковский А.Г. Управление нагревом металла / А.Г. Бутковский, С.А. Малый, Ю.Н. Андреев. М. : Металлургия, 1981. - 272 с.

41. Шульц Л.А. Постадийное сжигание газообразного топлива — основа ресурсосберегающих и экологически совершенных технологий нагрева металла / JI.А. Шульц, Н.М. Говорова // Изв. вузов. Черная металлургия. 1996. -№ 5. - С. 66-70.

42. Шульц Л.А. 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.

43. Влияние обезуглероженного слоя на качество поверхности рельсов / Д.К. Нестеров, В.Ф. Карпенко, Н.Ф. Левченко и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1992. - № 1. - С. 33 - 35.

44. Шур Е.А. Повреждения рельсов / Е.А. Шур. М. : Транспорт, 1971.-112 с.

45. Бардин И.П. О повышении качества рельсов в соответствии с новыми условиями их работы в пути // Вопросы производства и исследования железнодорожных рельсов. М. : Изд. АН СССР, 1960. - С. 3 - 10.

46. Фартусова Т.В. О качестве шлифовки рельсов // Путь и путевое хозяйство. 2006. - № 10. - С. 14.

47. 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.

48. Аппин A.A. Температуроустойчивые неорганические покрытия / A.A. Аппин. Л. : Химия, 1967 - 239 с.

49. Свиринский Л.Д., Прасол Л.И., Брагина Л.Л., Неелова Г.В. // Защитные высокотемпературные покрытия. Л.: Наука, 1972. - 368 с.

50. Защитные покрытия на металлах. Киев : Наукова думка, 1970.276 с.

51. Стеклоэмаль и эмалирование металлов / под ред. В.Е. Горбатен-ко. Новочеркасск : Изд.-во НПИ им. Орджоникидзе, 1974. - 150 с.

52. Солнцев С.С. Защитные покрытия металлов при нагреве / С.С. Солнцев, А.Т. Туманов. -М.: Машиностроение, 1976. — 240 с.

53. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали / С.С. Солнцев. — М. : Машиностроение, 1984. — 256 с.

54. Солнцев С.С. Защитные покрытия металлов при нагреве / С.С. Солнцев. -М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. 248 с.

55. Технология эмали и защитных покрытий / Л.Л. Брагина, А.П. Зу-бехина, Я.И. Белый и др.. Новочеркасск : ЮРГТУ (НПИ) ; Харьков : НТУ «ХПИ», 2003.-488 с.

56. Разработка защитных покрытий для снижения окалинообразова-ния / А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, A.A. Сильченко и др. // Сталь. 1985. - № 10. - С. 56 - 57.

57. О возможности применения защитных жаростойких покрытий при производстве толстолистового проката / Л.Д. Свирский, В.А. Горелов, М.Л. Корогодский и др. // Производство листа № 4. — М. : Металлургия, 1976.-С. 120-124.

58. Применение жаростойких покрытий для защиты металла от высокотемпературной коррозии / Э.Н. Щербаниц, E.H. Гришина, П.Н. Зиновьев и др. // Сталь. 1983. - № 7. - С. 44- 45.

59. Прокатка толстых листов / П.И. Полухин, В.М. Клименко, В.П. Полухин и др.. М. : Металлургия, 1984. - 288 с.

60. A.c. 652228 РФ. Покрытие металла перед горячей обработкой давлением / Горштейн М.М., Лавров В.И., Рыжих А.И. // Б.И. 1979, № 10

61. A.c. 781219 РФ. Состав покрытий для защиты сталей от окисления перед горячей обработкой давлением / Свирский Л.Д., Брагина Л.Л., Приходько Л.И. и др.// Б.И. 1980. №43

62. A.c. 1100269 РФ. Шихта покрытия для защиты сталей и сплавов / Брагина Л.Л., Воропаев А.П., Гришин E.H. и др. // Б.И. 1984. № 24

63. A.c. 1581754 РФ. Покрытия для защиты стали от окисления / Гоголь А.Б., Маркуца A.A., Архипова А.И. и др. // Б.И. 1990. № 28

64. A.c. 2027778 РФ. Обмазка для стальных заготовок от окисления/ Антонов Б.Ф., Зайцев А.И., Комаров Н.Д. и др. // Б.И. 1995. № 3

65. Бобров Г.В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование) / Г.В. Бобров, A.A. Ильин. М. : Интермет Инжиниринг, 2004. - 624 с.

66. Радюк А.Г. Использование газотермических покрытий для защиты стали при высокой температуре / А.Г. Радюк, А.Е. Титлянов, Ю.З. Куль-маметьева // Изв. вузов. Чер. металлургия. 2007. - № 5. - С. 58-61.

67. Совершенствование технологии прокатки тонких полос на широкополосных станах / Ш.Б. Манюров, A.B. Кукляев, В.А. Капитанов и др. // Металлург. 2008. - № 8. - С. 43 - 45.

68. Снижение окалинообразования в печах для нагрева металла / Ю.С. Зайцев, В.А. Каштанов, A.B. Каштанов и др. // Бюл. 4M. 2009. № 7.1. С. 66-68.

69. A.c. 454936 РФ. Устройство для нанесения парашковых материалов / Тимохов Е.П. // Б.И. 1974. № 48.

70. A.c. 611681 РФ. Устройства для нанесения покрытий / Пешков P.C., Савранский К.Н., Гарбер Э.Г. и др. // Б.И. 1978. № 23.

71. Влияние условий окисления колесной стали на структуру и свойства образующейся окалины / Ю. Г. Ярошенко и др. // Сталь. 2003. - № 7. - С. 83-84.

72. Пат. № 2144552 Россия, МКИ 7 С 09 J 1/02. Способ получения силикатного клея связки / К.А. Черепанов, В.А. Полубояров, Е.П. Ушакова и др.. -№ 98106273/04 ; заявл. 08.04.98; опубл. 20.01.2000,"Бюлг№ 2.

73. Черепанов К.А. О возможности замены вяжущих в кислотостойких покрытиях / К.А. Черепанов, З.А. Масловская, A.A. Колесников // Изв. вузов. Черная металлургия. 1995. - № 4. - С. 66-68.

74. Черепанов К.А. Технология изготовления керамобетона / К.А. Черепанов, З.А. Масловская, Н.М. Кулагин // Изв. вузов. Черная металлургия. -1995. -№ 8.-С. 75,76.

75. Черепанов К.А. Керамические неформованные материалы из отходов металлургической промышленности на основе тиксотропных сырьевых смесей / К.А. Черепанов, В.К. Черепанова // Изв. вузов. Черная металлургия. 2003. - № 2. - С. 65-66.

76. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны / Ю.Е. Пивинский. М. ¡Металлургия, 1990.-262 с.

77. Неформованные огнеупоры : справочное издание. В 2 т. Т.1. Книга 1. Общие вопросы технологии / Ю.Е. Пивинский. М. : Теплоэнергетик, 2003. -448 с.

78. Шабанова H.A. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема / Н.А.Шабанова, П.Д. Саркисов. М. : Академкнига, 2004. - 208 с.

79. Мубояджян С.А. Комплексные защитные покрытия турбинных лопаток авиационных ГТД / С.А. Мубояджян, В.П. Лесников, В.П. Кузнецов. Екатеринбург : Квист, 2008. - 208 с.

80. Марочник сталей и сплавов / A.C. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский и др. ; под ред. A.C. Зубченко. М. : Машиностроение, 2003. -784 с.

81. Кащеев И.Д. Свойства и применение огнеупоров / И.Д. Кащеев. -М. : Теплотехник, 2004. 352 с.

82. Кащеев И.Д. Химическая технология огнеупоров /-ИтД. Кащеев, К.К. Стрелов, П.С. Мамыкин. М. : Интермет Инжиниринг, 2007. - 752 с.

83. Темлянцев М.В. Трещинообразование в процессах нагрева и охлаждения сталей и сплавов / М.В. Темлянцев, Т.Н. Осколкова. М. : Флинта : Наука, 2005.- 195 с.

84. Волчок И.П. Сопротивление разрушению стали и чугуна / И.П. Волчок. -М. : Металлургия, 1993. — 192 с.

85. Самойлович Ю.А. Определение перепада температур в слое окалины, растущем на поверхности нагреваемой стальной заготовки // Нагрев и охлаждение стали, теплотехника слоевых процессов : сб.науч. тр. М. : Металлургия, 1970. - № 23. - С. 71 - 81.

86. Расчет нагревательных и термических печей : справ, изд.ание / под ред. В.М. Тымчака, В.Л. Гусовского. -М. : Металлургия, 1983. 480 с.

87. Кривандин В.А. Тепловая работа и конструкции печей черной металлургии / В.А. Кривандин, A.B. Егоров. М. : Металлургия, 1989. - 462 с.

88. Кузнецова Н.П. Влияние окалинообразования на интенсивность теплообмена в методических печах / Н.П.Кузнецова, Г.И. Колченко // Изв. вузов. Черная металлургия. 1988. - № 7. - С. 123 - 126.

89. Невский A.C. Лучистый теплообмен в печах и топках- / А.С.Невский. М. : Металлургия, 1971. -440 с.

90. Таймаров М.А. Степени черноты алюмосиликатных огнеупоров / М.А. Таймаров, Ф.А. Гарифуллин, Д.З. Давлетбаева // ИФЖ. 1987. - Т.53, № З.-С. 406-411.

91. Шутов А.ГТ. Исследование радиационных характеристик жаростойких бетонов и их влияние на интенсификацию теплообмена излучением в пламенных печах : автореф. дис. канд. техн. наук / А.П. Шутов; МИСиС. — М., 2005.-25 с.

92. Хорошавин Л.Б. Окалиноустойчивость некоторых огнеупорных бетонов / Л.Б. Хорошавин, В:А. Перепелицын, Т.И. Борискова- //-Огнеупоры. 1979. -№1,- С. 43-47.

93. Анализ причин повышенного износа стен нагревательных колодцев слябинга 1150 завода им. Ильича / В.Л. Карасик, Т.Н. Кузьмина, Ж.И. Рождественская и др. // Огнеупоры. 1986. - № 3. - С. 42 - 46.

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

95. Эллиот Д.Ф. Термохимия сталеплавильных процессов / Д.Ф. Эллиот, М. Глейзер, В. Рамакришна. М. : Металлургия, 1969. — 252 с.

96. Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / К.К. Стрелов. М. : Металлургия, 1985. - 480 с.

97. Атлас шлаков : Справ. Издание : пер. с нем. М. : Металлургия, 1985.-208 с.

98. Темлянцев М.В., Темлянцева E.H. Огнеупоры и футеровки плавильных и литейных агрегатов алюминиевого производства / М.В. Темлянцев, E.H. Темлянцева. М. : Теплотехник, 2008. - 183 с.

99. Служба огнеупоров / под ред. И.Д. Кащеева, Е.Е. Гришенкова. -М. : Интермет Инжиниринг, 2002. 656 с.

100. Криштал М.А. Многокомпонентная диффузия в металлах / М.А. Криштал, А.И. Волков. -М. : Металлургия, 1985. 176 с.

101. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов железа / Б.М. Могутнов, И.А. Томилин, Л.А. Шварцман. М. : Метал-лургия; 1984г-208с.

102. Гусовская И.В. Некоторые вопросы динамики обезуглероживания и науглероживания / И.В. Гусовская, А.И. Ващенко, JI.A. Шульц // Изв. вузов. Чер. металлургия.- 1974. № 1. - С. 179 - 184.

103. Козырев H.A. Производство железнодорожных рельсов из электростали / H.A. Козырев, В.П. Дементьев. Новокузнецк : Изд-во ИПК, 2000. - 267 с.

104. Основные направления развития производства рельсов в ОАО «НКМК» / А.Б. Юрьев, Н.Х. Мухатдинов, H.A. Козырев, JI.B. Корнева // Сталь. 2010. - № 1. - С. 99-100.

105. Корочкин Е.И. Сравнение различных способов определения угара металла / Е.И. Корочкин, E.JI. Медиокритский, Б.Я. Гладких // Изв. вузов. Черная металлургия. 1966. - № 8. - С. 189 - 192.

106. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна : справ, издание. В 3-х т. / Б.С. Бокштейн, Ю.Г. Векслер, Б.А. Дроздовский и др.. Методы испытаний и исследования. — М. : Интермет Инжиниринг, 2004. Т.1 -688 с.

107. Асцатуров В.Н. Исследование кинетики окисления легированных сталей / В.Н. Асцатуров, Г.А. Лескова // Печи машиностроительной промышленности : Труды ВНИПИТеплопроекта. 1974. - Вып. 34. - С. 63 - 69.

108. Каплан В.Г. Наладка и эксплуатация печей для нагрева металла / В.Г. Каплан. М. : Металлургия, 1965. - 400 с.

109. Темлянцев М.В. Исследование температур оплавления образующейся при нагреве стали печной окалины / М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Изв. вузов. Черная металлургия. 2005. - № 9. - С. 51 - 53.

110. Нагрев стальных слябов / В.Н. Перетятько, Н.В. Темлянцев, М.В. Темлянцев, Ю.Е. Михайленко. -М. : Теплотехник, 2008. — 192 с.

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

112. Снитко Ю.П. Расчет растворимости карбонитридов в рельсовой стали / Ю.П. Снитко, A.B. Введенский, Н.В. Королев // Сборник трудов юбилейной рельсовой комиссии ОАО «КМК». Новокузнецк, 2002. - С. 97 - 104.

113. Ворожищев В.И. Состав и технология производства рельсов повышенной работоспособности. Новокузнецк : Изд-во НПК, 2008. - 351 с.

114. Темлянцев М.В. Высокотемпературное окисление и обезуглероживание кремнистых пружинных сталей / М.В. Темлянцев, Н.В. Темлянцев // Заготовительные производства в машиностроении. 2005. - № 3. - С. 50 - 52.

115. Юшкевич О.П. Тенденции совершенствования составов и развития способов производства остряковых и рельсовых сталей // Сучасш проблемы металлургии. 2007. - №10. - С. 138 - 149.

116. Железнодорожные рельсы из электростали / H.A. Козырев, В.В. Павлов, JI.A. Годик, В.П. Дементьев. Новокузнецк: Изд-во НПК, 2006. -388 с.

117. Изыскание эффективных покрытий для защиты стали от обезуглероживания при нагреве / Н.Г. Антропова, С.Г. Чернявская, В.А. Кравченко и др. // Уменьшение окисления и обезуглероживания стали : сб. статей. — М. : Черментинформация, 1968. 4.1. С. 76 - 80.

118. Бобров Г.В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование) Г.В. Бобров, A.A. Ильин. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. - 624 с.

119. Юшкевич О.П. Тенденции совершенствования составов и развития способов производства Остряковых и рельсовых сталей // Сучасш про-блеми металургп. 2007. - №10. - С. 138 - 149.