Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Кушнарев Алексей Владиславович

Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками
<
Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Кушнарев Алексей Владиславович. Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками: диссертация ... доктора технических наук: 05.16.05 / Кушнарев Алексей Владиславович;[Место защиты: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого президента России Б. Н. Ельцина" http://lib.urfu.ru/mod/data/view.php?d=51&rid=231345].- Екатеринбург, 2014.- 403 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Анализ технологических схем, постановка научной проблемы и технических задач модернизации технологии производства железнодорожных колес (литературный обзор) 14

1.1. Классификация, условия эксплуатации и безопасность применения железнодорожных колес . 14

1.2. Анализ технологических схем производства колес . 23

1.3. Методы исследования процессов штамповки и прокатки колес 41

1.4. Научная проблематика и эффективные пути модернизации технологии производства железнодорожных колес. Цели и задачи диссертационной работы 52

ГЛАВА 2. Развитие МКЭ – моделирования технологических процессов штамповки и прокатки железнодорожных колес 56

2.1. О вариационном методе решения краевой задачи механики обработки металлов давлением 56

2.2. Общее положение метода конечных элементов 60

2.3. Тепловая задача обработки металлов давлением . 63

2.4. Моделирование деформируемой среды . 66

2.5. Алгоритм решения краевой задачи обработки металлов давлением в конечно-элементной постановке . 74

2.6. Разработка метода оценки точности железнодорожных колес на основе конечно-элементного моделирования 79

2.7. Основы графоаналитического метода оценки точности железнодорожных колес 84

2.8. Исследование дисбаланса и оценка точности черновых колес 86 Выводы по главе 88

ГЛАВА 3. Математическое моделирование и исследование формоизменения литой заготовки при предварительной штамповке 98

3.1. Статистическое исследование факторов, определяющих геометрию очага деформации при штамповке 98

3.2. Анализ формоизменения заготовок при штамповке по способу «SMS-EUMUCO» . 105

3.3. Рациональное соотношение обжатий при штамповке и прокатке колес 125

3.4. Разработка и исследование нового способа предварительной штамповки заготовок . 129

3.5. Разработка способа предварительной штамповки и исследование совмещенного процесса осадки, разгонки и калибровки 134

3.6. Альтернативные способы предварительной штамповки и их исследование . 141

3.7. Теоретические исследования формоизменения заготовки и силовых параметров штамповки при изготовлении железнодорожного колеса диаметром 1250 мм для локомотивов 150

Выводы по главе 164

ГЛАВА 4. Исследование температурно-скоростных параметров, эволюции зеренной структуры и фазового состава колесной стали при обработке заготовок на пресопрокатной линии 166

4.1. Основные механизмы упрочнения стали для железнодорожных колес 166

4.2. Феноменологические основы исследования эволюции зерновой структуры и фазового состава стали при обработке металлов давлением 169

4.3. Исследование температурных полей в заготовке при предварительной и окончательной штамповке . 174

4.4. Исследование макро- и микроструктуры поковок в промышленных условиях 182

Выводы по главе 193

ГЛАВА 5. Проектирование технологического процесса и инструмента на новой прессопрокатной линии 194

5.1. Расчет объема или массы непрерывнолитой заготовки . 195

5.2. Расчет оптимальных припусков под механическую обработку колес. Обоснование режимов полнопрофильной обточки колес на линии 200

5.3. Сравнительный анализ теоретических и фактических припусков под механическую обработку 203

5.4. Проектирование штамповой оснастки пресса К5000 205

5.5. Проектирование калибровки валков колесопрокатного стана . 210

5.6. Проектирование штамповой оснастки пресса R9000 214

5.7. Проектирование штамповой оснастки пресса R5000 221 Выводы по главе . 224 CLASS ГЛАВА 6. Модернизация технологического процесса производства железнодорожных колес на ОАО «Евраз-НТМК» 225 CLASS

6.1. Новая технология производства колесной стали 225

6.2. Повышение качества непрерывно литого слитка из колесной стали . 236

6.3. Совершенствование технологии и оборудования для нагрева заготовок 251

6.4. Повышение стойкости инструмента деформации 264

6.5. Научное обоснование и внедрение новой технологии и оборудования для термообработки колес 273

6.6. Освоение финишной обработки колес 309

6.7. Разработка современных способов контроля технологии и качества железнодорожных колес 318

6.8. Расширение сортамента и результаты внедрения новой технологии и оборудования по производству железнодорожных колес 330 Выводы по главе 341

Заключение 3 4 4

Список литературы

Методы исследования процессов штамповки и прокатки колес

К важнейшим характеристикам эксплуатации колес относятся обустройство и состояние железнодорожного пути, механические свойства рельсов, материал железнодорожных шпал, качество рельсовых скреплений и т. п.

Изучение механики контактного взаимодействия колеса и рельса показали, что на поверхности катания колеса и рельса нормальное напряжение в зависимости от осевой нагрузки достигает значений 1300–1700 Мпа [5]. Важными являются результаты исследования зон сцепления и скольжения на контактной поверхности колеса и рельса, характеризующие соотношение между тяговым усилием и кинематическим крипом (скольжением) [322–333]. Важное теоретическое и практическое значение имеют исследования поврежденности металла, износа колес, образования контактно-усталостных дефектов и выкрашивания металла, подповерхностных трещин, термических повреждений от пробуксовки колес и образования ползунов в результате локальной пластической деформации в периоды торможения поезда [5, 57–58, 69–74, 101, 290, 291, 297, 298–321]. Одной из причин выхода из строя колес являются навары на поверхности катания, связанные с массопереносом металла от рельса и тормозных колодок в экстренных условиях торможения, характеризующихся высокой температурой и пластической деформацией металла в зоне контакта.

По данным проектно-конструкторского бюро департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД» основными причинами ремонта (обточек), либо списания колес являются выщербины (37,6 %), тонкий гребень (29,8 %), ползуны (13,4 %) (рис. 1.2

Исследования причин выхода из строя железнодорожных колес, выполненные в институте металловедения технического университета горная академия Фрайберг совместно с объединением предприятий транспортной промышленности г. Бохум, Германия, позволили выявить основные причины износа, выщербинообразования (выкращивания) и высказать рекомендации для повышения эксплуатационного ресурса железнодорожных колес [5]. Под износом понимается комплекс физико-механических и физико-химических процессов, включающих: взаимопроникновение и срез микровыступов поверхности, характеризующих шероховатость контактируемых поверхностей рельса и колеса; образование межповерхностных точек сцепления-схватывания и отрыв; усталость и образование трещин на поверхности, обусловленные трибологическими переменными нагрузками; локальная пластическая деформация в области контакта колеса и рельса и образование подповерхностных трещин. Всем перечисленным процессам разрушения металла при истирании предшествует пластическая деформация, подавление которой является основой повышения износостойкости. Увеличение значения условного предела текучести, временного сопротивления и твердости приводит к уменьшению износа. Износ образцов из стали с твердостью 320–360 НВ в условиях качения с 10 % -ным проскальзыванием уменьшился по сравнению с образцами из стали с твердостью 300–330 НВ на 33 % [5]. Аналогичные данные получены в ОАО «ВНИИЖТ»: повышение твердости колесной стали на 1 НВ снижает износ на 1 % [235]. Показано, что эффективным способом повышения износостойкости колес является упрочнение стали на всю рабочую толщину обода до твердости, не уступающей твердости рельсов [147].

Боковой износ гребня превосходит износ поверхности катания колеса. Объяснением этому является более высокий уровень нормальных контактных напряжений, особенно при двухточечном контакте, и значительное скольжение боковой поверхности гребня колеса и рабочей грани головки рельса.

По данным службы эксплуатации железных дорог от 34 % до 50 % колесных пар обтачиваются из-за выщербин. Выщербинообразование или выкрашивание металла имеет контактно-усталостную природу. Под поверхностью контакта многократно осуществляется упруго-пластическая деформация, под воздействием которой происходит исчерпание ресурса пластичности и накопление поврежденности металла. При поврежденности, равной = 0,25 – 0,65 образуются энергетически устойчивые микропоры и микротрещины, а при = 0,65 – 1,0 – микрополости и макротрещины [6]. В дальнейшем наблюдается распространение макротрещины, приобретающей эллиптическую форму с характерными кольцевыми этапами ее распространения вплоть до момента образования раковины с выкрашиванием. Выкрашивание наблюдается в местах скопления неметаллических включений, особенно окислов алюминия, поэтому носит локальный характер. Одной из причин выкрашивания является структурные изменения в стали, происходящие под воздействием интенсивного локального разогрева обода колеса при резком и продолжительном торможении. При последующем охлаждении в этих участках обода образуется мартенсит, уменьшается пластичность стали, а в дальнейшем образуются выщербины, ползуны и «навары» на поверхности колеса. Увеличение осевой нагрузки сопровождается повышением интенсивности выкрашивания. В связи с этим целесообразен поиск рациональной формы профиля колеса и рельса с целью изменения характеристик контакта и уменьшения интенсивности деформации в опасной зоне выкрашивания металла. Технические решения модернизации выплавки и разливки колесной стали, направленные на уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями, также будут способствовать уменьшению выкрашивания металла.

На рисунках 1.3–1.6 проиллюстрированы различного рода дефекты, по которым колеса назначаются для ремонта (обточки), либо списания. Наиболее опасной неисправностью являются отколы обода колеса, являющиеся одной из причин его списания в металлолом.

Алгоритм решения краевой задачи обработки металлов давлением в конечно-элементной постановке

Количественные характеристики точности поковки в дальнейшем используются для определения влияния технологических факторов, связанных с формой заготовки, неточностью настройки технологического процесса с и 82, качеством нагрева и технологической смазки заготовки, а также реологических характеристик, определяемых выбором модели деформируемого тела. Количественные характеристики точности поковки в виде функции AM( p,z) или значений среднего и эмпирической дисперсии разницы массы по периметру, либо в целом по объему поковки определяются в начальный, в произвольные промежуточные, а также в конечный моменты времени. Это позволяет проследить за изменением показателей точности за время формоизменения заготовки.

Одной из важных финишных операций проверки и обеспечения качества железнодорожного колеса является его балансировка на специальной машине, на которой эмпирически определяется отклонение центра массы колеса от геометрического центра. Подобное отклонение может быть вызвано разными причинами и приводит к динамическому характеру движения и вибрации подвижных составов, что снижает долговечность колес и других ответственных деталей вагонной тележки, а также безопасность грузоперевозок. Балансировочная машина оснащена фрезерным устройством, с помощью которого на ободе колеса снимается часть металла и так устраняется дисбаланс. В связи с этим предложенные показатели точности колеса, характеризующие распределение массы по периметру, необходимо дополнить показателями, характеризующими центробежную силу, вызванную дисбалансом. При рассмотрении секторов оав и оа в с высотой конечных элементов Az предлагается рассмотреть разницу произведений массы и радиальной координаты центра массы каждого элемента. На рис. 2.3. радиальные координаты центра плотность, со - угловая скорость колеса. AD является функцией координат ер и z, которая используется для анализа точности поковки, как в аналитическом, так и в графическом представлениях. По аналогии со случаем показатели неравномерности распределения массы AM(cp,z), динамический

Основы графоаналитического метода оценки точности железнодорожных колес Разработанный метод оценки точности железнодорожных колес на основе конечно-элементного моделирования формоизменения заготовки при штамповке и прокатке, к сожалению, не может быть реализован с помощью коммерческих программ компьютерного моделирования, таких как Deform-3D, Q-Form и др. Основной причиной является закрытость программ, которая затрудняет их творческое развитие, например, создание нового программного модуля расчета показателей точности поковок в виде функции распределения дефекта массы (2.30), либо распределения динамического показателя точности (2.31) по объему поковок. Статистические моменты распределения этих показателей в объеме поковки способствуют анализу и разработке практических рекомендаций по совершенствованию калибровки инструмента деформации и технологических режимов производства с целью уменьшения дисбаланса черновых колес и уменьшения припусков на их механическую обработку. В основу графоаналитического метода положено сочетание компьютерного моделирования формоизменения металла при обработке давлением и графического пакета Autocard или Космос, позволяющие осуществить измерение поковки. Данные о замерах поковки в дальнейшем используются для расчета статического и динамического показателей точности поковки (2.30 и 2.31), а также статистических характеристик их распределения в объеме деформируемого тела.

Особенностью графоаналитического метода является использование осесимметричной геометрической фигуры подобной по форме рассматриваемому изделию, которое предельным образом вписывается в ее объем. Оставшаяся часть изделия характеризует неравномерность распределения массы в изделии. Эта часть покрывается объемной сеткой, с известными объемами элементов и координатами центра масс каждого из них. Затем рассчитывают значения AM((p,z) и AD( p,z) по формулам 2.30 и 2.31.

В главе 3 диссертации приведены результаты исследования формоизменения заготовки при штамповке путем 3D - компьютерного моделирования. Эти результаты были использованы для опробования графоаналитического метода оценки точности железнодорожных колес. В результате были получены интересные результаты, которые позволили найти оригинальное решение по калибровке инструмента деформации и режимам штамповки. Кроме того, была разработана методика настройки инструмента деформации на прессах и колесопрокатном стане. Были получены полезные для совершенствования технологии производства железнодорожных колес выводы:

1. Способ SMC-EUMUCO предварительной штамповки заготовки очень чувствителен к точности настройки прессов и установки заготовки в межштамповое пространство, поэтому не позволяет получить осесиметричную поковку ни на прессе R5000, ни на прессе R9000. Кроме того, отсутствует техническое решение повышения точности установки штамповой поковки на прессе К9000, т. к. она определяется работой системы управления роботом-манипулятором.

2. Плавающее калибровочное кольцо, установленное на верхнем штампе пресса предварительной штамповки в соответствии с патентом РФ хорошо компенсирует нарушения настройки технологического процесса ( 0 и S2 0), однако при наличии косины реза способствует росту AM и AD.

3. Эффективным для повышения точности штампованных поковок и чернового колеса оказался способ производства железнодорожных колес [264], т. к. техническое решение изготовления элемента поковки в процессе предварительной штамповки с поверхностью, сопрягаемой с поверхностью нижнего штампа для окончательной штамповки, благодаря чему обеспечивается идеальная установка заготовки в межштамповом пространстве (дх =0 и д2 =0).

Рациональное соотношение обжатий при штамповке и прокатке колес

Каждая из этих областей соответствует своему виду рекристаллизации: область 1 - динамическая рекристаллизация, которая происходит во время деформации; 2 - статическая рекристаллизация, протекающая после деформации во время последующей термообработки; 4 - область метадинамической рекристаллизация, протекающей во время междеформационной паузы и отличающаяся тем, что процесс рекристаллизации стимулируется наличием полигонизованных субзерен; 3 -область со смешанной структурой, сформировавшейся частично при динамической рекристаллизации и частично при статической рекристаллизации без активного участия полигонизованных субзерен в качестве центров рекристаллизации. Для этой области характерна микроструктура с наибольшим средним диаметром рекристаллизованного зерна.

Несколько меньше средний диаметр зерна имеет место после динамической рекристаллизации, еще меньше – после статической рекристаллизации. Образование ультрадисперсной зеренной структуры можно добиться, применяя метадинамическую рекристаллизацию и предшествующую ей динамическую полигонизацию, в процессе которой сформировалось полигонизованная или активированная субзеренная структура.

Исследование температурных и деформационных полей заготовке при предварительной и окончательной штамповке

Как следует из предыдущего параграфа достижения ультрадисперсной структуры в поковках возможно при обеспечении следующих условий: накопленная степень деформации должна быть не менее критического значения є = 0,2, чтобы обеспечить процесс образования полигонизованных субзерен с подвижными границами; температура и скорость деформации должны иметь оптимальное значение, обеспечивающее максимальное упрочнение стали, устойчивый процесс зарождения дислокаций внутри субзерен и их сток к субграницам, а также предотвращающие процесс динамической рекристаллизации. В связи с эти исследования температурных и деформационных полей при штамповке и прокатке колес имеют важное значение.

Исследование полей температуры и накопленной деформации в поковках, полученных по способу «SMS EUMUCO» Способ заключается в предварительном формировании поковки при штамповке на прессе 50 МН, и получении заготовки для колесопрокатного стана путем окончательной штамповки на прессе 90 МН. Особенность способа заключается в том, что при предварительной штамповке формируется односторонняя ступица, которая при последующей штамповке выполняет роль элемента с базовой поверхностью, по которой поковка в штампах второго пресса центрируется. Для уменьшения силовых параметров при черновой штамповке радиальное течение металла практически не ограничивается.

Результаты расчета формоизменения заготовки и температурного поля на отдельных этапах технологического процесса представлены на рис. 4.5. Видно, что после гидросбива окалины и транспортировки заготовки до первого пресса температура поверхностного слоя снижается до 1130-1180 оС, а после первого пресса до 1000-1080 оС на контактной поверхности.

На свободной поверхности температура сохраняется и составляет 1130-1180 оС. Основная масса заготовки имеет температуру в диапазоне 1230-1260 оС. После чистовой штамповки температура поверхностного слоя на ступице составляет 900-1080 оС, а на ободе 1000-1100 оС. По накопленной деформации наибольшее значение имеет место в диске и составляет после первого пресса 2,0-2,5, а после второго пресса 0,75-1,00. В ободе после первого пресса ги = 0,5-1,2, а после второго пресса - 0,25-1,00 (рис. 4.6.).

Проблему повышения качества колес кардинально удалось решить, применив на верхнем штампе первого пресса подвижное калибровочное кольцо и плоские штампы. Температурные условия черновой и чистовой штамповки мало отличаются от предыдущего варианта технологии, в частности, на поверхности обода поковки температура находится в диапазоне 1000-1100 оС, а накопленная деформация после первого пресса ги= 0,75-1,00, а после второго пресса ги = 0,5-1,0, (рис. 4.7, 4.8, приложения 3).

На рис. 4.9 и 4.10 приведены данные о температуре в поковках после первого и второго прессов с различным соотношением обжатия при штамповке и прокатке. Отметим, что поле температуры (рис. 4.10) соответствует черновому колесу, т. к. оно получено способом окончательной штамповки без прокатки на колесопрокатном стане. Видно, что с уменьшением высоты поковки, полученной на прессе R5000, от величины 108,3 мм ло 95,3 мм и до 84,4 мм наблюдается уменьшение среднего значения температуры поковки и

Наименьшее значение температуры имеет место в точках 1-4 при предварительной и в точках 1-5 при окончательной штамповках. Степень накопленной деформации при предварительной штамповке не вызывает беспокойства и во всех случаях для всех точек поверхности обода близка к единице. Благодаря этому процессы формирования дислокационной структуры и динамической полигонизации пройдут удовлетворительно. В результате образуются субзерна, необходимые для протекания эффективной метадинамической рекристаллизации во время паузы между предварительной и окончательной штамповкой, в процессе которой образуется мелкое зерно. При окончательной штамповке в точках 4,7 степень деформации меньше критического значения ги єкрит, поэтому во время деформации может не сформироваться полигонизированная структура, необходимая для эффективной рекристаллизации и уменьшения размера зерна в паузе между окончательной штамповкой и прокаткой заготовки на колесопрокатном стане.

Решение технической задачи уменьшения силы штамповки и повышения стойкости штампов на прессе R5000 возможно путем совмещения процессов осадки, калибровки поковки в кольце и разгонки, применяя фигурные штампы на первом прессе. Поля температуры и накопленной деформации представлены на рис. 4.11, 4.12 [50] (см. приложение 3).

Исследование температурных полей в заготовке при предварительной и окончательной штамповке

Из диаграммы видно, что при использовании адаптеров насыщение стали азотом в два раза меньше, чем при подаче аргона в стык защитной трубы. Еще одним источником вторичного окисления металла, является применение кислорода для прожигания канала стакана шиберного затвора сталеразливочного ковша. Также длительное прожигание канала шиберного затвора приводит к снижению уровня металла в промежуточном ковше, в результате чего возрастает опасность попадания шлаковых включений в непрерывнолитую заготовку. До 2007 года в конвертерном цехе для засыпки канала стакана шиберного затвора сталеразливочных ковшей использовалась стартовая смесь, изготовленная на основе кварцевого песка, и содержащая не менее 96 % SiO2. Смесь не позволяла исключить применение кислорода при открытии шиберного затвора на МНЛЗ. Длительность прожигания канала ковшевого стакана, засыпанного стартовой смесью, находилась в пределах 8–10 секунд, в отдельных случаях достигала нескольких минут. В 2007 году была проведена работа по подбору стартовой смеси исключающей применение кислорода для открытия сталеразливочного ковша и обеспечивающей начало разливки с установленной защитной трубой. В результате проведенной работы была подобрана хромсодержащая стартовая смесь, обеспечивающая в 95 % случаев открытие сталеразливочного ковша без применения кислорода.

Внедрение безалюминиевого раскисления, модифицирование и удаление в шлак неметаллических включений, разработка и внедрение рациональных температурноскоростных режимов разливки на МНЛЗ с использованием глуходонных погружных стаканов обеспечивают плотную макроструктуру и высокодисперсную литую структуру, отсутствие паукообразных трещин и осевой рыхлости в слитках, благоприятные состав и морфологию неметаллических включений (см. рис. 6.22, 6.23).

Таким образом, в конвертерном цехе ОАО «ЕВРАЗ НТМК» разработана сквозная технология производства колесобандажного металла по технологической схеме: продувка в конверторе ванадиевого чугуна с получением ванадиевого шлака и углеродистого полупродукта, десульфурация углеродистого полупродукта, внепечная обработка стали и разливка на МНЛЗ. Реализованы новые решения по повышению качества стали и непрерывнолитой заготовки, предназначенной для производства колес: - выплавка стали в конвертерах с комбинированной продувкой; - внедрение безалюминиевого раскисления; - модифицирование и удаление в шлак неметаллических включений; - снижение газонасыщенности колесобандажной стали; - разработка температурно-скоростного режима разливки, обеспечивающего качество непрерывнолитой заготовки; - внедрение новой схемы охлаждения непрерывнолитой круглой заготовки, включающей в себя переход на более мягкое и равномерное вторичное 251 охлаждение за счет водо-воздушного «тумана» и установку в конце зоны затвердевания непрерывнолитой заготовки защитных тепловых экранов; - разработана конструкция безнапорного погружного стакана с невертикальным подводом металла в кристаллизатор; - внедрены мероприятия, обеспечивающие защиту стали от вторичного окисления во время разливки.

Совершенствование технологии и оборудования для нагрева заготовок Железнодорожные цельнокатаные колеса изготавливаются из высокоуглеродистых марок стали, к нагреву которых предъявляются особые требования по скорости и равномерности нагрева [180, 185, 188, 199]. В сортамент колесопрокатного стана также входят заготовки, изготовляемые из низколегированных марок стали и используемые в машиностроении.

До реконструкции колесобандажного цеха ОАО «ЕВРАЗ НТМК» нагрев заготовок, который осуществлялся в двух кольцевых печах, имел следующие недостатки: разница температур по сечению заготовки достигала 50 С, а между отдельными заготовками в одной партии до 60 С; . высокий угар (3 %) и образование трудноотделяемой окалины из-за значительного коэффициента избытка воздуха; несоответствие фактических результатов нагрева заданным параметрам до 10-15 С. Заданная температура не превышает 1290 С, фактическая температура отдельных заготовок превышала 1300 С, что неудовлетворительно сказывалось на качестве готовых колес.

Результаты промышленных и экспериментальных исследований качества нагрева колесной заготовки были использованы при разработке технического задания для строительства новой нагревательной печи, обеспечивающей следующие требования: разность температуры по сечению заготовки ± 15 С; разность температур между заготовками одной партии ± 15 С; величина угара 0, 75 %.

В результате «LOI» был разработан проект и построена новая нагревательная печь, оборудованная системой транспортировки заготовок, манипуляторами для посада и выдачи заготовок, системой автоматического управления процессом нагрева. При освоении оборудования и технологии нагрева заготовок в новой нагревательной печи выполнены следующие научно технические работы: определена величина угара металла в зависимости от продолжительности нагрева, калорийности топлива, коэффициента расхода воздуха; проведены исследования по определению оптимальных режимов нагрева заготовок с целью получения наиболее качественного их нагрева с наименьшим перепадом температуры по сечению заготовки.

В соответствии с контрактом угар металла при нагреве заготовок в печи LOI при расчетной производительности и температуре нагрева заготовок не должен превышать 0, 75 %. Угар определялся как отбором проб окалины с последующим обсчетом математическим путем, так и взвешиванием заготовок до и после нагрева. Результаты полученных данных приведены на рис. 6.24. В результате проведенной работы установлено, что проектный уровень угара металла в процессе нагрева в кольцевой печи LOI - 0,75 % может быть достигнут при следующих условиях:

- комплекс «кольцевая печь - прессопрокатная линия» должны обеспечивать стабильную производительность 73-75 заготовок в час при посаде 5 шт. в ряд. Время нагрева заготовок должно составлять 4 час. 15 мин. - 4 час. 30 мин.

Похожие диссертации на Разработка научных основ и внедрение современной технологии производства железнодорожных колес с высокими эксплуатационными характеристиками