CC BY
15Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ ДЛЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Анна Николаевна Отабек Тоирович Нодиржон
Авдеева Тоиров Каюмжонович Турсунов
Ташкентский государственный транспортный университет
В настоящей работе выполнены теоретические и экспериментальные исследования по поведению серы и фосфора в сталеплавильной ванне, что позволило в опытно-промышленных условиях провести комплексные исследования по рафинированию стали в ИТП с применением шлаков. При этом, подбирая специальные шлаки и уменьшая высоту мениска зеркала ванны, обеспечивали повышенную рафинирующую способность шлака, что позволило удержать его над металлическим расплавом и уменьшить "сползание" к стенке тигля. Определены термодинамические, кинетические и технологические параметры процесса рафинирования металла с использованием шлака в ИТП. Получены количественные зависимости основных технологических параметров рафинирования металла, положенные в основу новой технологической инструкции производства стали, отражающей влияние температуры на процесс дефосфорации и продолжительность выдержки металла под шлаком в ИТП на конечное содержание серы в металле.
Ключевые слова.Боковая рама, излом, дефосфорация, сталь марки 20ГЛ, десульфурация.
DEVELOPMENT OF INNOVATIVE TECHNOLOGY FOR THE PRODUCTION OF HIGH-QUALITY STEEL FOR CAST PARTS OF ROLLING
STOCK OF RAILWAY TRANSPORT
In this work, theoretical and experimental studies on the behavior of sulfur and phosphorus in a steelmaking bath were carried out, which made it possible to carry out complex studies on steel refining in ICF using slags under experimental industrial conditions. At the same time, by selecting special slags and reducing the height of the meniscus of the bath mirror, they provided an increased refining ability of the slag, which made it possible to keep it above the metal melt and reduce the "sliding" to the
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
crucible wall. The thermodynamic, kinetic and technological parameters of the metal refining process with the use of slag in the ICF are determined. Quantitative dependences of the main technological parameters of metal refining are obtained, which form the basis of a new technological instruction for steel production, reflecting the effect of temperature on the dephosphorization process and the duration of metal exposure under slag in the ICF on the final sulfur content in the metal.
Keywords. Side frame, fracture, dephosphorization, 20GL grade steel, desulfurization.
ВВЕДЕНИЕ
Непрерывно растущие и ужесточённые требования к качеству ответственных литых деталей грузовых вагонов вынуждают производителей обеспечивать более высокие механические и эксплуатационные свойства этих отливок, находя новые перспективные методы воздействия на жидкий металл. Развитие технологий по производству отливок высокого качества позволило существенно повлиять на качество получаемых изделий.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Важнейшая задача, формулируемая машиностроителями перед металлургической отраслью, - существенное повышение качества выплавляемой стали. Прежде всего, это относится к конструкционному металлу, который на данный момент не всегда удовлетворяет требованиям потребителей по эксплуатационным характеристикам. Традиционные приемы внепечной обработки металла при выплавке исходного полупродукта, как в дуговых, так и в индукционных печах имеют ряд ограничений по степени рафинирования от таких примесей как фосфор, сера, кислород, неметаллические включения и других, во многом определяющих качество готовой металлопродукции.
Увеличение грузоперевозок в мире предъявляет повышенные требования к стали, используемой для изготовления железнодорожных деталей, ставит новые задачи в области металлургии, при этом надежность и долговечность являются важнейшими из них. Выполнение этих требований определяет конкурентоспособность изделий на соответствующем сегменте рынка железнодорожного транспорта. В настоящее время на территории СНГ в качестве тележки грузового вагона используют тележку модели 18-100 и ее модификации. Одним из основных компонентов этой конструкции является «рама боковая», т.к. она объединяет в единую систему надрессорную балку, рессорное подвешивание,
CENTRAL ASIAN ACADEMIC JOURNAL ISSN: 2181-2489
OF SCIENTIFIC RESEARCH VOLUME 2 I ISSUE 4 I 2022
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
колесные пары с буксовыми узлами и навесное тормозное оборудование. Боковую раму отливают из стали 20ГЛ.
Одна из проблем боковых рам - излом. По статистическим данным на железнодорожном транспорте с ростом грузоперевозок резко увеличились проблемы литых деталей тележек модели 18-100 и за последние 15 лет увеличились изломы боковых рам в 3...5 раз. Излом приводит к выводу ее из эксплуатации, соответственно к экономическим потерям, а главное, при запоздалом обнаружении дефекта - может привести и к человеческим жертвам. Последнее время излом боковой рамы возрос, и производители стараются его остановить или хотя бы снизить риск. Несмотря на изменения конструкции и технологии изготовления боковой рамы с целью снизить риск аварий на железных дорогах, количество проблем, связанных с этим дефектом, не уменьшается, а в ряде случаях увеличивается (рисунок 1).
Рисунок 1 - Излом боковой рамы
Анализ статистики излома, изучение его характера и технологии производства боковых рам показали, что детали по механическим свойствам и по химическому составу основных элементов отвечают требованиям, а причины излома, возможно, связаны с вредным влиянием кислорода, фосфора, серы и неметаллических включений, о чем свидетельствуют и результаты ряда исследований.
В 2016 году были внесены изменения ГОСТ 32400 - 2013 по химическому составу стали марки 20ГЛ по вредным примесям (массовые доли серы и фосфора не должны превышать 0,020 %) и механическим свойствам. Ряд предприятий сталкиваются с проблемой, заключающейся в низких значениях ударной вязкости
251
UZBEKISTAN | www.caajsr.uz
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
и прочности, характеризующих механические свойства из-за повышенного содержания фосфора и серы.
Как известно, при выплавке стали в индукционных тигельных печах (ИТП), важную роль играют защитные (покровные) свойства шлака. Основное назначение этих шлаков является уменьшение контакта металла с газовой фазой.
Однако, роль шлака при плавке стали в ИТП трактуется не однозначно. Большинство авторов полагают, что удаление фосфора и серы затруднено, если плавку проводить в ИТП. При этом ряд исследователей отмечают нейтральность шлака к процессам рафинирования, что обусловлено низкой реакционной способностью "холодных" шлаков, нагрев которых происходит только в результате теплопередачи в зоне контакта с поверхностью металла, малой величиной поверхности контакта "металл - шлак", охлаждением шлаков футеровкой тигля и меньшей их жидкоподвижностью, чем в других агрегатах, где возможны рафинировочные процессы. При этом часто делают заключение о недостаточной рафинирующей способности шлаков при ИТП и соответственно предъявляют повышенные требования к металлошихте по содержанию таких элементов, как фосфор и сера. Рафинирование металла в ИТП по традиционным технологическим схемам практически отсутствует.
Другие исследователи считают, что шлак может участвовать в процессе рафинирования металла, но при определенных условиях, например, при уменьшении высоты мениска зеркала металла, или подключении дополнительных установок в своде печи (применение дуги постоянного тока, плазматрона и др.), позволяющих повысить активность шлака. Но второй способ весьма затратный.
Для создания и обеспечения термодинамических и кинетических условий опробовано несколько измененных шлаков,которые отличаются от ранее известных и были реализованы в промышленных условиях.
Предложена новая концепция технологии плавки в ИТП, которая позволяет обеспечить эффективное рафинирование металла от фосфора, серы и других вредных примесей за счет использования шлака, увеличения его количества, дополнительного перемешивания шлака и металла, увеличения времени их взаимного контакта. Показано, что обеспечить повышенную рафинирующую способность шлака при плавке стали в ИТП можно за счет подбора специальных шлаковых смесей с пониженной температурой плавления, определенного времени выдержки металлического расплава под шлаками при конкретной температуре ванны, получения плоского мениска металла (например: за счет повышения уровня металла за пределы индуктора, либо отключением верхних витков индуктора для снижения высоты мениска) с целью сохранения необходимого по
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
времени контакта жидкоподвижного шлака с рафинируемой ванной за счет уменьшая "сползания" шлака к стенке тигля. Это позволило обеспечить степень дефосфорации до 65 % и степень десульфурации до 60 %. При этом показана роль ТШС в сочетании с алюминием и силикокальцием.
Применение предложенной технологии позволило увеличить степень дефосфорации с 10 до 60 % с достижением содержания фосфора менее 0,020...0,017 %, увеличить степень десульфурации с 50 до 90 % с достижением содержания серы менее 0,008.0,004 %, повысить качество готовой продукции и ее механические свойства, улучшить макро- и микроструктуру металла, заменить дорогой чистый лом (0,015 % Р, 0,016 % S) на более дешевый (по сравнению с действующей технологией) и увеличить выход годных деталей железнодорожных тележек на 40 %.
На основании комплексных полупромышленных исследований разработана и освоена рациональная технология производства стали 20ГЛ в ИТП и ковшевая обработка с применением РЗМ, обеспечившие уникальное сочетание служебных свойств деталей железнодорожных тележек. Работа выполнена по согласованию с ДП «Литейно-механический завод» (г. Ташкент, Узбекистан). Результаты исследования положены в основу измененной технологии производства стали 20ГЛ в ИТП, что позволило значительно повысить эксплуатационные свойства боковых рам.
Проведенные исследования положены в основу измененной технологии производства стали в ИТП, что позволило отнести эти печи из пассивнойпереплавной установки в активный рафинировочный сталеплавильный агрегат.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУР (REFERENCES)
1. Toirov, O. T., Tursunov, N. Q., &Nigmatova, D. I. (2022, January). Reduction of defects in large steel castings on the example of "Side frame". In International Conference on Multidimensional Research and Innovative Technological Analyses (pp. 19-23).
2. Toirov, O. T., Tursunov, N. Q., Nigmatova, D. I., &Qo'chqorov, L. A. (2022). Using of exothermic inserts in the large steel castings production of a particularly. Web of
Scientist: International Scientific Research Journal, 3(1), 250-256.
ВЫВОД
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
3. Tursunov, N. K., Semin, A. E., &Sanokulov, E. A. (2016). Study of desulfurization process of structural steel using solid slag mixtures and rare earth metals. Chernyemetally, 4, 32-7.
4. Tursunov, N. K., Semin, A. E., &Sanokulov, E. A. (2017). Research of dephosphorization and desulfurization processes in smelting of 20GL steel in an induction crucible furnace with further processing in a ladle using rare earth metals. Chern. Met., 1, 33-40.
5. ТУРСУНОВ, Н., & ТОИРОВ, О. Снижение дефектности рам по трещинам за счет изменения конструкции литниковой системы. ВЯ Негрей, ВМ Овчинников, АА Поддубный, АВ Пигунов, АО Шимановский, 162.
6. Тоиров, О. Т., Турсунов, Н. К., Кучкоров, Л. А., & Рахимов, У. Т. (2021). ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИНЫ В ОДНОЙ ИЗ ПОЛОВИН СТЕКЛОФОРМЫ ПОСЛЕ ЕЁ ОКОНЧАТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ. Scientificprogress, 2(2), 1485-1487.
7. Турсунов, Н. К., & Тоиров, О. Т. (2021). Снижение дефектности рам по трещинам за счёт применения конструкции литниковой системы.
8. Tursunov, N. K., Semin, A. E., &Kotelnikov, G. I. (2017). Kinetic features of desulphurization process during steel melting in induction crucible furnace. Chernyemetally, 5, 23-29.
9. Турсунов, Н. К., Санокулов, Э. А., & Семин, А. Е. (2016). Исследование процесса десульфурации конструкционной стали с использованием твердых шлаковых смесей и РЗМ. Черные металлы, (4), 32-37.
10. Турсунов, Н. К., Тоиров, О. Т., Железняков, А. А., & Комиссаров, В. В. (2021). Снижение дефектности крупных литых деталей подвижного состава железнодорожного транспорта за счет выполнения мощных упрочняющих рёбер.
11. Турсунов, Н. К., Семин, А. Е., & Котельников, Г. И. (2017). Кинетические особенности процесса десульфурации при выплавке стали в индукционной тигельной печи. Черные металлы, (5), 23-29.
12. Турсунов, Н. К., Семин, А. Е., &Саидирахимов, А. А. (2017). Теоретический и экспериментальный анализ процесса перевода индукционной тигельной печи из разряда переплавной установки в активный рафинирующий сталеплавильный агрегат. In Физико-химические основы металлургических процессов (pp. 62-62).
13. Турсунов, Н. К., Сёмин, А. Е., &Санокулов, Э. А. (2017). Исследование в лабораторных условиях и индукционной тигельной печи вместимостью 6 тонн режимов рафинирования стали 20 ГЛ с целью повышения ее качества. Тяжелое машиностроение, (1-2), 47-54.
14. Семин, А. Е., Турсунов, Н. К., &Косырев, К. Л. (2017). Инновационное
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=4.63) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22230
производство высоколегированной стали и сплавов. Теория и технология выплавки стали в индукционных печах.
15. Турсунов, Н. К. (2022). Исследование режимов рафинирования стали, используемые для изготовления литых деталей подвижного состава железнодорожного транспорта. Лучший инноватор в области науки, 1(1), 667-673.
16. топоу, B. Т., Jumaev, Т. S., &Toirov, O. T. (2021). Obyektlarnitanibolishda python dasturidanfoydalanishningafzalliklari. Scientific progress, 2(7), 165-168.
17. Tursunov, N. K., &Ruzmetov, Y. O. (2018). Theoretical and experimental analysis of the process of defosphoration of steel used for parts of the mobile composition of railway transport. Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers, 14(2), 60-68.
18. Турсунов, Н. К., Уразбаев, Т. Т., & Турсунов, Т. М. (2022). Методика расчета комплексного раскисления стали марки 20гл с алюминием и кальцием. Universum: технические науки, (2-2 (95)), 20-25.
19. Турсунов, Н. К., Турсунов, Т. М., &Уразбаев, Т. Т. (2022). Оптимизация футеровки индукционных печей при выплавке стали марки 20ГЛ. ОБЗОР. Universum: технические науки, (2-2 (95)), 13-19.
