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

Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Сюсюкин Андрей Юрьевич

Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок
<
Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок
>

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

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

Сюсюкин Андрей Юрьевич. Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок : диссертация... кандидата технических наук : 05.16.02 Новокузнецк, 2007 128 с. РГБ ОД, 61:07-5/2662

Содержание к диссертации

Введение

1 Современное состояние вопроса и постановка задач исследования 10

1.1 Современные технологии производства рельсов 10

1.2 Влияние глубины обезуглероженного слоя на качество и эксплуатационные свойства рельсов 14

1.3 Окисление и обезуглероживание стали при нагреве под прокатку 17

1.4 Особенности формирования и трансформации обезуглероженного слоя при производстве рельсов из слитков и непрерывнолитых заготовок 20

Выводы и постановка задачи исследования 23

2 Разработка прогнозной математической модели процессов нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками 25

2.1 Математическая модель нагрева металла в методической печи с шагающими балками 25

2.2 Разработка малоокислительных и малообезуглероживающих режимов нагрева непрерывнолитых заготовок 34

Выводы 39

3 Оборудование и методы исследования 40

Выводы 46

4 Исследование обезуглероживания рельсовой стали при нагреве под прокатку 47

4.1 Металлографическое исследование поверхностного обезуглероженного слоя рельсов 47

4.2 Обезуглероживания рельсовых сталей марок М76 и Э76Ф при нагреве в атмосфере воздуха 51

4.3 Обезуглероживания стали марки Э76Ф при нагреве в методической печи с шагающими балками 55

Выводы 64

5 Исследование окисления рельсовой стали при нагреве под прокатку 66

5.1 Высокотемпературное окисление рельсовой стали марок М76 и Э76Ф в атмосфере воздуха 66

5.2 Исследование процессов окалинообразования при нагреве рельсовой стали в методической печи с шагающими балками 71

Выводы 80

6 Внедрение и освоение малоокислительной и малообезуглероживающей технологии нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками 82

Выводы 93

Общие выводы 94

Список источников 95

Приложение 109

Введение к работе

Актуальность работы. В современных условиях рыночной экономики функционирование металлургических предприятий напрямую связано не только с повышением уровня производства, но и с изысканием возможностей по снижению себестоимости, повышению качества готового продукта, внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Рельсы являются одним из главных элементов железнодорожного полотна, от исправного содержание которого в значительной степени зависит безопасность движения поездов. В условиях постоянного увеличения объема перевозок, осуществляемых железнодорожным транспортом, грузонапряженности, осевых нагрузок проблема повышения качества, стойкости рельсов является весьма актуальной.

Вопросам повышения качества выпускаемой металлургическими предприятиями рельсовой продукции уделяют значительное внимание специалисты и исследователи, как в России, так и в зарубежных странах.

В последнее десятилетие российскими промышленниками достигнут существенный прогресс в области повышения эксплуатационных свойств рельсов. В первую очередь он связан с совершенствованием технологии выплавки, раскисления и внепечной обработки стали. Производство рельсов из непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) позволило значительно повысить их эксплуатационные свойства, поставив в то же время перед металлургами целый ряд новых задач. Одной из них является ужесточение требований к глубине видимого обезуглероженного слоя рельсов.

Исследование особенностей формирования и трансформации обезуглероженного слоя при нагреве и прокатке рельсовой стали актуально, и имеет большое практическое значение.

Работа выполнена в соответствии с перечнем критических технологий Российской Федерации - «Энергосбережение» и приоритетными направлениями развития науки, технологии и техники Российской Федерации, планом конструкторских разработок, научно-исследовательских, наладочных и контрольных работ Центральной теплотехнической лаборатории (ЦТТЛ) ОАО «НКМК» на 2006-2007 год.

Цель работы: разработка малоокислительных и

малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали в методической печи с шагающими балками под прокатку, обеспечивающих производство железнодорожных рельсов с регламентированной величиной видимого обезуглероженного слоя.

Задачи исследования:

- разработать малоокислительные и малообезуглероживающие
режимы нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовой стали марки Э76Ф в
методической печи с шагающими балками под прокатку;

изучить особенности процессов, высокотемпературного окалинообразования и обезуглероживания при нагреве непрерывнолитых заготовок стали марки Э76Ф под прокатку;

разработать математическую модель процессов нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками;

- внедрить полученные результаты в практику нагрева стали на
ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» и учебный процесс в
ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Научная новизна.

1) На основе лабораторных и промышленных экспериментов исследована кинетика высокотемпературного окисления и

обезуглероживания рельсовой стали марки Э76Ф в атмосфере воздуха и продуктов сгорания природного газа.

2) Проведена количественная оценка влияния температурно-
временного фактора на величины окалинообразования и обезуглероживания
при нагреве под прокатку непрерывнолитых заготовок рельсовой стали
марки Э76Ф.

3) Разработана прогнозная математическая модель процессов нагрева
стали в методической печи с шагающими балками. Данная модель
позволяет, изменяя начальные условия (производительность печи,
поперечный размер заготовок, температуру посада заготовок, температуры
по зонам печи, шаг раскладки заготовок и др.), осуществлять
многовариантные расчеты, а также анализировать динамику изменения
глубины обезуглероженного слоя, величины окалинообразования и
температуры металла в процессе нагрева.

Практическая значимость.

1) Полученные экспериментальные данные по влиянию температурно-
временного фактора на величину окалинообразования и глубину
обезуглероженного слоя при нагреве стали марки Э76Ф под прокатку.

2) Разработана математическая модель, реализованная на ЭВМ на
языке программирования Turbo Pascal 7.0, позволяющая осуществлять
многовариантные прогнозные инженерные и исследовательские расчеты
нагрева рельсового металла в методической печи с шагающими балками.

3) Разработаны и внедрены малоокислительные и
малообезуглероживающие температурные режимы нагрева
непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали в условиях
рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

4) Результаты данной работы внедрены в учебный процесс в ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» на кафедре «Теплофизика и промышленная экология».

Реализация результатов.

На базе полученных результатов разработаны технологии
малоокислительного и малообезуглероживающего нагрева

непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали под прокатку, которые внедрены в практику эксплуатации печи с шагающими балками рельсобалочного цеха ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат». Разработанная и реализованная на ПЭВМ математическая модель используется для моделирования процессов нагрева в промышленных условиях и учебном процессе на кафедре «Теплофизика и промышленная экология» ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

1) Результаты экспериментальных исследований влияния температуры
и времени нагрева на величину окалинообразования и глубину видимого
обезуглероженного слоя при нагреве рельсовой стали марки Э76Ф под
прокатку.

2) Результаты математического моделирования нагрева
непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками
под прокатку.

3) Температурные режимы нагрева непрерывнолитых заготовок
рельсовых марок стали Э76Ф под прокатку в условиях рельсобалочного
цеха ОАО «НКМК».

Автору принадлежит:

- проведение промышленных экспериментов по исследованию
влияния температурно-временного фактора на величину потерь металла с
окалиной и глубину видимого обезуглероженного слоя в НЛЗ стали марки
Э76Ф;

разработка и реализация на ПЭВМ математической модели нагрева НЛЗ в методической печи с шагающими балками под прокатку;

внедрение результатов экспериментов в технологический процесс, разработка и внесение изменений в технологическую инструкцию по нагреву НЛЗ рельсовых марок стали в печи с шагающими балками в условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (Новокузнецк, 2002г.); Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, май 2003г.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективные материалы: получение и технологии обработки» (Красноярск, 2004г.); Ш-я совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2004г.); IV-ая совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2005г.); V-ая совместная научно техническая конференция молодых специалистов ООО УК «ЕвразХолдинг» (Новокузнецк, апрель 2006г.); Международная

научно-техническая конференция молодых специалистов «Азовсталь-2006» (Украина, г. Мариуполь, 2006г.).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах в центральных журналах и сборниках, из них 6 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, выводов и приложений. Изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунка, 13 таблиц, список литературы из 126 наименований.

Влияние глубины обезуглероженного слоя на качество и эксплуатационные свойства рельсов

Относительно влияния поверхностного обезуглероживания на качество рельсов и их эксплуатационные свойства существует ряд весьма противоречивых мнений. Так по данным работы [54] увеличение продолжительности нагрева в методической печи с горячего посада заготовок сечением 282x320 мм на 1 час сверх нормативного способствует росту толщины обезуглероженного слоя в головке на 0,5 мм и снижении количества рельсов пораженных поверхностными дефектами в 2 раза. При этом имеющиеся в горячекатаных рельсах трещины после закалки развиваются на глубину, не превышающую величину обезуглероженного слоя, т.е. обезуглероженный слой обеспечивает поверхностную локализацию дефекта, препятствует проникновению его внутрь.

Проведенные исследования [54, 55] показывают, что увеличение глубины обезуглероженного слоя способствуют снижению прочности и повышению пластичности в области фазовых превращений, что позволяет улучшить качество поверхности.

В работе [56] также проведены исследования по влиянию обезуглероженного слоя на качество готовых рельсов. С целью снижения количества рельсов, пораженных поверхностными дефектами, было решено увеличить время нагрева заготовок в методической печи для горячего посада с 4 до 6-7 часов, для холодного с 5 до 8-9 часов. При этом обезуглероженный слой в рельсах увеличился с 0,6-0,7 до 0,9-1,0 мм, а количество рельсов, пораженных поверхностными дефектами, снизилось с 19 до 14%.

Влияние увеличения времени нагрева на уменьшение поверхностных дефектов рассмотрено также в работе [57]. Установлено, что при времени томления в интервале 2,0-3,5 ч количество рельсов с дефектами поверхности составляет 13%, в то время как при ускоренном нагреве (томление до 2 ч.) процент дефектных рельсов значительно увеличивается (до 20%). Однако, снижение количество дефектных рельсов в этом случае скорей всего связано не с увеличением обезуглероженного слоя, а с переходом дефектов поверхности в окалину.

Но с другой стороны, наличие в рельсовом прокате поверхностных обезуглероженных слоев может ускорять образование наплыва металла на боковую грань рельса, вызывать неблагоприятное перераспределения контактных напряжение на глубине 3-5 мм, что является причиной увеличения износа в первый период эксплуатации, а также облегчает образование усталостных трещин [58, 59]. После термообработки рельсов поверхностное обезуглероживание может приводить к образованию на поверхности катания зон со структурой верхнего бейнита. Структура верхнего бейнита является весьма неблагоприятной для рельсовой продукции, поскольку может привести к снижению механических и эксплутационных свойств рельсов, наклепу, охрупчиванию металла, образованию усталостных трещин, выкрашиванию поверхностного слоя и пр. [60]. Известно, что более 90% отказов рельсов в главном пути происходило из-за контактно-усталостных повреждений, смятия и износа головки [61, 62]. Этот же вид повреждений явился основной причиной замены рельсов скоростных дорог Японии [63]. Кроме того, существенное влияние на срок службы рельсов может оказывать не только величина обезуглероживания головки (поверхности катания), но и шейки, а так же подошвы. Намины от накладок, являясь концентраторами напряжений, приводят к образованию трещин под головкой рельса. Неравномерное распределение углерода в поверхностных слоях подошвы приводит к. различной интенсивности коррозийных процессов (глубины разъедания ржавчиной), что в свою очередь оказывает отрицательное влияние на долговечность рельсов [59, 64]. В новом проекте ГОСТ Р «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия» разработанным по инициативе

ОАО «Уральский институт металлов» (УИМ), ОАО «НТМК», ОАО «НКМК» и по решению Российской межведомственной рельсовой комиссии по улучшению качества и эксплуатационной стойкости железнодорожных рельсов и рельсовых скреплений решено включить ограничения по глубине обезуглероженного слоя в головке рельсов [65, 66]. Так в соответствии с европейскими стандартами EN 13674-1:2003 глубина обезуглероженного слоя в виде сплошной ферритной сетки в любом месте поверхности головки не должна превышать 0,5 мм.

Разработка малоокислительных и малообезуглероживающих режимов нагрева непрерывнолитых заготовок

Выполнен прогнозный расчет потерь с металла с окалиной и глубины обезуглероженного слоя при стабильной производительности печи при нагреве рельсового металла в интервале 175-250 т/ч по двум режимам нагрева: 1 - вариант, предложенный фирмой «Techint»; 2 -скорректированный вариант, полученный по результатам исследований и наблюдений. Результаты представлены на рисунках 4,5 и в таблице 2 (№1-4 и 5-8, соответственно). На основе полученных данных предложен новый температурный режим нагрева непрерывнолитых заготовок в печи с шагающими балками, с пониженными температурами по зонам печи, с целью минимизации окалинообразования и обезуглероживания. Результаты моделирования процесса нагрева при проектной производительности 250 т/ч по двум режимам (Techint и ЦТТЛ) представлены на рисунках 6,7. 1. Разработана математическая модель нагрева непрерывнолитых заготовок в методической печи с шагающими балками. 2. На базе многовариантных расчетов разработан малоокислительный и малообезуглероживающий режим нагрева непрерывнолитых заготовок рельсовых марок стали под прокатку для условий ОАО «НКМК» (раздел 6, таблица 12). Для проведения экспериментов по определению величины окалинообразования и обезуглероживания при нагреве под прокатку использовали рельсовые марки сталей следующего химического состава: Для изучения особенностей высокотемпературного окисления и обезуглероживания при нагреве в атмосфере воздуха использовали: образцы рельсовой стали марки Э76Ф длиной 30-40 мм сечением 10x10 мм, микролегированной ванадием в количестве 0,03-0,07%; цилиндрические образцы мартеновской стали М54 диаметром 30-33 мм и высотой 15-20 мм; цилиндрические образцы мартеновской стали М76 диаметром 10-11 мм и высотой 20-25 мм. Образцы перед опытами обтачивали, удаляли поверхностный слой металла толщиной 2,0-2,5 мм с целью удаления исходного обезуглероженного слоя.

Нагрев осуществлялся в атмосфере воздуха в трубчатой электрической печи сопротивления СУОЛ-0.4.4/12-М2-У4.2 в интервале температур 950-И250 С при времени выдержки 10-60 мин. Температуру образца фиксировали с помощью хромель-алюмелевой термопары, устанавливаемой в предварительно высверленное отверстие 03,5 мм и глубиной 15 мм в боковой части образца, и автоматического потенциометра КСП-4. Геометрические размеры образцов до и после опытов измеряли штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Угар рассчитывался с применением гравиметрического метода. Потерю массы определяли на весах ВЛР-200 с точностью до 0,5 мг. После нагрева образцы подвергали ускоренному охлаждению на воздухе. Окалину с поверхности удаляли с помощью травления в подогретом до 40-60 С 10%-ном растворе H2SO4 с добавкой 0,1 г/л тиомочевины. Для определения химического состава окалины и подтверждения наличия в окалине пентаоксида ванадия проводили полуколичественный анализ элементарного состава на рентгеновском флуоресцентном спектрометре ARL 9800, спектральный анализ на спектрометре ПГС-2. Величину общего видимого обезуглероживания определяли с помощью металлографического метода как расстояние от края шлифа до основной структуры металла [111]. С целью изготовления более качественного шлифа (отсутствия «заваливания» кромок) образец заливали в оправке эпоксидным клеем «ЭДП» (ТУ 2252-001-59564991-2001). После полировки структуру металла выявляли травление в 4 %-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Глубину обезуглероженного слоя определяли на микроскопе МИМ-10 при увеличении 50-400х. В промышленных условиях исследуемые заготовки размером 300x330x4650 из сталей марок Э76Ф, НЭ76Ф нагревали в методической печи с шагающими балками в атмосфере продуктов сгорания природного газа.

Основные характеристики и схема печи с шагающими балками для нагрева непрерывнолитых заготовок в РБЦ ОАО «НКМК» конструкции «Techint» (Италия) представлены ниже. Производительность максимальная- 250 т/ч; Габариты печи: ширина в свету -11,2 м, длина в свету - 50,7 м; Размер нагреваемых заготовок- 300x330x4650 (до 5100) мм; Используемые горелки - для сжигания используются боковые горелки, установленные в методической, 1-ой сварочной, 2-ой сварочной и в нижних томильных зонах. В верхних томильных зонах используются сводовые горелки. Печь имеет 5 технологических зон (зона предварительного подогрева - не отапливаемая, методическая зона, 1-ая сварочная, 2-ая сварочная и томильная зоны) и 10 зон температурного регулирования (в методической и обоих сварочных зонах по две зоны температурного регулирования: верхняя и нижняя, томильная зона поделена на четыре зоны температурного регулирования). Отопление печи - природный газ с калорийностью 35400 кДж/м , который сжигается в двухпроводных боковых и сводовых радиационных (верхняя томильная зона) горелках. Максимальный расход топлива - 10000 м/час. Воздух, поступающий на горение, подогревается в металлическом трубчатом рекуператоре до 500-550 С. Максимальный расход воздуха - 105000 м3/час.

Обезуглероживания рельсовых сталей марок М76 и Э76Ф при нагреве в атмосфере воздуха

На основе экспериментальных данных построены графики зависимости глубины 8 обезуглероженного слоя от температуры t и времени т выдержки, которые представлены на рисунке 14.

В образцах из стали М76 нагретых до 940-950 С и выдержанных в течение 25-30 мин. видимое обезуглероживание отсутствует, увеличение времени выдержки до 35-40 мин. приводит к возникновению локальных участков с частичным видимым обезуглероживанием в виде ферритной сетки по границам зерен перлита, а дальнейшая выдержка до 60-65 мин. формирует частично обезуглероженный слой до 0,10-0,15 мм. Образование поверхностного слоя стали с полным обезуглероживанием зафиксировано при температуре нагрева более 1050-1060 С и выдержке в течение 30-35 мин. и более.

При температурах выдержки более 1140-1160 С наблюдали образование за полностью обезуглероженным - ферритным слоем, слоя со структурой видманштетт. Образование видманштеттова феррита характерно для доэвтектоидных сталей с содержанием углерода до 0,4% после ускоренного охлаждения от температур аустенитизации более 1100-1150 С [115, 116]. Структура основного металла - перлит различной степени дисперсности.

Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры и времени выдержки для сталей М76 и Э76Ф существенно различаются. На рисунках 15 а)-з) представлены фотографии микроструктуры обезуглероженного слоя рельсовой стали марок М76 и Э76Ф. В частности если М76 имеет зависимость близкую к линейной, то Э76Ф более сложную, имеющую экстремальный характер. При температурах 1050-1100 С величина обезуглероженного слоя стали марки Э76Ф больше чем у М76, что связано с более интенсивным угаром последней и, как следствие, большим поглощением обезуглероженного слоя окалиной.

При более высоких температурах и времени выдержки 10-25 мин. глубина обезуглероженного слоя в стали Э76Ф уменьшается, по видимому, это явление связано с интенсификацией окалинообразования при относительно невысокой интенсивности обезуглероживания вследствие недостаточного времени выдержки для полного растворения карбонитридов ванадия, препятствующих диффузии углерода. Увеличение времени нахождения стали при высокой температуре приводит к полному их растворению и интенсификации обезуглероживания. При температурах 1240-1250 С и времени выдержки 60 мин. глубина обезуглероженного слоя рассматриваемых сталей примерно одинакова.

О влиянии режимов нагрева на процессы обезуглероживания стали в методической печи при постоянной калибровке валков на прокатных станах и режимах обжатия судили по величине видимого обезуглероженного слоя в головке рельсов. Эксперименты по влиянию времени нагрева на глубину обезуглероженного слоя проводили при работе печи по режиму ЦТТЛ (таблица 2), совместно с сотрудниками ЦКЛК (Центральная комплексная лаборатория комбината).

Степень обезуглероживания поверхности оценивали, замеряя максимальную глубину повышенного и общего частичного обезуглероживания (рисунок 17 в). Результаты исследования представлены в таблице 5. На рельсах, как правило, наблюдали только частичное обезуглероживание поверхности: у самой поверхности в отдельных участках микроструктура состоит из перлита и зерен феррита (повышенное обезуглероживание); между участками с повышенным обезуглероживанием и в более глубоких слоях структура состоит из перлита и сплошной ферритной сетки (рисунки 17-21).

Исследование показало, что на поверхности выкружки головок рельсов (особенно на самом закруглении) часто наблюдаются мелкие дефекты в виде углублений различной формы, образовавшиеся, вероятней всего, при прокатке из-за выработки валков. Поэтому на выкружках, где имеют место поверхностные дефекты, глубина обезуглероженного слоя неравномерна: по месту дефектов степень обезуглероживания выше, чем вне зоны дефектов (для сравнения рисунок 20-6 и рисунок 20-в). Поверхность же средней части головок рельсов в основном более гладкая, без каких-либо дефектов. Поэтому на поверхности средней части головок наблюдается более равномерный по глубине обезуглероженный слой.

Из таблицы 5 видно, что в основном, чем больше длительность нагрева заготовок в ПШБ, тем больше глубина обезуглероженного слоя на головках готовых рельсов, однако следует учитывать, что на глубину обезуглероженного слоя оказывает не только длительность нагрева, но и температурные режим работы печи, траектория изменения температуры поверхности металла.

Исследование процессов окалинообразования при нагреве рельсовой стали в методической печи с шагающими балками

Исследование угара стали в печи с шагающими балками проводили при нагреве непрерывнолитых заготовок по режимам, предложенным в проектном варианте фирмой Techint (первоначальный режим) и усовершенствованным режимам ЦТТЛ (скорректированный режим).

Данные по исследованным температурным режимам работы зон печи представлены в таблице 8 и на рисунках 28 и 29.

Исследования свойств окалины, образовавшейся на непрерывнолитых заготовках при нагреве по режиму Techint показало, что окалина плотная, хорошо отстает от поверхности металла, на некоторых участках (на торцах заготовок и верхней грани) имеет место оплавление окалины. Результаты величины потерь чистого железа с окалиной представлены в таблице 9 (по результатам химического анализа установлено, что в окалине содержится в среднем 74% чистого Fe), а также представлены в виде графика зависимости угара от времени нагрева металла в печи.

Анализируя полученные результаты можно сделать вывод, что имеется ярко выраженная зависимость между величиной окалинообразования и временем нагрева металла в печи, в частности временем пребывания металла в зонах с повышенной температурой (сварочные и томильная зоны). При времени нагрева около 4-х часов величина потерь металла варьируется в среднем 1,20-1,55 % по массе, при увеличении времени нагрева до 5 часов величина потерь возрастает до 1,40-1,80% по массе.

Известно, что существенную роль в интенсификации окисления играет окислительная атмосфера в высокотемпературных зонах печи, в частности в томильной зоне. В связи с этим, коэффициент избытка воздуха во 2-ой сварочной и томильной зонах был изменен с целью создания восстановительной атмосферы при высоких температурах.

Проведено исследование состава атмосферы по длине печи в результате которого установлено: наличие достаточно высокого содержания 02 в продуктах сгорания (порядка 3%) в томильной зоне обусловлено значительными подсосами воздуха, которые образуются при открытии окна выдачи. Относительно высокое содержание СО в томильной и 2-ой сварочной зонах объясняется технологией сжигания топлива в данной печи. В указанных зонах поддерживается коэффициент избытка воздуха на уровне 0,85-0,95. Результаты анализа продуктов сгорания по длине печи представлены на рисунке 30.

При таком режиме нагрева угар стал менее интенсивным, плотность окалины осталась на прежнем уровне, но она стала плохо отслаиваться, однако образование дефектов типа «вкатанная окалина» не зафиксировано. Результаты потерь металла с окалиной при нагреве по режиму, предложенному ЦТТЛ, представлены в таблице 10. На рисунке 31 представлены для сравнения результаты по величине окалинообразования при нагреве по двум режимам (Techint и ЦТТЛ).

Похожие диссертации на Повышение качества рельсов на основе применения малоокислительных и малообезуглероживающих технологий нагрева непрерывнолитых заготовок