Розробка ефективної технології виробництва колісної сталі з використанням методів позапічної обробки та спецелектрометалургії

Таблиця 2. Залежність довговічності колісного металу ЕШП до викришування при контактній втомленості від навантаження

Багатофакторний аналіз, дослідження і оптимізація технологічних параметрів позапічної обробітки колісної сталі.

Методами металографічного аналізу на великому масиві мартенівських плавок встановлено, що у колісному металі морфологія сульфідних включень нестабільна і змінюється від плавки до плавки. Так у металі 70 плавок сірка виділялася у вигляді сульфідів П типу, 65 плавок - 1 типу, а у 115 плавках - одночасно 1 та П типів. Статистичний аналіз показує, що при однаковому хімічному складі величина ударної в'язкості колісної сталі з плівковими сульфідами на 10-15 % нижча, ніж у металі з глобулярними сульфідами, крім цього, вони помітно підвищують флокеночутливість металу. Найбільш широко розповсюдженим методом впливу на морфологію сульфідних включень є модифікування вуглецевої сталі ЛЗМ та РЗМ. Оскільки кисневий потенціал вогнетривів і пічного шлаку при виплавці колісної сталі досить високий, тому завдання регламентації сульфідів необхідно розв'язувати при умовах, коли у сталі повністю вилучалась би можливість утворення плівкових сульфідів. Для розв'язання поставленого завдання була проведена серія лабораторних плавок в індукційній печі. Метал розкислювався за прийнятою на той час (до введення в експлуатацію на НТЗ комплексу позапічної обробки) схемою: у печі феромарганцем і феросиліцієм і на випуску у ковші лігатурою СКТіА. При розливці дослідного металу у виливниці він оброблявся зростаючими добавками сірчистого заліза (Fe + 30 % S). Із результатів металографічних досліджень випливало, що критична концентрація сірки залежить від кількості лігатури: при витраті СКТіА 1,2 кг/т критичною є концентрація сірки, що дорівнює 0,043-0,046 %, при кількості 1,6-1,8 кг/т трансформація сульфідів реалізується при 0,016-0,028 % S. У цьому зв'язку для промислових умов рекомендована найбільш оптимальна витрата лігатури у кількості 1,6-2,0 кг/т.

Для колісної сталі, нарівні з морфологією, важливе значення має також температура плавлення сульфідів, оскільки від неї залежить схильність металу до перегріву, технологічна (гаряча) пластичність і оброблюваність різанням. Результати розрахунків за термодинамічними характеристиками реакцій утворення сульфідів типу Mn_xFe_1-xS при заданому значенні активності марганцю показали, що одержання сульфідів з температурою плавлення понад 1250 ^оС забезпечується при відношеннях активності марганцю до сірки _Mn/_S > 60-70.

Результати виконаних багатопланових теоретичних та дослідно-промислових досліджень щодо розробки технології підвищення якості колісної сталі при виплавці її у відкритих дугових електропечах, способами спеціальної електрометалургії стали також передумовою для розв'язання ряду взаємопов'язаних завдань при освоєнні технології рафінування рідкої сталі в установках піч-ківш (LHF) і камерному вакууматорі (VD). Двоєдина задача досягнення більш глибокої десульфурації і підвищення стійкості футеровки печі ковша (особливо шлакового поясу) розв'язана на основі аналізу термодинамічних даних складних оксидно-фторидної СаО-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂ і металічної Са-О-Fe систем.

Проектна технологія, що розглядалась спочатку тільки для нагріву металу на печі-ковші перед вакуумуванням, передбачала використання шлаку бінарної системи СаО-СаF₂ (на 120 т рідкої сталі витрачали 300 кг вапна і 20 кг плавикового шпату). Цей шлак досить активно хімічно взаємодіяв з андалузитовою футеровкою ковшу (63,4 % Al₂O₃ та 36,6 % SiO₂), внаслідок чого стійкість шлакового поясу складала 2-4 плавки. У наступний період шлаковий пояс футерували імпортною периклазохромітовою цеглою (марка SLV20, Словаччина). Петрографічними дослідженнями виломок футеровки шлакового поясу, виконаного із периклазохроміту, виявлені особливості хімічної ерозії вогнетривів під впливом оксидно-фторидних шлаків і високих температур. Вивчена динаміка хімічного складу рафінувального шлаку у печі-ковші по ходу технологічного циклу. Встановлено, що у кінці періоду рафінування сталі при включених електричних дугах шлак мав такий хімічний склад (у мас. %): 40,4 СаО; 22,3 SiO₂; 8,2 Al₂O₃; 2,12 CaF₂; 20,1 MgO; 4,4 Fe_заг; 0,22 S; %CaO/ %SiO₂=1.Коефіцієнт розподілу сірки під цим шлаком складає L_S = (%S)/ [ %S]= 22,0. На підставі виконаних досліджень зроблено висновок, що таке значення L_S можна одержати, використовуючи безфторидний шлак системи СаО-Al₂O₃-SiO₂, який менш реакційний по відношенню до андалузитової і периклазохромітової футеровок.

Теоретичною передумовою постановки дослідження і впровадження розроблених складів рафінувального шлаку стали нові дані про термодинамічні властивості розплавів тернарної СаО-Al₂O₃-SiO₂ та тетрарної оксидно-фторидної систем (А.Н. Зайцев, Б.М. Могутнов та ін. ЦНДІЧормет).

Ефузійним методом Кнудсена з масспектральним аналізом продуктів випарювання оксидної і оксидно-фторидної системи ці автори розраховували термодинамічну активність компонентів СаО, Al₂O₃, SiO₂ та СаF₂, а також визначали склад парової фази.

Одначасно з SiF₄ і AlF₃ у мас-спектрах насиченого пару виявлені іони SiF⁺₃, CaF⁺₂, AlOF₃⁺, SiO⁺ та ін., що дозволяє побічно характеризувати паро-газову фазу над рафінувальним шлаком як середовище складного компонентного складу, головним серед яких SiF₄ та AlF₃, що утворюються за реакціями:

2СаF₂ + SiO₂ = 2CaO + SiF₄;

3СaF₂ + Al₂O₃ = 3CaO + 2AlF₃.

Як витікає із даних рис. 7 у міру збагачення рафінувального шлаку SiO₂ суттєво знижується активність СаО, що погіршує десульфуруючу властивість шлаку.

Рис. 7. Лінії ізоактивності СаО на розрахувальному ізотермічному пере-тині (Т=1773 К) діаграми стану системи СаF₂-SiO₂-Al₂O₃-CaO з x(CaF₂)=0,1 (за стандартний стан оксиду кальцію обрано твердий СаО)

Розроблений у даній роботі склад рафінувального шлаку запропоновано формувати з використанням компонентів оксидного характеру (бій анадалузитової цегли, шамоту) і метало-оксидного матеріалу, що є собою сумішшю глинозему з включеннями металічного алюмінію. Сульфідна ємкість основного шлаку підвищується із зростанням темпера-тури, але при відсутності розкислю-вача рівноважний коефіцієнт розподілу сірки зменшується (рис. 8), тому що при цьому підвищується вміст FeO у шлаці та [O] у металі:

(СаО) + (FeS) = (CaS) + (FeO).

Застосування шлако-розкислюючої суміші, що містить алюміній, поліпшує термодинамічні умови видалення сірки завдяки протіканню сумарної реакції:

(СаО) + [S]_Fe + 2/3Al = (CaS) + (1/3 Al₂O₃).

Застосування для розкислення металу алюмінію з надлишиком [ %Al]/ [ %O]25 приводить до утворення включень чистого корунду, які при пресопрокатці колісних заготовок розташовуються у напрямку деформації і утворюють рядки.

Рис. 8. Залежність L_S від температури (1500 ^оС; 1650 ^оС) і вмісту алюмінію у сталі

Склад трансформованого корунду залежить від кількості введеного кальцію. При введенні силікокальцію (СК 30) у кількостях нижче 0,3-0,5 кг/т, як правило, утворюються включення Al₂O₃-6Al₂O₃CaO, а при великій кількості - утворюються рідкі глобулярні алюмосилікати кальцію, які швидше видаляються із сталі.

Розробка раціонального шлакового режиму (при виплавці сталі, випуску у сталерозливний ківш і обробці на LHF) передбачала гнучке використання алюмінію та матеріалів, що містять вуглець. Порошкоподібний графіт (ТУ 4801-44-94) вводився у шлак з використанням торкрет-машини товстостінною трубою, футерованою сифонними трубками.

Рис. 9. Зниження кількості неме-талічних включень при продувці аргоном у ковші з рафінувальним шлаком () і при звичайній технології(о)

Шлак кінця періоду плавлення інтенсивно пінився і добре сходив через робоче вікно, при цьому, за час продувки (4 хв.40 сек) температура металу підвищувалася на 15^оС, тобто, у тричі швидше, ніж при звичайному процесі. Вміст фосфору після закінчення полірування складав не більше 0,011 %, а тривалість доводки скоротилася на 0,5 години. Після випуску перших порцій металу у ківш присаджувалися тверді шлако-утворюючі: порошок, що містить алюміній (120-150 кг) та молоте вапно (300 кг), з одночасною подачою аргону.

Витримка металу під рафінувальним шлаком з продувкою (рис. 9), крім видалення сірки, дозволила знизити і загальний вміст неметалічних включень (у порівнянні із звичайною технологією виплавки колісної сталі без застосування позапічної обробки). Наведення рафінувального шлаку на випуску дозволило передавати ківш на установку піч-ківш без скачування шлаку на стенді. колісна сталь карбонітрідне зміцнення

Подальша обробка шлаку на установці LHF проводилася присадками вапна (порція по 150 кг) та порошку, який містить алюміній, при співвідношенні 3:1 у кількостях, визначених вихідним вмістом сірки. Використання наведеного шлакового режиму дозволило мати у готовому металі гарантований вміст сірки до 0,010 %, стабілізувати умови горіння електричної дуги і збільшити термін служби вогнетривкої футеровки сталерозливного ковшу.

ВИСНОВКИ

Головний підсумок цієї дисертаційної роботи полягає у тому, що у ній поставлено і одержало конкретне розв'язання ряд наукових та прикладних завдань у галузі теорії і технології сталеплавильних процесів: розроблені, досліджені, освоєні і впроваджені принципово нові технологічні схеми і процеси виплавки колісної сталі у мартенівських і дугових електропечах, у електротермічних установках спецелектрометалургії, технологічні режими позапічного рафінування і модифікування рідкої колісної сталі на установках електропіч-ківш, в вакуумній камері з продувкою аргоном і на установці порційного вакуумування, що дозволило підвищити якість вуглецевої колісної сталі, і, як наслідок, конкурентоздатність цільнокатаних коліс на Євро-Азіатських ринках металопродукції. Для успішного розв'язання цього головного багатофакторного завдання у дисертації виконано комплекс досліджень, складних за своєю науковою суттю та практичним здійсненням у промисловому виробництві.

Основні результати, висновки і положення, одержані у роботі, в узагальненому вигляді наведені нижче.

Проведено аналіз технологій виплавки вуглецевої сталі колісного сортаменту в умовах Нижньодніпровського трубопрокатного заводу, Виксунського металургійного заводу і Нижньо-Тагільського металургійного комбінату в аспекті відповідності діючих технологічних режимів мартенівської плавки, розкислення і позапічної дегазації аргоном, основним положенням сталеплавильних процесів і вимогам нормативних документів "Укрзалізниці" (Україна) та МПС (Росія) до якості металу цільнокатаних коліс широкого сортаменту і різного функціонального призначення: рухомого складу залізничного транспорту, локомотивів і вагонів метрополітену.

Встановлено, що на відміну від прийнятої у міжнародній металургійній практиці технології виплавки колісної сталі переважно у дугових електропечах основним процесом з наступним обов'язковим вакуумуванням рідкої сталі, на металургійних підприємствах України і Росії на початок виконання цієї дисертаційної роботи колісна сталь виплавлялася тільки у мартенівських печах без застосування вакуумування і не було теоретичних і дослідно-промислових даних з технології виплавки колісної сталі у дугових електропечах з позапічним рафінуванням і вакуумуванням. Виробництво коліс із мартенівської сталі, не підданих вакуумуванню, суттєво обмежувало експорт цільнокатаних коліс, а також їх використання під рухомим складом спеціального призначення (транспорт вихідного і відпрацьованого атомного енергетичного палива, об'єктів оборонного призначення тощо).

Вперше науково обґрунтовані, розроблені технології і проведені крупномасштабні серії дослідно-промислових плавок колісної сталі у дугових печах ємкістю 5,30 та 100 т основним процесом за різними варіантами виплавки із застосуванням позапічних методів вакуумного рафінування. Мета дослідних плавок полягала в одержанні вихідних даних для проектування електросталеплавильного виробництва на НТЗ, забезпеченні високо-швидкісних електропоїздів типу ЕР-200 надійними в експлуатації колесами, а також проробці технологічних схем, що забезпечують одержання коліс із сталі вказаного походження у випадку їх потреби на міжнародному ринку металопродукції.

Розроблена і освоєна технологія виплавки колісної сталі у дугових 100-тонних електропечах електросталеплавильного цеху Донецького металургійного заводу і відпрацьовані режими вакуумної обробки сталі з допомогою порційного вакууматора, що було викликано необхідністю одержання високоякісної колісної електросталі, а також порівняльної оцінки застосування порційного вакуумування порівняно з камерним. Дослідження металу показало, що порційне вакуумування сприяє підвищенню механічних властивостей: тимчасовий опір склав 940-1070 Н/мм², пластичні характеристики (відносне звуження та подовження) підвищилися у середньому у 1,5-1,8 рази, ударна в'язкість зразків суттєво збільшилась в області негативних температур і була у 1,5 рази вище значень для металу коліс звичайної мартенівської виплавки. На підставі даних експлуатаційних випробувань дослідних коліс із електросталі в колісних парах вагонів швидких пасажирських поїздів і вантажнотоварних рухомих складів встановлено, що дослідні колеса переточувалися значно рідше; середня стійкість проти спрацювання пасажирських вагонів у зимовий час на транссибірській магістралі (Москва-Владивосток) складала від 22,55 до 23,44 тис. км на 1 мм прокату проти 19,65 тис. км на 1 мм для коліс із металу традиційної технології виплавки у мартенівських печах.

У рамках поставленого завдання комплексного підвищення якості колісної сталі проведені дослідження щодо впливу напівбезперервної розливки і центробіжної відливки на якість металу і властивості коліс. Розливка металу на МПНЛЗ у кристалізатор 405 мм зі швидкістю витягання 0,25 м/хв. дозволила одержати гладку (рівну), без заворотів кірочки, поверхню зливків. Якість металу коліс відповідала вимогам ГОСТу та UIC, пластичні властивості металу у 1,4-1,5 рази, а ударна в'язкість при мінусових температурах у 1,4-3,2 рази вище, ніж металу коліс поточного виробництва і розлитого по виливницях. Завдяки направленому тепловідводу, а також зростанню сил спливання неметалічних включень при центробіжній розливці колісної сталі зі швидкістю обертання кокилю 600-850 об/хв, метал відливок характеризується сильним подрібненням дендрітної структури і інтенсивним очищенням від неметалічних включень.

На підставі аналізу вкладу металургійних факторів (взаємодія вуглецю і кисню у розплавах, вміст газів, режими розкислення, температура металу на випуску, умови кристалізації та ін.) на показники якості вуглецевої сталі, літературних, експериментальних даних і результатів досліджень зроблено висновок, що ефективним способом комплексного підвищення механічних характеристик колісної ферито-перлітної сталі є подрібнення її структури, підвищення стійкості металу до перегріву, зниження ступеню локалізації електронів на міжкристалітних зонах, переведення зернограничних сегрегіруючих елементів у стійкі вторинні фази сприятливої форми.

Проведений аналіз даних теоретичних досліджень щодо розчинності кисню у залізі, а також оцінка його поведінки при окисленні вуглецю мають важливе значення для термодинамічних розрахунків активності кисню і сірки у рідкій сталі. Вивчені сучасні дані з питання підвищення якості вуглецевих сталей виплавлених у мартенівських та електродугових печах при використанні різних розкислювачів, що дозволило визначити умови утворення і трансформації продуктів реакції розкислення, а також виявити фактори, що впливають на швидкість очищення сталі від окислів і оксисульфідів. Термодинамічна оцінка умов розкислення сталі розчинним магнієм дозволила встановити механізм взаємодії з матрицею сталі в залежності від його концентрації. Використання композицій, що містять магній, при виплавці колісної сталі забезпечило зниження вмісту кисню на 26-35 %, забрудненості оксидними включеннями на 0,5-1,0 бал, що дозволило в умовах НТЗ збільшити вихід придатних коліс на 6,42 %, а в умовах ВМЗ загальна відбраковка по усьому переділу зменшилась на 17 %.

Досліджена термодинаміка процесів взаємодії азоту, розчиненого у колісній сталі, з нітридоутворюючими елементами (Al, V, Tі, РЗМ) і вплив нітридних (карбонітридних) надмірних фаз виділення на розмір аустенітного зерна. Показано, що розроблена технологія виплавки сталі у 250-тонних мартенівських печах, яка передбачає застосування феросплавів, що містять азот (азотованих ферованадію та марганцю металічного), у поєднанні з введенням у достатній кількості нітридоутворюючих елементів, забезпечує одержання сталі з більш дрібним аустенітним зерном (до 9 балів) порівняно зі сталлю без нітридного (карбонітридного) зміцнення, більш високі стабільні значення в'язкості металу коліс (до 63 Дж/см 2) при збереженні на достатньо високому рівні показників міцності. Експлуатаційними річними випробуваннями колісних пар із дослідного металу у рухомому складі на замкнутому маршруті складного профілю шляху на ділянці Мурманськ-Апатити встановлено, що спрацювання одного із найбільш відповідальних елементів колеса - гребеня - зменшилося на 10 %, середньомісячний прокат дослідних коліс проти серійних знизився на 40-50 %. Результати експлуатаційних випробувань коліс і дані металографічних досліджень структури металу біля поверхні катання коліс до і після їх річної експлуатації дозволити зробити висновок про доцільність виплавки сталі з нітридним (карбонітрідним) зміцненням і розробити нормативний документ ТУ 14-15-281-91 "Колеса підвищеної міцності із сталі з карбонітридним зміцненням".

Виконаний комплекс науково обґрунтованих експериментальних лабораторних і дослідно-промислових робіт з модифікування вуглецевої колісної сталі халькогенідними елементами - селеном та телуром. Встановлено, що присадкою цих елементів (0,008 % - 0,029 % Se та 0,005-0,030 % Те) можна впливати на структурні параметри та морфологію сульфідних включень при відношенні вмісту селену і телуру до сірки, рівним 0,4-0,8 та 0,05-0,15 відповідно. Модифікована халькогенідними елементами колісна сталь стандартного хімічного складу має значення ударної в'язкості при +20 % на 15-20 % вище, а при негативних температурах у 2-4 рази більше у порівнянні з поточним металом при збереженні конструктивної міцності. Підтверджено, що сталь, модифікована селеном (телуром) має протифлокенний імунітет.

Для забезпечення рухомих складів спеціального призначення надійними колесами, виконано комплекс досліджень і дослідно-промислових плавок по підвищенню якості колісної сталі електрорафінуючими переплавами - ЕШП та ВДП, що дозволило також виявити потенціальні гранично можливі властивості вуглецевої ферито-перлітної сталі, як конструкційного металу для цільнокатаних коліс, одержуваних пресопрокаткою. Дослідження впливу перегріву рідкої вуглецевої сталі при рафінуючих електропереплавах на переохолодження і структуроутворення металу з використанням диференційно-термічного аналізу показали, що висока однорідність і дисперсність металу ЕШП обумовлені не тільки направленим і прискореним тепловідводом, але і значним переохолодженням розплаву, що кристалізується.

Розроблена технологія ЕШП колісної сталі з модифікуванням комплексною лігатурою, що містить Si, Ca, Mg та РЗМ, і розкисленням силікокальцієм. Металофізичні і фізико-механічні випробування показали, що макроструктура зливків має дуже щільну будову, без явно виражених структурних зон, величина природного зерна металу ЕШП, у середньому, на 2 бали менше поточного, при цьому міжпластинчаста відстань у перліті дорівнює 0,17 мкм; за твердістю та міцністю дослідний метал значно перевершує порівняльний без зниження пластичних властивостей, ударна в'язкість при позитивній температурі вище у 1,3-1,8 рази, а при негативній - у 2,2-2,8 рази Це забезпечило дослідним колесам підвищені експлуатаційні властивості з небачиним раніше поєднанням високої міцності при одночасно високій пластичності і в'язкості. Для рухомого складу особливо відповідального призначення рекомендовано використовувати колеса із металу ЕШП по ТУ 14-15-185-88 "Колеса цільнокатані діаметром 950 мм із сталі електрошлакового переплаву".

Фізико-хімічний і термодинамічний аналіз властивостей сплавів системи СаО-СаF₂, дозволив зробити висновок, що застосовуваний раніше покривний шлак при обробці металу на установці електропіч-ківш не є оптимальним як в аспектах технологічних характеристик (дегазація, стійкість вогнетривної футеровки, десульфурація), так і фізичних властивостей (електропровідність і рідкорухливість) та дорожнечі. У цьому зв'язку рекомендовано до використання і впроваджено шлак системи СаО-Al₂O₃-SiO₂, що забезпечує оптимальні умови нагріву і глибоку десульфурацію колісної сталі.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У ПРАЦЯХ

1. Колесная сталь /И.Г. Узлов, М.И. Гасик, А.Т. Есаулов, Н.Г. Мирошниченко, Ю.С. Пройдак. - К.: Техніка, 1985. - 186 с.

2. Металлургия высокомарганцевой стали /М.И. Гасик, Ю.Н. Петров, И.А. Семенов, Ю.С. Пройдак и др. - К.: Техніка, 1990. - 136 с.

3. Специальная электрометаллургия: Учеб. пособие /М.И. Гасик, Б.И. Медовар, О.И. Поляков, А.П. Горобец, Ю.С. Пройдак - Днепропетровск: ДМетИ, 1987. - 92 с.

4. Физикохимия огнеупорных изделий, тиксотропных масс и применение их в электрометаллургическом производстве: Учебное пособие для вузов /М.И. Гасик, Ю.С. Пройдак, В.А. Гладких и др. - Днепропетровск: Системные технологии. 1999. - 201 с.

5. Передовой опыт производства колесной стали. /Ю.С. Пройдак, А.А. Конышев, В.И. Кирсанов и др. - Днепропетровск. Ред. отдел обл. упр. по печати, 1991. - 76 с.

6. Повышение служебных характеристик колесной электростали /И.Г. Узлов, М.И. Гасик, Н.Г. Мирошниченко, Ю.С. Пройдак и др. //Бюллетень ЦНИИЧМ. - 1980. - вып. 18(878). - С. 48-50.

7. Пройдак Ю.С., Манько В.А., Озимина В.В. Влияние способов производства, раскисления и внепечной обработки колесной стали на качество металла и свойства железнодорожных колес. //Металлургия и коксохимия. - К.: Техніка. - 1984. - вып. 85. - С. 18-24.

8. Влияние нитридного упрочнения стали на свойства готовых колес для подвижного состава МПС /В.А. Манько, Ю.С. Пройдак, С.В. Гречаная и др. Металлургия и коксохимия. - К.: Техніка. - 1984. - вып.85 - С. 24-27.

9. Исследование влияния редкоземельных металлов на качество колесной стали. /М.И. Гасик, В.А. Манько, Ю.С. Пройдак и др. //Технология производства стали для железнодорожных рельсов и колес. - Харьков, УкрНИИМет. - 1984. - С. 66-69.

10. Производство колесной стали с применением редкоземельных металлов /М.И. Гасик, В.А. Манько, Ю.С. Пройдак и др. //Сталь. - 1985. - № 1. - С. 28-30.

11. Повышение качества электростали /М.И. Гасик, И.Г. Узлов, Ю.С. Пройдак и др. //Бюллетень ЦНИИ ЧМ. - 1985. - вып.3(983). - С. 38-39.

12. Производство стали для железнодорожных колес и ее качество. /Я.А. Шнееров, С. И. Лавренко, Ю.С. Пройдак и др. //Металлургическая и горнородная промышленность. - 1985. - № 2. - С. 15-16.

13. Влияние электрошлакового переплава на качество и свойства колесной стали /Б.И. Медовар, М.И. Гасик, И.Г. Узлов, Ю.С. Пройдак. //Проблемы спецэлектрометаллургии. - 1986. - № 4. - С. 27-30.

14. Влияние различных способов разливки на качество колесной стали /Ю.С. Пройдак, В.А. Манько, М.И. Староселецкий и др. //Металлургия и коксохимия. - 1986. - вып. 90. - С. 5-11.

15. Совершенствование технологии выплавки и модифицирования колесной стали ферроселеном и ферротеллуром. /М.И. Гасик, М.И. Староселецкий, Ч.Д. Исмаилов, Ю.С. Пройдак и др //Бюллетень ЦНИИ ЧМ. - 1988. - вып.20. С. 14-16.

16. Гасик М.И., Пройдак Ю.С., Горобец А.П. Электрошлаковый переплав - эффективная технология повышения качества колесного и подшипникового металла //Электрошлаковая технология. Сб. ст. посвященных 30-летию электрошлакового переплава. Под ред. Патона Б.Е., Медовара Б.И. и др. - К.: Наукова думка. - 1988. - С. 27-31.

17. Гасик М.И., Исмаилов Ч.Д., Пройдак Ю.С. Повышение ударной вязкости углеродистой стали, модифицированной селеном и теллуром //Изв. вузов. Черная металлургия. - 1988. - № 1. - С. 167-168.

18. Природа включений и водородостойкость углеродистой стали, модифицированной селеном и теллуром /М.И. Гасик. Ч.Д. Исмаилов, Ю.С. Пройдак и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. - 1988. - № 9. - С. 52-56.

19. Пройдак Ю.С., Бурков В.И., Ивченко В.И. Пути повышения качества цельнокатаных железнодорожных колес //Проблемы металлургического производства. - К.: Техника. - 1989. - вып.99. - С. 39-42.

20. Прокаливаемость стали как резерв повышения износостойкости бандажей и колес /Л.М. Школьник, Д.П. Марков, Ю.С. Пройдак и др. //Вестник ВНИИ ЖТ. - 1990. - № 9. - С. 32-36.

21. Гасик М.И., Пройдак Ю.С., Исмаилов Ч.Д. Влияние перегрева и модифицирования жидкой углеродистой стали на переохлаждение и структурообразование металла //Проблемы спец. электрометаллургии. - 1990. - № 2. - С. 100-104.

22. Влияние селена и теллура на ударную вязкость углеродистой стали при минусовых температурах /М.И. Гасик, Ч.Д. Исмаилов, Ю.С. Пройдак и др. //Сталь. - 1991. - № 2. - С. 39-41.

23. Ресурсосберегающая технология выплавки коррозионностойкой хромоникелевой медьсодержащей стали /А.З. Шевцов, В.А. Шевченко, Ю.С. Пройдак и др. // Бюллетень ЦНИИ ЧМ. - 1991. - № 8(1108). - С. 43-45.

24. Влияние состава и морфологии неметаллических включений на механические свойства колесной стали /Б.И. Медовар, М.И. Гасик, Ю.С. Пройдак и др. //Проблемы спец. электрометаллургии. - 1993. - № 3. - С. 7-12.

25. Физико-химические особенности поведения алюминия в период шлакообразования, доводки и раскисления колесной стали /Ю.С. Пройдак, И.И. Овцин, Л.М. Школьник и др. //Проблемы металлургического производства. - К.: Техника. - 1992. - вып.108. - С. 61-69.

26. Исследование влияния режимов раскисления флюса при электрошла-ковом переплаве на качество углеродистой стали /Ю.С. Пройдак, В.И. Ивченко, Е.И. Кадинов и др. //Проблемы металлургического производства. - К.: Техніка. 1993. - вып. 109. - С. 27-30.

27. Пройдак Ю.С., Ивченко В.И., Мячин В.Г. Влияние селена и теллура на поверхностно-чувствительные и эксплуатационные свойства нержавеющей стали //Проблемы металлургического производства. - К.: Техника. 1993. - вып.109. - С. 73-78.

28. Повышение качества колесной стали при легировании азотированным феррованадием в ковше /Ю.С. Пройдак, М.И. Гасик, Е.И. Кадинов и др. //Сталь. - 1994. - № 7. - С. 29-30.

29. Применение шлака алюминиевого производства при выплавке колесной стали /Ю.С. Пройдак, Е.И. Кадинов, В.И. Ивченко и др. //Сталь. - 1995. - № 2. - С. 24-25.

30. Пройдак Ю.С. Свойства колесной стали электрошлакового переплава для железнодорожных колес ответственного назначения //Теория и практика металлургии. - 1997. - № 3. - С. 49-52.

31. Пройдак Ю.С. Регламентация серосодержащих включений при модифицировании углеродистой стали халькогенидами //Теория и практика металлургии. - 1997. - № 4. С. 16-19.

32. Пройдак Ю.С. Повышение качества колесной стали различными способами внепечной обработки //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1998. - № 2. - С. 32-35.

33. Пройдак Ю.С., Деревянченко И.В., Гальченко А.В. Технология выплавки стали в сверхмощных дуговых печах с спользованием альтернативных источников энергии //Теория и практика металлургии. - 1998. - № 2. - С. 59-60.

34. Деревянченко И.В., Пройдак Ю.С., Гальченко А.В. Использование углеродсодержащих материалов при производстве стали в современной дуговой сталеплавильной печи на Молдавском металлургическом заводе //Системные технологии. Прогрессивные способы получения и технологии производства материалов: научн. труды - вып.4. - Днепропетровск. - 1998. - С. 17-23.

35. Пройдак Ю.С., Исмаилов Ч.Д. Особенности модифицирования углеродистой стали селеном и теллуром //Системные технологии. Прогрессивные способы получения и технологии производства материалов: сб.научн.труд. - вып.4 - Днепропетровск. - 1998. - С. 84-92.

36. Пройдак Ю.С. Применение непрерывной разливки и центробежного литья при производстве колесных заготовок //Теория и практика металлургии. - 1998. - № 4. - С. 18-20.

37. А.с. 740838 СССР от 21.02.1980. Способ выплавки стали в электропечах /Шнееров Я.А., Гасик М.И., Узлов И.Г., Пройдак Ю.С. и др.

38. А.с. 1247153 СССР от 1.04.86. Сталь /Лучкин В.С., Федорова И.П., Кожушко В.А., Пройдак Ю.С. и др.

39. А.с. 1399368 СССР от 1.02.1988. Штамповая сталь /Манько В.А., Гасик М.И., Пройдак Ю.С. и др.

40. Металлургические принципы повышения качества углеродистой и коррозионностойкой сталей модифицированием селеном и теллуром /Б.И. Медовар, М.И. Гасик, Ю.С. Пройдак и др. //Сборник научных сообщений Х Всесоюзной конференции по физико-химическим основам металлургических процессов, ч.1, 1991, с. 153-155.

41. Гасик М.И., Пройдак Ю.С., Исмаилов Ч.Д. Повышение хладостойкости углеродистой стали путем управления структурой на стадии металлургического передела /Материалы 1 Советско-Чехословацкого симпозиума по теории металлургических процессов. ч.1. Москва, ИМет, 1989, с. 24-28.

42. Технологические особенности выплавки колесо-бандажной стали с применением азотсодержащих материалов /М.И. Гасик, Ю.С. Пройдак А.А. Конышев и др. /Труды первого конгресса сталеплавильщиков. Москва. 1992, с. 171-173.

43. Математическое моделирование процесса образования пузырьков в слитке углеродистой стали /М.И. Гасик, А.Н. Михалев, Ю.С. Пройдак, Д.Д. Лысый //Материалы научно-технической конференции "Электросталеплавильное производство Украины: состояние и перспективы внепечного рафинирования и модифицирования стали". - Днепропетровск. - ДНВВП "Системні технології". - 1997. - С. 18-20.

АНОТАЦІЯ

Пройдак Ю.С. Розробка ефективної технології виробництва колісної сталі з використанням методів позапічної обробки та спецелектрометалургії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - Металургія чорних металів - Державна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Дисертація присвячена вирішенню проблемної задачі підвищення якості колісної сталі для залізничного транспорту. В роботі виконано теоретичні і експериментальні дослідження процесів розкислення та рафінування вуглецевої колісної сталі, що дозволило вперше у промислових умовах провести комплексні дослідження з виплавки колісної сталі у великовантажних дугових печах з послідуючим використанням різноманітних методів позапічної обробки. Досліджена термодинаміка процесів взаємодії азоту, розчиненого у колісній сталі, з нітрідоутворюючими елементами і на цій основі розроблена ефективна технологія карбонітрідного зміцнення. Комплексними лабораторними дослідженнями та промисловим випробуванням встановлена доцільність використання методів спецелектрометалургії при виробництві коліс відповідального призначення. Досліджені та оптимізовані технологічні параметри виплавки колісної сталі у мартенівських печах з послідуючою комплексною позапічною обробкою. Основні результати роботи знайшли практичне застосування при виплавці колісної сталі.

Ключові слова: колісна сталь, рафінування, десульфурація, модифіку-вання, рафінуючі електропереплави, позапічна обробка, вакуумування.

АННОТАЦИЯ

Пройдак Ю.С. Разработка эффективной технологии производства колесной стали с использованием методов внепечной обработки и спецэлектрометаллургии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.02 - Металлургия черных металлов - Государственная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Диссертация посвящена научно обоснованной разработке и внедрению эффективной технологии производства колесной стали в различных сталеплавильных агрегатах (мартеновских и электродуговых печах) с широким использованием современных методов внепечной обработки жидкой колесной стали и способов рафинирующих электропереплавов.

Результаты теоретических исследований по повышению качества углеродистых сталей при использовании различных раскислителей позволили определить условия образования и изменения продуктов реакции раскисления, выявить факторы, влияющие на скорость очищения стали от нерастворимых в ней окислов и оксисульфидов, а также определить связь раскисления с процессом десульфурации и газонасыщенностью жидкого металла, что имеет важное практическое значение для повышения качества колесной стали. Разработанная и освоенная технология выплавки колесной стали в большегрузных дуговых электропечах с последующим вакуумным рафинированием обеспечила железнодорожным колесам высокий запас прочностных и пластических свойств: для металла колес марки 1 временное сопротивление разрыву составляет 940-1000 Н/мм², марки 2-960-1070 Н/мм². Пластические свойства металла колес оказались в среднем в 1,5-1,8 раза выше, чем серийного, а ударная вязкость в области отрицательных температур выше в 1,5 раза. Эксплуатационные испытания колес в подвижном составе скорых пассажирских поездов подтвердили их высокую износостойкость и надежность. Внедрение технологии раскисления колесной стали Si-Mg-Ti-содержащими лигатурами на Нижнеднепровском трубопрокатном заводе позволило увеличить выход годных колес на 6,42 %, при этом их брак по металлургическим признакам снизился на 0,71 %, а брак заготовок на 2,21 %. Результаты отбраковки заготовок и колес при внедрении рассматриваемой технологии на Выксунском металлургическом заводе показали. что общая отбраковка по всему переделу уменьшилась на 17 %.

Приведены результаты термодинамического анализа и физико-химического исследования процессов модифицирования структуры стали и управления формированием вторичных фаз с использованием современных достижений металлофизики, при этом, применительно к колесной стали, показана принципиальная возможность повышения качества металла посредством нитридного упрочнения и модифицирования халькогенидами. Для колес грузовых вагонов с нагрузкой на ось свыше 25 т разработана и внедрена технология производства стали с карбонитридным упрочнением, в результате чего были созданы ТУ 14-15-281-92 "Колеса повышенной прочности из стали с карбонитридным упрочнением". Эксплуатационные испытания колесных пар в замкнутом маршруте в результате годичной эксплуатации показали, что износ гребня - ответственного элемента колеса - ниже на 10 %, а среднемесячный прокат меньше на 40-50 %, чем у серийных. Применение технологии шлакового режима с использованием алюминийсодержащих материалов - продуктов переработки шлаков производства вторичного алюминия - обеспечило значительное снижение окисленности металла и шлака. Микроструктура опытного металла при этом представляет собой сорбитообразный перлит с тонкой ферритной сеткой, на большинстве плавок достигнуто измельчение зерна до 7-8 балла против 6-7 балла в металле текущей выплавки. Внедрение разработанного шлакового режима позволило сократить на 10 % расход марганцевых и кремнистых ферросплавов и снизить себестоимость колесной стали.

На основании комплексных лабораторных и полупромышленных исследований разработана, исследована и освоена рациональная технология производства колесной стали методом ЭШП, обеспечившая уникальное сочетание служебных свойств при одновременно высокой пластичности и вязкости металла. С использованием современных методов металлофизики впервые показано, что высокая однородность и дисперсность колесной стали ЭШП обусловлены не только направленным и ускоренным теплоотводом, но и значительным переохлаждением кристаллизующегося расплава вследствие существенного перегрева жидкого металла. Испытания колес из металла ЭШП (ТУ 14-15-185-88 "Колеса цельнокатаные диаметром 950 мм из стали электрошлакового переплава") под железнодорожными платформами специального назначения показали их высокую надежность. Оптимизация технологических параметров внепечной обработки колесной стали на комплексе печь-ковш и вакууматор позволила значительно повысить качество стали, стабилизировать механические свойства и обеспечить содержание серы до 0,004-0,006 %. Основные результаты работы нашли практическое применение при выплавке колесной стали.

Ключевые слова: колесная сталь, рафинирование, десульфурация, модифицирование, карбонитридное упрочнение, рафинирующие электропереплавы, внепечная обработка, печь-ковш, вакуумирование.

ANNOTATION

Proidak Yuri Sergeevich. The elaboration of the effective technology in the wheel steel production with the usage of methods in special electrometallurgy. - Typescript

The thesis is presented for a doctor degree in the specialty of 05.16.02 The Metallurgy of ferrous metals. The state Metallurgical Academy of Ukraine, Dnipropetrovsk, 1999.

The thesis is dedicated to the solution of the problem dealing with the improving of wheel steel quality for the railway transport. In this paper theoretical and experimental investigations of the processes of de oxidation and rifining of carbon wheel steel have been fulfilled. It allowed for the first time under workshop conditions to carry out combined research into melting of wheel steel in high capacity arc furnaces followed by the uses of various methods of out-of-furnace treatment. A study is made of thermodynamics in the processes of interaction of nitrogen dissolved in wheel steel with nitride generated elements and on the dasis of it there was developed an effective technology of carbonitriding strengthening. As a result of complex laboratory investigations and industrial testing it was found out the expertiency of the usage of special electrometallurgical methods in the production of wheels for important function. The technological parameters of the melting wheel steel in open hearth furnaces with combined out-of-furnace treatment going immediately after, were investigated and optimized. The main results of the work have found practical application in the melting of wheel steel.

Keywords: wheek steel, refining, desulpgating, improving (modification), refining electroremelting, out-of furnace treatment, vacuuming.

Размещено на Allbest.ru