ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА РЕЛЬСОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ НА АГРЕГАТЕ КОВШ-ПЕЧЬ

С использованием моделирования процесса продувки расплава в сталеразливочном ковше, проведенного применительно к условиям электросталеплавильного цеха АО «ЕВРАЗ ЗСМК», определены закономерности влияния интенсивности продувки на параметры, характеризующие интенсивность перемешивания металла: мощность перемешивания и эффективный коэффициент диффузии. Показано, что повышение интенсивности продувки инертным газом в широких пределах варьирования данного показателя увеличивает мощность перемешивания вне зависимости от режима истечения газовых струй и направления переноса. При этом влияние удельного расхода вдуваемого в расплав инертного газа на интенсивность перемешивания более выражено для струйного режима продувки по сравнению с пузырьковым, что позволяет определить характеристики процесса гомогенизации расплава при расчете эффективного коэффициента диффузии. На основании статистических исследований определено, что в условиях рассматриваемого цеха увеличение длительности периодов продувки рельсовой стали с интенсивностью более 1,1 м³/мин оказывает значимое влияние на уменьшение отбраковки рельсов из-за наличия неметаллических включений. Полученные результаты теоретических и аналитических исследований явились базой для разработки усовершенствованного режима продувки рельсовой стали инертным газом в процессе обработки на агрегате ковш-печь. Отличительной особенностью усовершенствованного режима является наличие во второй половине продувки периода с повышенной до 1,2 – 1,6 м³/мин интенсивностью подачи инертного газа с продолжительностью не менее 10 мин. Опытно-промышленное опробование разработанного режима продувки инертным газом подтвердило его эффективность с точки зрения рафинирования рельсовой стали от неметаллических включений. В серии из 110 опытных плавок зафиксировано снижение отбраковки рельсов из-за наличия неметаллических включений на 0,6 %.

1. Zhang H., Liu C., Lin Q., Wang B., Liu X., Fang Q. Formation of plastic inclusions in U71Mnk High-speed heavy-rail steel refined by CaO-SiO2-Al2O3-MgO slag. Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metal-lurgy and Materials Processing Science. 2019;50(1):459–470. https://doi.org/10.1007/s11663-018-1451-0

2. Dhua S.K., Ray A., Sen S.K., Prasad M.S., Mishra K.B., Jha S. Influence of nonmetallic inclusion characteristics on the mechanical properties of rail steel. Journal of Materials Engineering and Performance. 2000;9(6):700–709.

3. https://doi.org/10.1361/105994900770345584

4. Kalisz D., Gerasin S., Bobrowski P., Zak P.L., Skowronek T. Computer simulation of mi-crosegregation of sulphur and manganese and formation of MnS inclusions while casting rail steel. Archives of Metallurgy and Materials. 2016;61(4):1939–1944.

5. Козырев Н.А., Уманский А.А., Бойков Д.В. Разработка технологии внепечной обработ-ки рельсовой электростали, обеспечиваю-щей повышение эксплуатационной стойко-сти рельсов. Черные металлы. 2015;(4(1000)):29–33.

6. Zhao K.-w., Zeng J.-h., Wang X.-h. Nonmet-allic Inclusion Control of 350 km/h high speed rail steel. Journal of Iron and Steel Research International. 2009;16(3): 20–26.

7. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(09)60038-8

8. Кузнецова Н.В. Статистический анализ изъятий рельсов с контактно усталостными видами дефек-тов. Внедрение современных конструкций и пере-довых технологий в путевое хозяйство. 2021;17(17):41–47. EDN: SDWNGJ

9. Коган А.Я., Абдурашитов А.Ю. Прогнозирование отказов рельсов по дефектам контактно-усталостного происхождения. Вестник Научно-исследовательского института железнодорож-ного транспорта. 2014;(4):3–7. EDN: TOLHFD

10. Кушнарев А.В., Киричков А.А., Добужская А.Б., Белокурова Е.В. Разработка химического состава рельсовой стали бейнитного класса и технологии производства из нее рельсов в ОАО "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат". Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2013;(2(1358)):58–62. EDN: PZPWNT

11. Юрьев А.Б., Годик Л.А., Нугуманов Р.Ф., Козырев Н.А., Корнева Л.В. Производство и качество рельсов из стали марки Э90АФ. Известия вузов. Черная металлургия. 2009;(8):34–37.

12. Shabanov P.A., Volkov K.V., Kuznetsov E.P., Ale-ksandrov I.V. Changing the technical-economic in-dices of rail-steel production by sorting scrap based on its content of residual elements. Metallurgist. 2014; 58 (5-6):500–503.

13. Уманский А.А., Думова Л.В. Исследование комплексного влияния параметров выплав-ки рельсовой электростали на качество рельсовой продукции и технико-экономические показатели ее производства. Известия вузов. Черная металлургия. 2018;61(11):876–883. EDN: YTUHKH https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-11-876-883

14. Garber A.K., Arsenkin A.M., Grigorovich K.V., Shi-baev S.S., Kushnarev A.V., Petrenko Y.P. Analysis of various versions of the deoxidation of rail steel at OAO NTMK. Russian Metallurgy (Metally). 2009;7:581–586.

15. Yurev A.B., Godik L.A., Devyatkin Yu.D., Kozyrev N.A., Tokarev A.V. Reduction of rail steel by calcium carbonate. Steel in Transla-tion. 2008;38(4):312–314.

16. Смирнов Л.А., Ровнушкин В.А., Добужская А.Б., Юнин Г.Н., Полевой Е.В., Бойков Д.В., Спирин С.А. Влияние модифицирования РЗМ на форми-рование неметаллических включений в высоко-углеродистых сталях. Сталь. 2016;(11):21–28.

17. Peng K., Yu D., Zhang P., Wang L., Liao Zh., Lu Zh., Wu G., Song Ch., Li Lu. Laminar plasma quenching-tempering: a rapid surface heat treatment technique for controllable modification of the rail steel. Surface and Coatings Technology. 2023;473.

18. Протопопов Е.В., Числавлев В.В., Темлян-цев М.В., Головатенко А.В. Повышение эффективности рафинирования рельсовой стали в промежуточных ковшах МНЛЗ на основе рациональной организации гидроди-намических процессов. Известия вузов. Черная металлургия. 2020;63(5):298–304. EDN: DURJZB.

19. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-298-304

20. Матвеев В.В., Федоров Л.К., Милютин Н.М., Бе-локурова Е.В. Новые шлакообразующие смеси для разливки рельсовой стали. Сталь. 2000;(5):26–27.

21. Ren Q., Zhang Y., Wang J., Wang Y., Ren Y., Zhang L., Chu Y. Prediction on the spatial distribution of the composition of inclusions in a heavy rail steel continuous casting bloom. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(3):5648–5665.

22. Chichkarev E.A. Modeling the coagulation and removal of nonmetallic inclusions during the injection of an inert gas into a melt. Met-allurgist. 2010;54(3):236–243.

23. Чуманов В.И., Хартов В.Ю., Чуманов И.В. К вопросу оптимизации режима продувки металлического расплава инертным газом. Электрометаллургия. 2011;(12):25–28.

24. Коминов С.В., Семин А.Е., Чуйков В.Ф. Производство стали: обработка металла инертными газами. Москва: МИСиС; 2014:55.

25. Уманский А.А., Головатенко А.В., Симачев А.С. Исследования неметаллических включений в рельсах из электросталей, легированных хромом. Известия вузов. Черная Металлур-гия. 2019;62(12):936‒942.

26. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-12-936-942