Исследование, разработка и внедрение комплексной технологии выплавки в конвертере, непрерывной разливки и прокатки рельсовой стали на Бхилайском металлургическом заводе Мингал, Рохаталва Кумар

Введение к работе

Актуальность работы. Индия располагает развитой сетью железных дорог, общей протяжённоетыо 62400 км. Ежегодно по ним перевозится 360 млн тонн грузов и 4072 млн пассажиров. В настоящее время условия эксплуатации железных дорог Индии становятся всё более напряжёнными. С каждым годом растёт объём грузо-пассажирских перевозок. Нагрузка на ось за последние 10 лет возросла с 15 до 20,5 т и продолжает увеличиваться. Увеличение диаметра железнодорожных колёс до IU00 мм вызвало соответствующий рост контактных напряжений. Подобное ужесточение условий эксплуатации рельсов сопровождалось повышением скоростей движения составов и ооъёмов перевозок'. Стало необходимым, чтобы служебные показатели эксплуатации рельсов, такие как износостойкость и стойкость к разрешениям, гарантировали пропуск не менее ЬОО-800 млн тонн грузе до их изъятия из пути.

министерством железных дорог Индии былэ поставлена звдэча обеспечить производство рельсов с гарантированным переделом прочности не менее Ю^кг/мм^, относительным удлинением не менее 10%, длиной 26 метров в объёме 80-90 тыс тонн в год.

Прежний технологический маршрут производства рельсов сопровождался значительным расходом металла. Выход годного от жидкой стали (слитка) до готовой продукции составлял 45-48$. Возникла необходимость разработать и реализовать технологию производства рельсов по маршруту: конвертер - непрерывная разливка - рельсо-балочный стан. Подобный маршрут должен был обеспечить повышение выхода годного на 16-20%, Необходимо было не только сохранить, но и повысить качественные характеристики рельсов.

Актуальность вышеизложенных вопросов и необходимость их решения в индийских условиях явились основанием для выбора предмета исследований в данной диссертационной работе.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы являются исследования, разработка и реализация технологии производства стали для рельсов и рельсов с пределом прочности не менее УО кг/мм^ и относительным удлинением не менее 10% по технологическому маршруту: конвертер - непрерывная разливка слитков - рельсобалоч-ный стан. При этом предусматривалось существенно повысить выход годного и обеспечить требуемое качество рельсов в условиях девствующего оборудования БхМЗ. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

- ?. -

разработать методику и на аё основзнии- установить такой химический состав рельсовой стали, чтобы гарантировать соответствие всего обьймз рельсовой продукции требуемым уровням предела прочности и относительного удлинения ;

исследовать, разработать и реализовать технологические параметры выплавки рельсовой стали, включая температурный и шлаковый режимы, а также режим обезуглероживания металла в конвертере;

исследовать и реализовать параметры науглерэживания, раскисления стали в ковше и последующей аргонной обработки ;

исследовать методом гидравлического моделирования влияние динамических характеристик потоков металла в промежуточном ковше и жидкой лунке формирующегося непрерывнолитого слиткэ на поведение неметаллических включении; рекомендовать систему перегородок и продувочных элементов в промежуточном ковше для сокращения количества неметаллических включений ;

исследовать и разработать оптимальные параметры непрерывной разливки (скорость, температуру и условия вторичного охлаждения) с целью обеспечения стабильности разливки и исключения образования трещин ;

исследовать и установить для условий МНЛЗ БхМЗ и для выбранного химического состава стали оптимальные значения её перегрева при рэзливке; разработать и реализовать технические решения по сужению интервала перегрева стали между началом и концом разливки ;

исследовать и реализовать технологические и технические меры по стабилизации температуры при выплавке и разливке стали, а также при нагреве блюмов и прокатке рельсов;

разработать комплекс технических мер с целью обеспечения полноценной правки рельсов длиной 26 метров;

выполнить весь комплекс необходимых испытаний и контроля качества готовой продукции для выявления её соответствия требованиям технических спецификаций; оценить экономическую эффективность реализации разработок.

Научная новизна. Впервые длп индийских условий научно обоснован, разработан и реализован по новому технологическому маршруту усовершенствованный процесс получения рельсовой стали в более узких интервалах содержания химических элементов.

Изучено И количественно Оценено ВЛИЯНИе СООТНОШеНИЯ SiOg,

ГеО и МпО на скорость растворения извести в шлаке для условий конвертерного цеха БхМз, а также влияние содержания марганца в пера-

дельном чугуне на удаление серы из металла в конвертера.

Исследовано и количественно оценено влияние шлакового, температурного и дутьевого режимов и принятой технологии обезуглероживания конвертерной плавки с последующим науглероживанием в ковше на десульфурэцип и дефосфорэцию металла в условиях БхМЗ.

Исследовано методом гидравлического моделирования влияние динамических характеристик потоков металла в промежуточном ковше и в жидкой лунке формирующегося непрерывно-литого слитка нп поведение неметаллических включений с целыи их сокращения.

Получены зависимости комплексного влияния содержания серы, фосфора и марганца в стали с учётом степени её перегрева и скорости разливки на качество непрерывно-литых слитков и разработаны технологические приёмы управления процессом разливки.

Выявлены закономерности влияния химического состава высокопрочной рельсовой стали на её механические свойства.

Предложен метод определения требуемых величин изменения интервалов содержания химических элементов, гарантирующих задаваемый уровень предела прочности и относительного удлинения при испытаниях рельсовых образцов. Решение достигается выбором оптимального сочетания этих величин из возможных компромиссных вариантов, рассчитываемых по полученным в данной работе уравнениям множественной корреляции.

Практическая ценность и реализация в промышленности.

1. Определены и реализованы условия для обеспечения гарантированного уровня предела прочности и относительного удлинения практически на всём объёме производства рельсов SO UTS благодаря соблюдению более узких интервалов содержания химических элементов в рельсовой стали при одновременном соблюдении технологии разливки стали и прокатки рельсов. Величины изменения интервалов содержания химических элементов определены по разработанной в работе методике.

2. Разработаны и реализованы технология и необходимый технические решения, обеспечивающие производство стали для рельсов 90 UTS по новому технологическому маршруту: конвертер - непрерывная разливка -- рельсобэлочныя стан. В І9Ю-9І гг выход годного повышен на 17%,

а в ІУУ1-У2 гг - на 26,7%.

3. Реализована усовершенствованная технология шлакового, темпера
турного и дутьевого режимов с использованием марганцевых брикетов,
плавикового шпата, окалины и высококачественной изввсти. Это обеспе
чило в конвертере устойчивое рафинирование металла от серы и от

фосфора.

4. Реализована технология раскисления металла в ковше при строгой регламентации температуры, порядка и количества вводимых добавок. Внедрены номограммы науглероживания в зависимости от температуры металле, степени рефосфорации и расхода карбюризатора. Эти меры позволили сузить интервал содержания химических элементов.

5. Предварительный нагрев сталеразливочных ковшей до IOOO-IIOO градусов (С⁰), температурная регламентация аргонной продувки, а также корректировка химического анализа стали в ковше обеспечили соблюдение узкого интервала перегрева разливаемой стали. Это позволило повысить стабильность разливки и сократить количество трещин на слитках.

6. Реализованные технические и технологические меры позволили обеспечить содержание водороде в.жидкой стали менее 3 р.р.м, в блюмах -2,0 - 2,5 р.р.м и в готовых рельсах -.1,5-2,0 р.р.м при охлаждении нэ холодильниках. Было полностью исключено появление флокенов.

7. Рекомендованы и внедрены номограммы оптимальных скоростей разливки в зависимости от содержания "5" и "Р", а также температуры разливаемой стали.

8. Реализован предложенный ражим мягкого охлаждения слитков в зоне вторичного охлаждения для уменьшения количества трещин.

S. Бнедреня обмазка боковых поверхностей блюмов с целью исключения их сваривания в нагревательной печи, более равномерная и низкая температура нагрева, стабилизация температурного режима прокатки. На подавляющем количестве раскатов интервал конечных температур прокатки был снижен с Ь50 - 30С до їбО - 1ЬС, что позволило повысить стабильность структуры и выполнить корреляцию между механическими свойствами и химическим анализом стали, а также получить близкий к IOU/o выход годного по механическим свойствам.

10. Уточнена калибровка валков,.применен более износостойкий материал валков, улучшено их охлаждение и удаление окэлины. Обеспечена требуемая точность размеров элементов поперечного сечения рельсов SO UX5 за кэкдую кампанию валков.

11. Выход годного повышен на 2% за счёт изменения допуска при порезке слитка на блюмы, эта мера позволила сократить допуск на образь от рельсовых- раскатов после их прокатки в чистовой клети стана'.

12. Благодаря устранению сверхкритической кривизны, возникающей при охлаждении рельсов, освоено производство рельсов длиной 26 метров. На холодильниках стана была разработана и внедрена операция, создающая предварительный противоизгиб горячих рельсов'. Это П08В0ЛИЛ0 чэстично компенсировать последующий температурный изгиб рельсов,

который не превышает критическую величину изгиба и устраняется іа правильной машине.

Автор защищает.

1. Результаты исследований по разработке и эффективности нового
технологического маршрута производства рельсовой стали для рельсов
с пределом прочности не менее Ю кг/мм² через конвертер, ковшевую
обработку, непрерывную разливку со следующими элементами технологии:

обезуглероживание металла в конвертере с совершенствованием дутъ-вого, шлакового и температурного режимов;

науглероживание и раскисления стали в ковша;

эргоннзп продувка стали в ковгае;

стабилизация режимов непрерывной разливки.

2. Результати исследований, анализ, приёмы стабилизации и управления температурными режимами на каждом этапе технологического процесса, начиная от выпуска плавки до непрерывной разливки, а также от негрова блюмов до конечной температуры прокатки и охлэждения рельсов, в том числе стабилизацию степени перегрева стали над точкой ликвидуса, сужение температурного интервала конца прокатки.

3. Методику определения и реализации оптимального для БхМЗ химического состава рельсов ЬЮ UT5 с целью обеспечения гарантированного соответствия результатов испытаний рельсовых образцов на предел прочности и относительное удлинение требованиям технических условий.

4. Результаты исследования влияния химического состава разливаемой стали нэ стабильность разливки и качество заготовки.

5. Результаты исследований влияния перегородок в промежуточном ковша, продувочных блоков и величины заглубления погружных стаканов не снижение загрязнённости непрерывно-литых слитков неметаллическими включениями.

6. Технологические решения в прокатном производстве, обеспечившие стабильный температурный режим прокатки, точность размеров, повышение выхода годного и производство рельсов длиной 26 метров.

7. Результаты промышленного освоения разработанной технологии и технических решений при производстве рельсов SO (JT5 по новому технологическому маршруту и полученную экономическую эффективность,

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и отделение её результаты доложены и обсуждены:

1. Ня ЬсеиндиИском семинаре по новым технологическим процессам и их при'.'оненип в чёрном неталлуриии Индии, Бхилаи, Индия, 1991 г.

2. lin национальном семинаре "Реконструкция и модернизация металлургических заводов", Индийский институт металлов, Калькутта,

Индия, ЬЬО г.

3. На заседании учёного совета Института новой металлургической
технологии Центрального научно-исследовательского института чёрной
металлургии, Москва, 1 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.На русском языке опубликована статья в издающей организации г. Москвы, предусмотренной перечнем ВАК. 3 печатные работы на английском языке опубликованы в технических изданиях Индии.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, давяти глав, выводов. Основное содержание изложено на 18? страницах машинописного текста. Работа включает 55 рисунка, 31 таблиц, список использованной литературы из 98 наименований.