blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2022-8-596-603blackmet-2372Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSИсследование влияния параметров деформации на качество сортовых заготовок и мелющих шаров при их производстве из отбраковки рельсовых сталейInfluence of deformation parameters on quality of billets and grinding balls during their production from rejects of rail steelshttps://orcid.org/0000-0003-4403-9006УманскийА. А.UmanskiiA. A.

Александр Александрович Уманский, к.т.н., доцент кафедры металлургии черных металлов

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Aleksandr A. Umanskii, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Ferrous Metallurgy

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

umanskii@bk.ruЮрьевА. Б.Yur’evA. B.

Алексей Борисович Юрьев, д.т.н., ректор

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Aleksei B. Yur’ev, Dr. Sci. (Eng.), Rector

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

rector@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9712-3757СимачевА. С.SimachevA. S.

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

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

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

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

simachev_as@mail.ruДумоваЛ. В.DumovaL. V.

Любовь Валерьевна Думова, старший преподаватель кафедры менеджмента и отраслевой экономики

Россия, 654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Lyubov’ V. Dumova, Senior Lecturer of the Chair “Management and Branch Economy”

42 Kirova Str., Novokuznetsk, Kemerovo Region – Kuzbass 654007, Russian Federation

doumova@bk.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202201092022658596603Copyright © Уманский А.А., Юрьев А.Б., Симачев А.С., Думова Л.В., 20222022Уманский А.А., Юрьев А.Б., Симачев А.С., Думова Л.В.Umanskii A.A., Yur’ev A.B., Simachev A.S., Dumova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2372

Проведенными исследованиями установлены закономерности влияния параметров прокатки сортовых заготовок и мелющих шаров при их производстве из отбраковки рельсовой стали марки К76Ф на вероятность образования дефектов в процессе деформации. Моделирование процесса прокатки сортовых заготовок из отбраковки непрерывно литых слитков рельсовой стали указанной марки в программном комплексе DEFORM-2D позволило установить значимое влияние на вероятность образования дефектов, характеризуемое максимальным по сечению раскатов значением критерия Кокрофта-Лэтэма, следующих параметров: частные коэффициенты вытяжки по проходам, частота кантовок раската, температура прокатки. Увеличение коэффициентов вытяжки (обжатий) по проходам за счет интенсификации режима прокатки и повышение частоты кантовок позволяет уменьшить вероятность образования дефектов в процессе прокатки за счет снижения температурной неоднородности по сечению раскатов. Установленное влияние повышения температуры на снижение вероятности образования дефектов обусловлено повышением пластичности рассматриваемой рельсовой стали. На основании полученных данных сформулированы общие рекомендации по направлениям совершенствования режимов прокатки сортовых заготовок из отбраковки рельсовых сталей и ограничения их применения на практике. На основании результатов моделирования прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали на стане поперечно-винтовой прокатки установлено значимое влияние повышения температуры деформации на снижение трещинообразования в осевой зоне шаров, обусловленное увеличением пластичности стали. С использованием результатов, полученных при моделировании, разработан новый режим прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали марки К76Ф, обеспечивающий повышение ударной стойкости мелющих шаров при сохранении высокой поверхностной твердости. Эффективность нового режима прокатки мелющих шаров из отбраковки рельсовой стали подтверждается результатами его опытно-промышленного опробования в условиях шаропрокатного стана ОАО «Гурьевский металлургический завод».

The conducted studies have determined the regularities of influence of rolling parameters of billets and grinding balls in their production from the rejects of K76F rail steel on probability of defects formation during deformation. Modeling of the rolling process of high-grade billets from the rejects of continuously cast ingots of rail steel of the specified grade in DEFORM-2D software package allowed us to establish a significant effect of such parameters as: partial coefficients of drawing along the transfer bar, frequency of rolling edges, and rolling temperature, on the probability of defect formation, characterized by the maximum value of the Cockcroft-Latham criterion in cross section of the rolls. It is shown that an increase in the coefficients of drawing (compression) along the transfer bar, due to intensification of the rolling mode and an increase in frequency of edging, reduces the likelihood of defects forming during rolling by reducing the temperature inhomogeneity along the rolls section. The established effect of temperature increase on reducing the probability of defects formation is due to an increase in plasticity of the considered rail steel. Based on the data obtained, general recommendations are formulated on the directions of improving the rolling modes of billets from the rejects of rail steels and restrictions on their application in practice. Based on the results of modeling the rolling of grinding balls from the rejects of rail steel on a helical rolling mill, a significant effect of an increase in the deformation temperature on reduction of cracking in the balls axial zone, due to an increase in the steel ductility, was established. Therefore, a new mode of rolling grinding balls from the rejects of K76F rail steel was developed, which provides an increase in impact resistance of grinding balls while maintaining high surface hardness. Effectiveness of this mode is confirmed by the results of its pilot testing in conditions of the ball rolling mill at JSC “Guryevskii Metallurgical Plant”.

мелющие шарырельсовые сталинепрерывно литые заготовкиматематическое моделированиепараметры прокаткидефектыgrinding ballsrail steelscontinuously cast billetsmathematical modelingrolling parametersdefectИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда № 22-29-20170.The research was supported by the grant of the Russian Science Foundation no. 22-29-20170.ReferencesКрутилин А.Н., Бестужев Н.И., Бестужев А.Н., Каленкович Д.Н. Мелющие тела. Проблемы. Перспективы // Литье и металлургия. 2009. № 4 (53). С. 26–33.Krutilin A.N., Bestuzhev N.I., Bestuzhev A.N., Kalenkovich D.N. Grinding bodies. Problems. Perspective. Lit’e i metallurgiya. 2009, no. 4 (53), pp. 26–33. (In Russ.).Рахутин М.Г., Бойко П.Ф. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров // Уголь. 2017. № 12. С. 49–52. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52Rakhutin M.G., Boyko P.F. Ways to improve assessment methods of the main characteristics of grinding balls. Ugol’. 2017, no. 12, pp. 49–52. (In Russ.). https://doi.org/10.18796/0041-5790-2017-12-49-52Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review // Minerals Engineering. 2013. Vol. 49. P. 77–91. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Aldrich C. Consumption of steel grinding media in mills – A review. Minerals Engineering. 2013, vol. 49, pp. 77–91. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2013.04.023Kotenok V.I., Podobedov S.I. Energy-efficient design of rolls for ball-rolling mills // Metallurgist. 2001. Vol. 45. No. 9-10.Kotenok V.I., Podobedov S.I. Energy-efficient design of rolls for ball-rolling mills. Metallurgist. 2001, vol. 45, no. 9-10,P. 363–367. https://doi.org/10.1023/A:1017920006038pp. 363–367. https://doi.org/10.1023/A:1017920006038Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков шаропрокатного стана. Сообщение 1 // Известия вузов. Черная металлургия. 2013. Т. 56. № 4. С. 27–30. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-4-27-30Peretyat’ko V.N., Klimov A.S., Filippova M.V. Calibrating roll of the ball-rolling mills. Part 1. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2013, vol. 56, no. 4, pp. 27–30. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-4-27-30Найзабеков А.Б., Мухаметкалиев Б.С., Арбуз А.С., Лежнев С.Н. Снижение расхода стальных мелющих шаров путем улучшения технологии их производства // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 4 (46). С. 78–86.Naizabekov A.B., Mukhametkaliev B.S., Arbuz A.S., Lezhnev S.N. Reducing the consumption of steel grinding balls by improving their production technology. Vesti vysshikh uchebnykh zavedenii Chernozem’ya. 2016, no. 4 (46), pp. 78–86. (In Russ.).Ефременко В.Г. Металлографический анализ причин разрушения стальных катаных тел для барабанных мельниц // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2000. № 9. С. 89–91.Efremenko V.G. Metallographic analysis of the causes of destruction of rolled steel bodies for drum mills. Vestnik Priazovsko­go gosu­darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2000, no. 9, pp. 89–91. (In Russ.).Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill // Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2017. Vol. 42. No. 5. P. 193–196. https://doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Bai X., Jin Y. Heat treatment of wear resistant steel ball for large ball mill. Jinshu Rechuli/Heat Treatment of Metals. 2017, vol. 42, no. 5, pp. 193–196. https://doi.org/10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.040Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., My­kheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ” // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. No. 5. P. 325–329. https://doi.org/10.3103/S0967091217050072Lam M.M., Serov A.I., Smyrnov Y.N., Ternavskii A.N., My­kheiev V.V. Production of hard (class V) grinding balls at PJSC “DMPZ”. Steel in Translation. 2017, vol. 47, no. 5, pp. 325–329. https://doi.org/10.3103/S0967091217050072Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters // Inzynieria Mineralna. 2015. Vol. 16. No. 1. P. 197–203.Umucu Y., Deniz V. The effect of ball type in fine particles grinding on kinetic breakage parameters. Inzynieria Mineralna. 2015, vol. 16, no. 1, pp. 197–203.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. Vol. 97. No. 1-4. P. 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. International Journal of Advanced Manufacturing Techno­logy. 2018, vol. 97, no. 1-4, pp. 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 Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63. No. 1. P. 5–12. https://doi.org/10.24425/118901Tomczak 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, vol. 63, no. 1, pp. 5–12. https://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 // Procedia Manufacturing. 2017. No. 11. P. 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. Procedia Manufacturing. 2017, no. 11, pp. 466–473. https://doi.org/10.1016/J.PROMFG.2017.07.137Головатенко А.В., Волков К.В., Александров И.В., Кузнецов Е.П., Дорофеев В.В., Сапелкин О.И. Ввод в эксплуатацию универсального рельсобалочного стана и освоение технологии производства рельсов на современном оборудовании в рельсобалочном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 6 (1374). С. 32–38.Golovatenko A.V., Volkov K.V., Aleksandrov I.V., Kuznetsov E.P., Dorofeev V.V., Sapelkin O.I. Commissioning of a universal rail-rolling mill and mastering the technology of rail production on mo­dern equipment in the rail-rolling workshop of JSC EVRAZ ZSMK. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2014, no. 6 (1374), pp. 32–38. (In Russ.).Уманский А.А., Симачев А.С., Думова Л.В. Разработка технологии производства мелющих тел с повышенными эксплуатационными свойствами из отбраковки рельсовых сталей // Черные металлы. 2021. Т. 2021. № 5. С. 57–62. https://doi.org/10.17580/chm.2021.05.10Umanskiy A.A., Simachev A.S., Dumova L.V. Development of technology for production of grinding bodies with improved performance properties from the rail steels rejection. Chernye metally. 2021, vol. 2021, no. 5, pp. 57–62. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/chm.2021.05.10Баранов Н.А., Тулупов О.Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2017. Т. 1. С. 96–99.Baranov N.A., Tulupov O.N. Production of grinding balls made of rail steel. Aktual’nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya. 2017, vol. 1, pp. 96–99. (In Russ.).Харламов А.А., Латаев А.П., Галкин В.В., Уланов П.В. Моделирование обработки металлов давлением с помощью комплекса «DEFORM» // САПР и графика. 2005. № 5. С. 2–4.Kharlamov A.A., Lataev A.P., Galkin V.V., Ulanov P.V. Modeling of metal forming with “DEFORM” complex. SAPR i grafika. 2005, no. 5, pp. 2–4. (In Russ.).Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 2006. 464 с.Oden J.T. Finite Elements of Nonlinear Continua. Dover Publications, 2006, 464 p.Kobayashi S., Oh S.-Ik, Altan T. Metal Forming and the Finite-Element Method. Oxford: Oxford University Press, 1989. 333 p. https://doi.org/10.1093/oso/9780195044027.001.0001Kobayashi S., Oh S.-Ik, Altan T. Metal Forming and the Finite-Element Method. Oxford: Oxford University Press, 1989, 333 p. https://doi.org/10.1093/oso/9780195044027.001.0001Cockcroft M.G., Latham D.J. Ductility and workability of metals // Journal of the Institute of Metals. 1968. Vol. 96. P. 33–39.Cockcroft M.G., Latham D.J. Ductility and workability of metals. Journal of the Institute of Metals. 1968, vol. 96, pp. 33–39.Уманский А.А., Головатенко А.В., Темлянцев М.В., Дорофеев В.В. Экспериментальные исследования пластичности и сопротивления деформации хромистых рельсовых сталей // Черные металлы. 2019. Т. 2019. № 6. С. 24–28.Umansky A.A., Golovatenko A.V., Temlyantsev M.V., Dorofeev V.V. Experimental studies of plasticity and deformation resistance of chromium rail steels. Chernye metally. 2019, vol. 2019, no. 6, pp. 24–28. (In Russ.).Уманский А.А., Темлянцев М.В., Симачев А.С., Думова Л.В. Исследование влияния микроструктуры непрерывнолитых заготовок рельсовой стали К76Ф на сопротивление пластической деформации // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2020. № 2. С. 32–37.Umanskii A.A., Temlyantsev M.V., Simachev A.S., Dumova L.V. Effect of macrostructure of continuously cast K76F rail steel billets on resistance to plastic deformation. Problemy chernoi metallurgii i materialovedeniya. 2020, no. 2, pp. 32–37. (In Russ.).Губанова Н.В., Карелин Ф.Р., Чопоров В.Ф., Юсупов В.С. Исследование процесса прокатки в геликоидальных валках методом математического моделирования в программе DEFORM 3D // Металлы. 2011. № 2. С. 24–30.Gubanova N.V., Karelin F.R., Choporov V.F., Yusupov V.S. Study of rolling in helical rolls by mathematical simulation with the DEFORM 3D software package. Russian Metallurgy (Metally). 2011, no. 3, pp. 188–193. https://doi.org/10.1134/S0036029511030074Филиппова М.В., Перетятько В.Н., Сметанин С.В. Усилия и напряжения при прокатке шара // Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 8. С. 587–588. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-8-587-588Filippova M.V., Peretyat’ko V.N., Smetanin S.V. Stresses and strains during rolling of the ball. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, vol. 59, no. 8, pp. 587–588. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-8-587-588

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