vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2024-1(47)-127-134vsgiu-90Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ И ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ КОНВЕРТЕРНЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕЛЮЩИХ ШАРОВIMPROVING THE TECHNOLOGY OF SMELTING AND OUT-OF-FURNACE PROCESSING OF SPECIALIZED CONVERTER STEELS FOR THE PRODUCTION OF GRINDING BALLSМорозовИван СергеевичMorozovIvan S.

соискатель степени к.т.н. кафедры металлургии черных металлов

Candidates for a Degree of Сand. Sci. (Eng.) of the Chair of Ferrous Metallurgy

ismorozov23@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4403-9006УманскийАлександр АлександровичUmanskiiAleksandr A.

д.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

umanskii@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7554-2168ПротопоповЕвгений ВалентиновичProtopopovEvgenii V.

д.т.н., профессор, профессор кафедры металлургии черных металлов

Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

protopopov@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9712-3757СимачевАртем СергеевичSimachevArtem S.

к.т.н., доцент кафедры «Обработка металлов давлением и металловедение. ЕВРАЗ ЗСМК»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair “Metal Forming and Metal Science. “EVRAZ ZSMK”

simachev_as@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation20242503202401127134Copyright © Морозов И.С., Уманский А.А., Протопопов Е.В., Симачев А.С., 20252025Морозов И.С., Уманский А.А., Протопопов Е.В., Симачев А.С.Morozov I., Umanskii A., Protopopov E., Simachev A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/90

Проведены исследования процессов и механизмов формирования металлургического качества мелющих шаров и их эксплуатационных характеристик в зависимости от параметров производства специализированных сталей в условиях кислородно-конвертерного производства АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат». Основными причинами неудовлетворительной ударной стойкости мелющих шаров из стали марок Ш2.1 и Ш2.3 является наличие дефектов сталеплавильного происхождения (флокены, скопления неметаллических включений, внутренние несплошности (поры) и развитая химическая неоднородность). Определено, что большое влияние на повышение ударостойкости мелющих шаров оказывает снижение содержаний кислорода в металле на выпуске в ковш, уменьшение содержания серы и водорода в стали после ковшевой обработки, а также повышение длительности продувки стали инертным газом в процессе внепечной обработки на агрегате ковш-печь. Суммарная относительная степень влияния рассмотренных на отбраковку мелющих шаров при испытаниях на ударную стойкость составляет 73 %. На основании полученных закономерностей для условий рассматриваемого предприятия разработаны рекомендации по совершенствованию технологических режимов выплавки и внепечной обработки сталей для производства мелющих шаров, использование которых на практике подтвердило их эффективность. Зафиксировано снижение отбраковки мелющих шаров из стали марок Ш2.1 и Ш2.3 при копровых испытаниях в среднем на 3 % за счет снижения дефектообразования в исходных непрерывнолитых заготовка.

The processes and mechanisms of forming the metallurgical quality of grinding balls and their operational characteristics have been studied depending on the parameters of the production of specialized steels in the conditions of oxygen converter production of JSC EVRAZ United West Siberian Metallurgical Combine. The main reasons for the unsatisfactory impact resistance of grinding balls made of steel grades Sh2.1 and Sh2.3 are the presence of defects of steelmaking origin (floccules, accumulations of non-metallic inclusions, internal discontinuities (pores) and developed chemical heterogeneity). It was determined that a great influence on increasing the impact resistance of grinding balls is exerted by a decrease in the oxygen content in the metal at the outlet into the bucket, a decrease in the sulfur and hydrogen content in the steel after bucket treatment, as well as an increase in the duration of steel purging with inert gas during out-of-furnace treatment on the bucket-furnace unit. The total relative degree of influence of the grinding balls considered for rejection during impact resistance tests is 73 %. Based on the obtained patterns for the conditions of the enterprise under consideration, recommendations have been developed to improve the technological modes of smelting and out-of-furnace processing of steels for the production of grinding balls, the use of which in practice has confirmed their effectiveness. A decrease in the rejection of grinding balls from steel grades Sh2.1 and Sh2.3 during drilling tests was recorded by an average of 3 % due to a decrease in defect formation in the initial continuously cast billets.

конвертерная стальвнепечная обработкавнутренние дефектымелющие шарыударная стойкостьнеметаллические включенияconverter steelnon-furnace treatmentinternal defectsgrinding ballsimpact resistancenon-metallic inclusionsReferencesКрутилин А.Н., Бестужев Н.И., Бесту- жев А.Н., Каленкович Д.Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы. Литье и метал-лургия. 2009;4 (53):26–33. EDN: UYGFVX; https://doi.org/10.21122/1683-6065-2009-4-26-33Krutilin A.N., Bestuzhev N.I., Bestuzhev A.N., Kalenkovich D.N. Grinding bodies. Problems. The prospects. Lit'e i metallurgiya. 2009;4 (53):26–33.(In Russ.). EDN: UYGFVX; https://doi.org/10.21122/1683-6065-2009-4-26-33Umansky A.A., Prudnikov A.N., Golovatenko A.V. Analysis of the main trends in the de-velopment of the production of grinding balls in Russia and abroad. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;866:012032. EDN: SVCJAB; https://doi.org/10.1088/1757-899X/866/1/012032Umansky A.A., Prudnikov A.N., Golovatenko A.V. Analysis of the main trends in the devel-opment of the production of grinding balls in Russia and abroad. IOP Conference Series: Ma-terials Science and Engineering. 2020;866:012032. EDN: SVCJAB; https://doi.org/10.1088/1757-899X/866/1/012032Сычков А.Б. Стеблов А.Б., Березов С.Н. О выборе материала и режимов термической обработки стальных мелющих шаров, отве-чающих требованиям современного мирово-го рынка. Литье и металлургия. 2013;3(71):30–32. EDN: SWKLVR.Sychkov A.B. Steblov A.B., Berezov S.N. On the choice of materials and modes of heat treatment of steel grinding balls that meet the requirements of the modern world market. Lit'e i metallurgiya. 2013;3(71):30–32. EDN: SWKLVR. (In Russ.).Баранов Н.А., Тулупов О.Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали. Акту-альные проблемы современной науки, тех-ники и образования. 2017;1:96–99. EDN: ZEYVJL.Baranov N.A., Tulupov O.N. Production of grinding balls made of rail steel. Aktual'nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obra-zovaniya. 2017;1:96–99. EDN: ZEYVJL. (In Russ.).Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;97(1-4):893–901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbelet M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads. Inter-national Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;97(1–4):893–901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails. Archives of Metal-lurgy and Materials. 2018;63(1):5–12.Tomczak J., Pater Z., Bulzak T. The flat wedge rolling mill for forming balls from heads of scrap railway rails. Archives of Metallurgy and Materials. 2018;63(1):5–12.http://dx.doi.org/10.24425/118901http://dx.doi.org/10.24425/118901Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails. In: 27th International Conference on Flexible Automa-tion and Intelligent Manufacturing, Faim2017. 2017;11:466–473. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.137Pater Z., Tomczak J., Bulzak T. A cross wedge rolling process for forming 70 mm diameter balls from heads of scrap railway rails. In: 27th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing, Faim2017. 2017;11:466–473. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2017.07.137Song Zh., Pu Y., Liu Zh., Wang B. Analysis of Failure of Grinding Balls During Service. Metal Science and Heat Treatment. 2022;64(12):127–133. EDN: MRJHRG; https://doi.org/10.1007/s11041-022-00772-3Song Zh., Pu Y., Liu Zh., Wang B. Analysis of Failure of Grinding Balls During Service. Metal Science and Heat Treatment. 2022;64(12):127–133. EDN: MRJHRG;Артес А.Э., Третьюхин В.В. Проблема со-вершенствования производства мелющих шаров. Качество и инновации. Компетент-ность. 2014;3(114):50–53. EDN: SBZHQH.https://doi.org/10.1007/s11041-022-00772-3Aldrich C. Consumption of steel grinding me-dia in mills. Minerals Engineering. 2013;49:77–91. http://dx.doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Artes A.E., Tret'yukhin V.V. The problem of improving the production of grinding balls. Quality and innovation. Kompetentnost'. 2014;3(114):50–53. EDN: SBZHQH. (In Russ.).Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage pa-rameters. Inzynieria Mineralna. 2015;16(1):197–203.Aldrich C. Consumption of steel grinding me-dia in mills. Minerals Engineering. 2013;49:77–91. http://dx.doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Чжаоян С., Исун П., Чжисинь Л, Баоци В. Анализ причин растрескивания мелющих шаров при эксплуатации. Металловедение и термическая обработка металлов. 2022;2(800):59–65. https://doi.org/10.30906/mitom.2022.2.59-65Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage pa-rameters. Inzynieria Mineralna. 2015;16(1):197–203.Смирнов Е.Н., Смирнов А.Н., Михеев В.В., Скляр В.А., Белевитин В.А., Верзилов А.П., Орлов Г.А. Оценка применимости непре-рывнолитой стали марки 55 при производ-стве мелющих шаров диаметром 40 мм групп твердости IV и V. Сталь. 2020;4:44–49. EDN: VXGXNJ.Chzhaoyan S., Isun P., Chzhisin' L., Baotsi V. Analy-sis of the causes of cracking of grinding balls during operation. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2022;2(800):59–65. (In Russ.).Лам М.М., Серов А.И., Смирнов Е.Н., Тер-навский А.А., Базарова Г.С. Промышлен-ные испытания мелющих шаров IV группы твердости производства ПАО «Донецкий металлопрокатный завод». Металлург. 2016;9:63–67. EDN:WYDMPN.https://doi.org/10.30906/mitom.2022.2.59-65Быков П.О., Касимгазинов А.Д. Исследова-ние и апробация технологии получения ка-таных помольных шаров 5 группы твердо-сти в условиях ПФ ТОО «Кастинг». Наука и техника Казахстана. 2018;1:31–40. EDN: XZDEKD.Smirnov E.N., Smirnov A.N., Mikheev V.V., Sklyar V.A., Belevitin V.A., Verzilov A.P., Or-lov G.A. Assessment of the applicability of con-tinuous cast steel grade 55 in the production of grinding balls with a diameter of 40 mm of hardness groups IV and V. Stal'. 2020;4:44–49. EDN: VXGXNJ. (In Russ.).Найзабеков А.Б., Мухаметкалиев Б.С., Ар-буз А.С., Лежнев С.Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства. Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016;4 (46):78–86. EDN: XIBQUB.Lam M.M., Serov A.I., Smirnov E.N., Ter-navskii A.A., Bazarova G.S. Industrial tests of grinding balls of the IV hardness group pro-duced by PJSC Donetsk Metal Rolling Plant. Metallurg. 2016;9:63–67. EDN:WYDMPN. (In Russ.).Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соле- ный В.К. Освоение производства и оценка эффективности использования высококаче-ственных мелющих шаров. Сообщение 1. Освоение производства шаров из хромомо-либденовой стали. Сталь. 2021;11:36–39. EDN: XBFNUB.Bykov P.O., Kasimgazinov A.D. Research and testing of technology for producing rolled grinding balls of hardness group 5 in the condi-tions of PF Casting LLP. Nauka i tekhnika Ka-zakhstana. 2018;1:31–40. EDN: XZDEKD. (In Russ.).Сталинский Д.В., Рудюк А.С., Соле- ный В.К. Выбор материала и технологии термической обработки мелющих шаров, работающих преимущественно в условиях абразивного износа. Сталь. 2017;6:64–69. EDN: YUNGPB.Naizabekov A.B., Mukhametkaliev B.S., Arbuz A.S., Lezhnev S.N. Reducing the consumption of steel grinding balls by improving their pro-duction technology. Vesti vysshikh uchebnykh zavedenii Chernozem'ya. 2016;4 (46):78–86. EDN: XIBQUB. (In Russ.).Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill. Jinshu Rechuli / Heat Treatment of Metals. 2017;42(5):193–196. http://dx.doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Stalinskii D.V., Rudyuk A.S., Solenyi V.K. Mastering the production and evaluating the ef-fectiveness of using high-quality grinding balls. Message 1. Mastering the production of balls made of chrome-molybdenum steel. Stal'. 2021;11:36–39. EDN: XBFNUB. (In Russ.).Айсат С., Садэддин А., Брадай М.А., Юнус Р., Билек А., Бенаббас А. Влияние термиче-ской обработки на твердость и износ мелю-щих шаров. Металловедение и термическая обработка металлов. 2017;5(743):34–38.Stalinskii D.V., Rudyuk A.S., Solenyi V.K. The choice of material and technology for heat treatment of grinding balls, working mainly in conditions of abrasive wear. Stal'. 2017;6:64–69. EDN: YUNGPB. (In Russ.).Кузьмин С.О. Влияние режима термоупроч-нения на объемную износостойкость мелю-щих шаров из низколегированных марок стали. Вестник Приазовского государствен-ного технического университета. Серия: Технические науки. 2011;23:117–126. EDN: TTGPTV.Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill. Jinshu Rechuli / Heat Treatment of Metals. 2017;42(5):193–196. http://dx.doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Самойлович Ю.А. Возможности повышения эксплуатационного ресурса крупных мелю-щих шаров из высокохромистой стали при использовании термоциклической обработ-ки. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017;6(1410):73–80. EDN: ZCSUQD.Aisat S., Sadeddin A., Bradai M.A., Yunus R., Bilek A., Benabbas A. The effect of heat treat-ment on the hardness and wear of grinding balls. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2017;5(743):34–38. (In Russ.).Ефременко В.Г. Металлографический ана-лиз причин разрушения стальных катаных тел для барабанных мельниц. Вестник При-азовского государственного технического университета. 2000;9:89–91.Kuz'min S.O. The effect of the thermal harden-ing regime on the volumetric wear resistance of grinding balls made of low-alloy steel grades. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Tekhniches-kie nauki. 2011;23:117–126. EDN: TTGPTV. (In Russ.).Ефременко В.Г. Влияние макроструктурно-го состояния шаровой заготовки на качество стального проката для помольного оборудо-вания. Металл и литье Украины. 2002;9–10:40–42.Samoilovich Yu.A. The possibilities of increas-ing the operational life of large grinding balls made of high-chromium steel when using thermocyclic processing. Chernaya metallurgi-ya. Byulleten' nauchno-tekhnicheskoi i ekonomicheskoi informatsii. 2017;6(1410):73–80. EDN: ZCSUQD. (In Russ.).Галимьянов И.К. Влияние температуры и структуры круглой заготовки на раскол ме-лющих шаров. Черные металлы. 2019;10:63–66. EDN: RLVBST.Efremenko V.G. Metallographic analysis of the causes of destruction of rolled steel bodies for drum mills. Vestnik Priazovskogo gosudarstven-nogo tekhnicheskogo universiteta . 2000;9:89–91. (In Russ.).Efremenko V.G. The effect of the macrostruc-tural state of the ball billet on the quality of rolled steel for grinding equipment. Metall i lit'e Ukrainy. 2002;9–10:40–42. (In Russ.).Efremenko V.G. The effect of the macrostruc-tural state of the ball billet on the quality of rolled steel for grinding equipment. Metall i lit'e Ukrainy. 2002;9–10:40–42. (In Russ.).Galim'yanov I.K. The effect of the temperature and structure of the round billet on the splitting of grinding balls. Chernye metally. 2019;10:63–66. EDN: RLVBST. (In Russ.).Galim'yanov I.K. The effect of the temperature and structure of the round billet on the splitting of grinding balls. Chernye metally. 2019;10:63–66. EDN: RLVBST. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.