Разработка методики совершенствования технологии прокатки рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации

Разработана методика совершенствования режимов прокатки рельсовых сталей на основе комплексного параметра оптимизации. В качестве объектов применения методики выбраны технология прокатки рельсовых профилей в черновых клетях рельсобалочных станов и технология прокатки шаровых заготовок и мелющих шаров из отбраковки непрерывно литых заготовок рельсовых сталей. Обобщенным параметром оптимизации выступает обобщенная функция желательности Харрингтона, которая зависит от частных показателей желательности по критериям энергоэффективности, качества проката, материалосбережения и производительности стана. Доля влияния перечисленных частных критериев оптимизации на обобщенную функцию желательности учитывается путем использования коэффициентов весомости. Обоснование значений коэффициентов проводится исходя из результатов сравнительного анализа резервов по снижению затрат или потерь в стоимостном выражении. Разработан алгоритм применения данной методики. В рамках первого блока проводятся анализ и обобщение имеющихся исходных данных и дополнительные исследования. Эти исследования направлены на получение обоснованных аналитических зависимостей частных критериев оптимизации и измеряемых параметров прокатки. Второй блок - обоснование конкретного направления совершенствования режимов прокатки, выбор которого проводится на основании проверки соблюдения граничных условий. Третий блок включает в себя разработку параметров нового режима прокатки и оценку его применимости и эффективности. Четвертый блок предполагает опытно-промышленное опробование нового режима прокатки в условиях действующего прокатного стана и, при необходимости, корректировку методики определения прогнозных значений измеряемых показателей. С использованием разработанной методики проведено совершенствование режимов прокатки железнодорожных и остряковых рельсов в черновых клетях универсального рельсобалочного стана АО «ЕВРАЗ ЗСМК», изменен режим прокатки мелющих шаров из отбраковки заготовок рельсов на стане поперечно-винтовой прокатки ОАО «ГМЗ». Наблюдается значительное повышение качества и технико-экономических показателей, что свидетельствует об эффективности разработанной методики.

1. Полевой Е.В., Волков К.В., Головатенко А.В., Атконова О.П., Юнусов А.М. Совершенствование технологии производства рельсов на ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2013. № 4. С. 26-28.

2. Шабуров Д.В., Попов А.Е., Загуменнов О.В. Освоение технологии производства рельсов на универсальном рельсобалочном стане // Сталь. 2016. № 7. С. 44-45.

3. Волков К.В., Кузнецов Е.П., Бойков Д.В., Сапаев Н.М., Захарова Т.П. Освоение производства рельсовой стали на модернизированной МНЛЗ № 1 ЭСПЦ ОАО ЕВРАЗ ЗСМК // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2014. № 6 (1374). С. 25-30.

4. Протопопов Е.В., Числавлев В.В., Темлянцев М.В., Головатенко А.В. Повышение эффективности рафинирования рельсовой стали в промежуточных ковшах МНЛЗ на основе рациональной организации гидродинамических процессов // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 5. С. 298-304. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-298-304

5. Браунштейн Е.Р., Перетятько В.Н. Выработка поверхностных дефектов при прокатке рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 1997. № 8. С. 32-35.

6. Шарапов И.А., Дорофеев В.В., Бердышев В.А., Громов В.Е. Рациональная система калибров для прокатки рельсов в черновых пропусках // Сталь. 1997. № 6. С. 61-62.

7. Перетятько В.Н., Литвин С.Г., Пятайкин Е.М. Влияние разрезки на положение центральной пористости в рельсах Р65 // Известия вузов. Черная металлургия 2003. № 4. С. 36-38.

8. Guo Y., Xie Z., Wang Y., Tao G., Yang Q. Study on optimization model of rolling parameters of high speed rail by universal mill // Zhongguo Jixie Gongcheng / China Mechanical Engineering. 2010. Vol. 21. No. 10. P. 1200-1202.

9. Guo Y.-J., Xie Z.-J., Wang Y.-Z., Tao G.-M. Multiplex analytical method for metal three-dimensional flow of heavy rail rolling by universal mill // Chongqing Daxue Xuebao/Journal of Chongqing University. 2010. Vol. 33. No. 1. P. 31-35.

10. Dong Y.-G., Zhang W.-Z., Song J.-F. Theoretical and experimental research on spread of base of rail in universal rolling // Zhongnan Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Central South University (Science and Technology). 2011. Vol. 42. No. 9. P. 2676-2680.

11. Dong Y., Zhang W., Song J. Theoretical and experimental research on the elongation law of the rail in rail rolling by a universal mill // Journal of Mechanical Engineering. 2010. Vol. 46. No. 6. P. 87-92.

12. Chen L., Bi K. Study on simulation experiment with universal pass rolling deformation for heavy rail // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 430-432. P. 525-529. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.430-432.525

13. Ma J.-H., Zhang W.-Z. Numerical simulation and experimental study on corrugated waist rail with universal rolling // Advanced Materials Research. 2010. Vol. 83-86. P. 222-229. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.83-86.222

14. Dong Y.-g., Zhang W.-z., Song J.-f. Theoretical and experimental research on rolling force for rail hot rolling by universal mill // Journal of Iron and Steel Research International. 2010. Vol. 17. No. 1. P. 27-32. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(10)60040-4

15. Liu Y., Wang Y., Zhu H., Chen L. Effects of continuous rolling speed change rates on geometric dimension between two racks when rolling rail by universal pass // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 538-541. P. 2941-2944. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.538-541.2941

16. Dong Y., Zhang W., Song J. Novel analytical model of mean temperature and experimental research on the rail universal rolling // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2009. Vol. 22. No. 3. P. 376-383. http://dx.doi.org/10.3901/CJME.2009.03.376

17. Dong Y.-g., Zhang W.-z., Song J.-f. The theoretical and experimental research on the forward slip coefficient in rail universal rolling // ISIJ International. 2009. Vol. 49. No. 3. P. 385-394. https://doi.org/10.2355/isijinternational.49.385

18. Svejkovsky U., Nerzak T. Top quality rail production using compact universal stands and RailCool technology // MPT Metallurgical Plant and Technology International. 2006. Vol. 29. No. 2. P. 74-80.

19. Svejkovsky U., Ellis G., Perala R.E. State of the art of rail rolling // ISTech - Iron and Steel Technology Conference Proceedings. 2004. Vol. 2. P. 161-168.

20. Pfeiler H., Kock N., Schroder J., Maestrutti L. The new rail mill of voestalplne Schienen at Donawitz // MPT Metallurgical Plant and Technology International. 2003. Vol. 26. No. 6. P. 40-44.

21. Баранов Н.А., Тулупов О.Н. Производство мелющих шаров из рельсовой стали // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2017. Т. 1. С. 96-99.

22. Pater Z., Tomczak J., Bulzak T., Cyganek Z., Andrietti S., Barbe-let M. An innovative method for producing balls from scrap rail heads // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 97. No. 1-4. P. 893-901. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2007-9

23. Tomczak 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/10.24425/118901

24. Бровман М.Я. Определение сопротивления деформации при прокатке // Сталь. 2015. № 6. С. 40-44.

25. Уманский А.А., Головатенко А.В., Симачев А.С., Дорофеев В.В., Осколкова Т.Н. Исследования пластичности и сопротивления деформации легированных рельсовых сталей в температурном интервале прокатки // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 6. С. 452-460. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-6-452-460

26. Уманский А.А., Головатенко А.В., Темлянцев М.В., Дорофеев В.В. Экспериментальные исследования пластичности и сопротивления деформации хромистых рельсовых сталей // Черные металлы. 2019. № 6. С. 24-28.

27. Уманский А.А., Дорофеев В.В., Думова Л.В. Разработка теоретических основ энергоэффективного производства железнодорожных рельсов с повышенными эксплуатационными свойствами // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 5. С. 318-326. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-318-326

28. 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.

29. Уманский А.А., Юрьев А.Б., Дорофеев В.В., Думова Л.В. Исследования напряженно-деформированного состояния металла на начальной стадии прокатки железнодорожных рельсов // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 8. С. 550-560. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-8-550-560

30. Уманский А.А., Юрьев А.Б., Думова Л.В. Исследования закономерностей течения металла и трансформации дефектов при прокатке в черновых клетях универсального рельсобалочного стана // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 10. С. 712-720. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-10-712-720