Исследование комплексного влияния параметров выплавки рельсовой электростали на качество рельсовой продукции и технико-экономические показатели ее производства

Проведенный анализ литературных и производственных данных показал, что, несмотря на существенное повышение качества отечественной рельсовой продукции, достигнутое в последнее десятилетие за счет коренного технического перевооружения рельсовых производств, имеет место проблема повышенной отбраковки рельсов по дефектам поверхности. На основании исследований влияния химического состава рельсовой электростали на качество готовых рельсов производства АО «ЕВРАЗ ЗСМК» установлено значимое влияние повышения содержания меди в интервале 0,07 - 0,15 % и серы в диапазоне 0,006 - 0,011 % в стали Э76ХФ на увеличение отбраковки рельсов по поверхностным дефектам. Раскрыт механизм влияния концентрации указанных элементов в рельсовой стали на качество готовых рельсов. Показано определяющее влияние соотношения чугуна и лома в металлошихте на содержание меди и серы в рельсовой стали - повышение доли чугуна в металлошихте в пределах от 20 до 50 % способствует снижению концентрации меди и повышению содержания серы. С целью обоснования оптимального состава металлошихты для выплавки рельсовой электростали с учетом взаимосвязи качества рельсовой продукции и технико-экономических показателей ее производства проведено исследование влияния соотношения чугуна (в жидком и твердом состояниях) и лома в металлозавалке на основные показатели работы электропечей. В результате установлено, что при увеличении доли как жидкого, так и твердого чугуна в металлозавалке происходит линейное снижение удельного расхода электроэнергии, повышение удельного расхода кислорода по параболическому закону и линейное снижение содержания марганца на выпуске из печи. Полученные зависимости длительности плавки от соотношения компонентов шихты в металлозавалке свидетельствует о наличии выраженного минимума, находящегося при использовании жидкого чугуна в интервале 35 - 40 %, а при использовании твердого чугуна -в интервале 30 - 35 %. На основании полученных уравнений регрессии построена статистическая модель влияния состава металлошихты на технико-экономические показатели работы электросталеплавильного цеха при выплавке рельсовой стали, в которой в качестве параметров оптимизации выступают суммарные затраты по статьям себестоимости, зависящим от состава металлошихты, и производительность цеха по годным непрерывнолитым заготовкам. Применение полученной модели позволяет выработать обоснованные рекомендации по оптимальной доле чугуна в металлозавалке для текущего уровня цен на используемые при электроплавке материалы и энергоносители с учетом изменения производительности цеха.

1. Golovatenko A.V., Umansky A.A., Dorofeev V.V. Analysis of the main trends in the development of rail production in Russia and abroad // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Р. 012002.

2. Головатенко А.В., Волков К.В., Александров И.В. и др. Ввод в эксплуатацию универсального рельсобалочного стана и освоение технологии производства рельсов на современном оборудовании в рельсобалочном цехе ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2014. № 6(1374). С. 32 - 38.

3. Shilov V.A., Shvarts D.L., Litvinov R.A. Shaping of metal when rolling rails in universal grooves // Steel in Translation. 2008. Vol. 38. No. 3. Р. 214 - 216.

4. Уманский А.А., Головатенко А.В., Кадыков В.Н. Совершенствование режимов прокатки железнодорожных рельсов в обжимных клетях универсального рельсобалочного стана // Черные металлы. 2016. № 11. С. 16 - 21.

5. Shvarts D.L. Rolling of rail profiles in a universal groove. Part 1 // Steel in Translation. 2015. Vol. 45. No. 6. Р. 430 - 435.

6. Shvarts D.L. Rolling of rail profiles in a universal groove. Part 2 // Steel in Translation. 2015. Vol. 45. No. 7. Р. 499 - 502.

7. Golovatenko A.V., Umansky A.A., Kadykov V.N. Improvement of rolling modes of long length rails on the universal rail and structural steel mill “EVRAZ ZSMK” // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. Р. 012028.

8. Shilov V.A., Shvarts D.L., Skosar’ E.O. Aspects of the rolling of long rails on a universal rail-beam mill // Metallurgist. 2016. Vol. 60. No. 3. Р. 260 - 266.

9. Головатенко А.В., Волков К.В., Дорофеев В.В. и др. Развитие технологии прокатки и процессов калибровки железнодорожных рельсов // Производство проката. 2014. № 2. С. 25 - 39.

10. Дорофеев В.В., Уманский А.А., Головатенко А.В. и др. Анализ и разработка калибровки прокатных валков для производства асимметричных рельсовых профилей в условиях универсального рельсобалочного стана // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 12. С. 941 - 947.

11. Svejkovsky U. Newest technologies for economical sections production // AISE Steel Technology. 2002. No. 2. P. 33 - 39.

12. Frank E. Former. Steel dynamics commissions its new structural and rail division // AISE Steel Technology. 2002. No. 11- 12. P. 27 - 35.

13. Chen R., Wang P., Wei X. Track-bridge longitudinal interaction of con-tinuouswelded rails on arch bridge // Mathematical Problems in Engineering. 2013. Available at URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/494137 (Дата обращения 15.02.2018 г.).

14. Kozan E., Burdett R. A railway capacity determination model and rail access charging methodologies // Transportation Planning and Technology. 2005. Vol. 28. No. 1. P. 27 - 45.

15. Chang Y.A. Phase Diagrams and Thermodynamic Properties of Copper-Metal Systems: Monograph. - New York: INCRA, 1979. - 220 р.

16. Медь в черных металлах: Сб. статей / Под ред. И. Ле Мэя, Л.М.-Д. Шетки; пер. с англ. И.Д. Марчуковой, А.Н. Штейнбер-га; под ред. О.А. Банных. - М.: Металлургия, 1988. - 310 с.

17. Гинцбург Я.С., Андрацкий К.К. Прокатка качественной стали. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1953. - 464 с.

18. Еланский Г.Н., Еланский Д.Г. Строение и свойства металлических расплавов. - М.: МГВМИ, 2006. - 228 с.

19. Баум Б.А., Тягунов Г.В., Барышев Е.Е., Цепелев В.С. Фундаментальные исследования физикохимии металлических расплавов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 467 с.

20. Suzuki H. Hot ductility in steels in the temperature range between 900 and 600 degree C - related to the transverse facial cracks in the continuously cast slabs // Tetsu to Hagane. J.I.S.I. Japan. 1981. Vol. 67. No. 8. Р. 1180 - 1189.

21. Губенко С.И. Трансформация неметаллических включений. - М.: Металлургия, 1991. - 224 с.

22. Katunin A.I., Godik L.A., Obsharov M.V. etc. Use of liquid pig iron in electric-arc furnaces // Metallurgist. 2000. Vol. 46. No. 6. P. 299 - 301.

23. Katunin A.I., Godik L.A., Kozyrev N.A. etc. Smelting rail steel in arc furnaces using liquid iron // Steel in Translation. 2001. Vol. 31. No. 1. P. 19 - 21.

24. Годик Л.А., Козырев Н.А., Данилов А.П. и др. Использование жидкого чугуна при выплавке стали в дуговых электропечах // Электрометаллургия. 2002. № 1. С. 9 - 14.

25. Липухин Ю.В., Молчанов О.Е., Балдаев Б.Я. Опыт выплавки стали в 100-т дуговых электропечах с использованием в шихте жидкого чугуна // Сталь. 1997. № 7. С. 26 - 27.

26. Katunin A.I., Kozyrev N.A., Obsharov M.V. etc. Economic aspects of the use of liquid pig iron in electric steelmaking // Metallurgist. 2000. Vol. 44. No. 11 - 12. Р. 560 - 562.

27. Godik L.A., Kozyrev N.A., Shabanov P.A. etc. Smelting steel in electrofurnaces with increased hot-metal consumption // Steel in Translation. 2009. Vol. 39. No. 5. P. 412 - 415.