Новотроицкий филиал НИТУ «МИСиС», Новотроицк, Россия:

А. Н. Шаповалов, заведующий кафедрой металлургических технологий и оборудования, канд. техн. наук, доцент

ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:
С. П. Нефедьев, старший научный сотрудник научно-инновационного сектора, канд. техн. наук
С. И. Платов, заведующий кафедрой машин и технологий обработки давлением и машиностроения, докт. техн. наук, профессор
М. В. Харченко, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: kharchenko.mv@bk.ru

Представлен анализ данных о производстве колесных марок сталей «2» и «Т» по ГОСТ 10791–2011 в условиях ЭСПЦ АО «Уральская Сталь». На большинстве плавок содержания водорода и азота существенно меньше регламентированных, что свидетельствует о нерациональном режиме вакуумирования, приводящем к увеличению энергетических затрат на передел, и об имеющихся резервах для совершенствования технологии вакуумирования. Определено, что для гарантированного получения содержания водорода менее 1,5 ppm и азота до 0,007 % необходимо проводить вакуумную обработку стали при остаточном давлении в вакуум-камере до 3 мбар, продолжительности обработки при глубоком вакууме не менее 20 мин, расходе аргона на продувку не менее 0,05 м³/т, перегреве металла от 110 до 130 °C. Диапазон перегрева стали перед началом вакуумирования обеспечивает оптимальные температурные условия разливки стали. Оптимальная температура перегрева металла в начале обработки на установке вакуумирования стали (УВС) составляет 115–125 °C при продолжительности вакуумной обработки 50–55 мин (потери температуры металла 70–75 °C), при перегреве металла в сталеразливочном ковше перед началом разливки 35–45 °C и при потерях температуры металла при транспортировке от УВС до разливки — 5 °C (15 мин). Получены уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать результаты дегазации, а также подбирать величины параметров вакуумной обработки с целью достижения заданного содержания растворенных газов — водорода ([H], ppm) и азота ([N], % (мас.)).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2020-0011).

1. ГОСТ 10791–2011. Колеса цельнокатаные. Технические условия. — М. : Стандартинформ, 2011. — 32 с.
2. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали : учебник для вузов. — М. : Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. — 528 с.
3. Поволоцкий Д. Я., Кудрин В. А., Вишкарев А. Ф. Внепечная обработка стали : учебник для вузов. — М. : МИСиС, 1995. — 256 с.

4. Морозов А. Н., Стрекаловский М. М., Чернов Г. И., Кацнельсон Я. Е. Внепечное вакуумирование стали. — М. : Металлургия, 1975. — 288 с.
5. Бровман М. Я. Непрерывная разливка металлов. — М. : ЭКОМЕТ, 2007. — 484 с.
6. Паршин В. М., Буланов Л. В. Непрерывная разливка стали. — Липецк : ОАО «НЛМК», 2011. — 221 с.
7. Pan H. Control Technology of Internal Quality for CC Billet // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 415-417. P. 1729–1734.
8. Шевченко Е. А., Столяров А. М., Шаповалов А. Н., Баранчиков К. В. Изучение искажения поперечного сечения непрерывнолитого сляба // Известия вузов. Черная металлургия. 2014. № 1. С. 34–37.
9. Yu S., Miettinen J., Shao L., Louhenkilpi S. Mathematical Modeling of Nitrogen Removal from the Vacuum Tank Degasser // Steel Research International. 2015. Vol. 86, Iss. 5. P. 466–477.
10. Fruehan R. J. Fundamentals and Practice for Producing Low Nitrogen Steels // ISIJ International. 1996. Vol. 36. P. S58–S61.
11. Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. 1. Термодинамические и кинетические закономерности : пер. с нем. — М. : Металлургия, 1973. — 312 с.
12. Yu S., Miettinen J., Louhenkilpi S. Modeling Study of Nitrogen Removal from the Vacuum Tank Degasser // Steel Research International. 2014. Vol. 85, Iss. 9. P. 1393–1402.
13. Karouni F., Wynne B. P., Talamantes‐Silva J., Phillips S. Modeling the Effect of Plug Positions and Ladle Aspect Ratio on Hydrogen Removal in the Vacuum Arc Degasser // Steel Research International. 2018. Vol. 89, Iss. 5. P. 1700551.
14. Yu S., Miettinen J., Louhenkilpi S. Numerical Study on the Removal of Hydrogen and Nitrogen from the Melt of Medium Carbon Steel in Vacuum Tank Degasser // Materials Science Forum. 2013. Vol. 762. P. 253–260.
15. Николаев А. О., Бигеев В. А., Николаев О. А., Чигасов Д. К. Особенности вакуумирования трубных марок стали в условиях ККЦ ОАО «ММК» // Электрометаллургия. 2013. № 4. С. 19–24.
16. Кушнарев А. В. Повышение качества непрерывнолитого слитка из колесной стали в ОАО «ЕВРАЗ НТМК» // Черные металлы. 2014. № 3 (987). С. 28–32.
17. Кушнарев А. В., Богатов А. А., Киричков А. А., Пузырев С. С. Развитие технологии производства железнодорожных колес // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2016. Т. 14. № 1. С. 59–68.
18. Зинченко С. Д., Филатов М. В., Ефимов С. В., Дуб А. В., Гошкадера С. В. Технологические аспекты удаления водорода с использованием установки ковшевого вакуумирования стали // Металлург. 2004. № 11. С. 41–42.
19. Тутарова В. Д., Шаповалов А. Н., Калитаев А. Н. Закономерности удаления водорода на установке вакуумирования стали камерного типа // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Том 60. № 3. С. 192–199.
20. Tutarova V. D., Shapovalov A. N., Kalitaev A. N. Objective Laws of Nitrogen Removal in the Vacuum Tank Degasser // Materials Science Forum. 2020. Vol. 989. P. 381–387.
21. Smirnova E. A., Eliseeva I. A., Shapovalov A. N. The Degassing Laws for Railway Wheel Steel in a Vacuum Tank Degasser // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. P. 269–274.
22. Житлухин Е. Г., Мелинг В. В., Дресвянкина Л. Е., Гудов А. Г., Степанов И. А. Освоение и повышение эффективности технологии вакуумирования стали // Сталь. 2014. № 6. С. 12–14.
23. Jauhiainen A., Jonsson L., Jönsson P., Eriksson S. The influence of stirring method on hydrogen removal during ladle treatment // Steel Research. 2002. Vol. 73, Iss. 3. P. 82–90.
24. Steneholm K., Andersson M., Tilliander A., Jönsson P. G. Removal of hydrogen, nitrogen and sulphur from tool steel during vacuum degassing // Ironmaking & Steelmaking. 2013. Vol. 40, Iss. 3. P. 199–205.
25. Socalici A., Popa E., Heput T., Dragoi F. Researches Regarding the Improvement of the Steel Quality // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 216. P. 273–278.
26. Ardelean E., Hepuț T., Vătășescu M., Crișan E. Researches Regarding the Influence of Vacuum Parameters on the Efficiency of Gas Removal from the Liquid Steel // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 254. P. 218–223.
27. Бургман В., Давене Ж. Структура затрат на вакуумирование стали с учетом обработки в агрегате ковш-печь // Черные металлы. 2012. № 11. С. 41–49.
28. Баскакова Н. Т., Песин И. А. Концептуальные подходы в оптимизационном планировании ремонтов оборудования на металлургическом предприятии // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2013. Т. 41. № 1. С. 93–96.