CC BY
14
ГРНТИ 53.43.31
Жунусов Аблай Каиртасович
к.т.н., профессор, кафедра «Металлургия»,
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail: zhunusov_ab@mail.ru.
Быков Петр Олегович
к.т.н., профессор, кафедра «Металлургия»,
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан,
e-mail: bykov_petr@mail.ru.
Касимгазинов Асет Давлетович
магистр, заместитель технического директора, ТОО «Казахалтын», г. Степногорск, 021500, Республика Казахстан, e-mail: assetteh@mail.ru Тоцтар Даурен
магистрант, кафедра «Металлургия», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан, e-mail: dauren-toktar@mail.ru
ВЛИЯНИЕ ХРОМА НА ТВЕРДОСТЬ ПОМОЛЬНЫХ ШАРОВ 5 ГРУППЫ ТВЕРДОСТИ, ПРОИЗВЕДЕННЫХ В УСЛОВИЯХ ПФ ТОО «КАСТИНГ»
В статье описаны исследования по производству сортового проката в условиях ПФ ТОО «Кастинг». Разработаны собственные химические составы экономнолегированной стали, в которой основным легирующим элементом являются хром, позволяет удерживать низкую себестоимость производства катанных шаров и обеспечивает лидирующие позиции на рынке макрорегиона.
Экспериментально установлено, что твердость на поверхности шара имеет более высокое значение для диаметра 35 мм при содержании хрома 0,39 %, для шаров диаметром 80 мм при содержании хрома 0,56 %.
Ключевые слова: строительные материалы, отходы, шлак, сталь, металлургия.
ВВЕДЕНИЕ
Развитая в Казахстане и макрорегионе горнорудная промышленность обеспечивает большой спрос на помольные шары. В Казахстане старейшим и крупнейшим производителем стальных помольных шаров методом винтовой прокатки является ПФ ТОО «Кастинг». В последние годы появляются новые производители помольных шаров, например, ТОО «KSP Steel» и другие, которые увеличивают конкуренцию на рынке Казахстана и соседних регионов России [1-3].
Для производства катанных помольных шаров предприятием ПФ ТОО «Кастинг» разработаны собственные химические составы экономнолегированной стали, в которой основным легирующим элементом являются хром [4].
Это позволяет удерживать низкую себестоимость производства катанных шаров и обеспечивает лидирующие позиции на рынке макрорегиона.
При этом специфика влияния легирующих элементов на механические и служебные свойства катанных шаров разного диаметра изучена недостаточно, что требует проведения дальнейших исследований.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ В условиях ПФ ТОО «Кастинг» были произведены шары катанные диаметром 35 и 80 мм из стали легированной различным количеством хромом. Химический состав стали приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Марки и химический состав стали
Марка стали Химический состав, %
C Mn Si P S Cr Ni Cu
Ш5 (для d35 мм) 0,570,62 0,9-1,05 0,270,35 <0,025 <0,025 <0,4 <0,4 <0,4
Ш5 (для d80 мм) 0,580,63 0,9-1,05 0,270,37 <0,02 <0,02 0,500,58 <0,4 <0,4
Для обоих этапов экспериментов процесс производства состоял из нескольких этапов с максимально близкими параметрами: выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах емкостью 25 тонн с доводкой на агрегате ковш-печь, далее сталь разливалась на МНЛЗ с получением квадрата сечением 150 мм, после чего осуществлялся процесс прокатки на среднесортном стане ССС-500 с нагревом заготовки до 1100 0С и получении шара на шаропрокатном стане с дальнейшей закалкой до температуры самоотпуска [5-8].
Термическая обработка осуществлялась при следующих параметрах:
1 Температура зоны выдержки при прокатке: 1160-1170 0С;
2 Скорость прокатки: 1,18 м/сек;
3 Температура остуживания шаров: 800-810 0С;
4 Температура охлаждающей воды: 25-28 0С;
5 Обороты электродвигателя шнека: 515-523 об/мин;
6 Температура самоотпуска шаров: 180-200 0С.
По результатам прокатки при измерении коэрцетивной силы в шарах, показатели составили 57-61 единиц.
По результатом прокатки и термообработки методом случайной выборки от каждой плавки отобрана партия из пяти шаров и проведены замеры твердости.
Данные по химическому составу плавок приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав стали экспериментальных плавок
Номер плавок Химический состав, %
C Mn Si P S Cr Ni Cu
Диаметр 35 мм
3132996 0,57 1,01 0,27 0,029 0,015 0,41 0,15 0,14
3132997 0,62 0,97 0,31 0,021 0,02 0,38 0,1 0,16
2131410 0,56 0,9 0,29 0,005 0,021 0,34 0,1 0,16
3133078 0,62 0,92 0,34 0,025 0,011 0,35 0,1 0,16
2131497 0,60 0,9 0,27 0,03 0,008 0,37 0,12 0,16
2131494 0,62 0,91 0,33 0,021 0,016 0,39 0,1 0,16
2131489 0,61 0,98 0,27 0,018 0,009 0,34 0,1 0,17
Диаметр 80 мм
3151668 0,56 1,16 0,22 0,031 0,021 0,55 0,3 0,19
3151669 0,57 1,15 0,23 0,028 0,019 0,56 0,23 0,18
3151670 0,56 1,17 0,21 0,030 0,020 0,54 0,28 0,19
Данные по температуре и твердости приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Твердость шаров 5 группы твердости
Номер плавок Температура охлаждающей воды, оС Твердость на поверхности, HRC Твердость на глубине радиуса, HRC
Диаметр 35 мм
3132996 33-36 55,3 54
3132997 29-32 58,5 51,5
2131410 25-28 62,5 58,5
3133078 25-28 62,5 59,5
2131497 25-28 62,5 59,5
2131494 25-28 63,5 60
2131489 25-28 63,5 57,5
Диаметр 80 мм
3151668 25-28 58,0 50,0
3151669 25-28 58,5 50,5
3151670 25-28 57,6 50,1
Показатели твердости во всех экспериментальных плавках соответствовали требованиям СТ ТОО 010541005838-002-2015.
Для определения влияния хрома на твердость поверхности шара различного диаметра в работе был проведен регрессионный анализ [9, 10].
Параметром оптимизации (Y) являлась твердость на поверхности шара (HRC), параметрами варьирования являлись: содержание хрома (%) x1 и диаметр шара (мм) x2.
Содержание хрома (%) x1 варьировалось в пределах 0,34-0,56, диаметр шара (мм) x2 варьировался в пределах 35-80 мм.
Остальные факторы принимались постоянными (содержание других химических элементов, режимы термической обработки и т.п.).
Из полученных данных видно, что твердость на поверхности шара имеет более высокое значение для шара диаметром 35 мм при содержании хрома 0,39 %, для шаров диаметром 80 мм при содержании хрома 0,56 %.
Обработка результатов экспериментов проводилась методом регрессионного анализа, в пакете прикладных программ Microsoft Office Excel.
Было получено уравнение регрессии в виде линейной зависимости типа:
(1)
где Ь - свободный член уравнения;
к 1 и к2 - коэффициенты независимых переменных х1 и х2; х1 и х2 - независимые переменные уравнения.
Принимая содержание хрома (%) за х1 и диаметр шара (мм) за х2 получили уравнение регрессии для определения твердости на поверхности шара (HRC)
Y = Si)§9 - 76,2 S.v, +0.24.v. (2)
Был определен коэффициент детерминации, который имеет значение R2 = 0,69, что показывает на хорошую сходимость результатов.
Далее была проверена адекватность модели, рассчитан критерий Фишера и сверен с табличными данными. Расчетный критерий Фишера = 0,42, что меньше Бтабл. Таким образом, можно сделать вывод об адекватности модели.
Из уравнения регрессии видно, что вклад в твердость на поверхности шара (HRC) в целом вносит оба технологических фактора, но содержание хрома влияет более сильно в пределах экономнолегированных хромом сталей и номенклатуры диаметров производимых помольных шаров.
ВЫВОДЫ
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы.
1) Физическим и математическим моделированием путем регрессионного анализа разработана методика определения необходимого содержания хрома для получения шаров 5 группы твердости различного диаметра с заданной твердостью поверхности.
2) Установлено, что твердость на поверхности шара имеет более высокое значение для диаметра 35 мм при содержании хрома 0,39 %, для шаров диаметром 80 мм при содержании хрома 0,56 %.
3) Регрессионным анализом в пакете прикладных программ Microsoft Office Excel получено уравнение регрессии для определения твердости на поверхности шара (HRC) в виде Y = 80,99 - 76,27x1 + 0,24x2, где содержание хрома (%) принято за x1 и диаметр шара (мм) за x2.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019 годы, утвержденная Указом Президента РК от 1 августа 2014 года № 874.
2 Обзор рынка стальных помольных шаров в России и прогноз его развития в условиях финансового кризиса. - М. : Инфомайн - Исследовательская группа (объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности), 2009. - 168 с.
3 Сержанов Р. И., Богомолов А. В. Формирование прокатного производства в павлодарском регионе: проблемы и перспективы // Наука и техника Казахстана.
- 2005. - № 3. - С. 128-134.
4 Быков П. О., Касимгазинов А. Д. Исследование и апробация технологии получения катаных помольных шаров 5 группы твердости в условиях ПФ ТОО «Кастинг» // Наука и техника Казахстана. - 2018. - № 1. - С. 31-41.
5 Serzhanov R. I., Bykov P. O., Bogomolov A. V. Device for modeling of rolling process for production of section, has two slide plates that are mounted inside crystal-lizer and are provided with opportunity to move two wedges of width equal to half of crystallizer width. Patent KZ23127-A4. Derwent Identification Number: 2019-36370M.
6 Уманский А. А., Головатенко А. В., Темлянцев М. В., Осколкова Т. Н., Симачев А. С. Исследование качественных характеристик помольных шаров при их производстве на ста^ винтовой прокатки // Металлург. - 2019. - № 6. - С. 43-46.
7 Щукин А. Г., Суслова Е. М. Исследование влияния параметров микроструктуры помольных шаров на их эксплуатационные характеристики // Наука и молодёжь: проблемы, поиски, решения. Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Новокузнецк, 14-16 мая 2019. - С. 134-138
8 Жунусов А. К., Быков П. О., Касимгазинов А. Д., Токтар Д. Совершенствование технологии производства стальных помольных шаров V группы твердости в условиях ПФ ТОО «Кастинг» // Наука и техника Казахстана.
- 2019. - № 3. - С. 90-97.
9 Дудак Н. С., Итыбаева Г. Т., Мусина Ж. К., Касенов А. Ж. Методика планирования экспериментальных исследований при обработке новыми стержневыми инструментами // Вестник ПГУ. - 2007. - № 4 - С. 154-163
10 Шамельханова Н. А. Основы планирования эксперимента. - Алматы : КазНТУ, 2002. - 182 с.
Материал поступил в редакцию 16.09.19.
Жунусов Аблай Каиртасович
т^.к., профессор, «Металлургия» кафедрасы, Металлургия, машина жасау жэне келж факультет^ С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^
Павлодар, 140008, Казахстан Республикасы, e-mail: zhunusov_ab@mail.ru. Быков Петр Олегович
t.f.k., профессор, «Металлургия» кафедрасы,
Металлургия, машина жасау жене келж факультет^
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университетi,
Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы,
e-mail: bykov_petr@mail.ru.
Касимгазинов дсет Давлетович
магистр, ЖШС «Казакалтын»,
техникалык директорыныц орынбасары,
Степногорск к., 021500, Казакстан Республикасы,
e-mail: assetteh@mail.ru.
Тоцтар Даурен
магистрант, «Металлургия» кафедрасы,
Металлургия, машина жасау жене келж факультет^
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университет^
Павлодар к., 140008, Казакстан Республикасы,
e-mail: dauren-toktar@mail.ru.
Материал баспаFа 16.09.19.туст1.
«Кастинг» ЖШС ПФ жагдайында ец^ршген ^атгылыщтыц 5 тобы ^ум шарларыньщ ^аттылыгына хром acepi
Мацалада «Кастинг» ЖШС ПФ жагдайътда сорттъщ прокат eHdipy бойынша зерттеулер сипатталган. Негiзгi легiрлеушi элемент хром болып табылатын унемдi-легiрленген Болаттыц жеке химиялыц цурамдары эзiрлендi, катандыц шарлар вндiрiсiнiц темен взтдт цунын устап туруга мумктдж бередi жэне макровщр нарыгында жетекшi позицияларды цамтамасыз етедi.
Шардыц бетiндегi цаттылыц 0,39% хром цурамы кезтде диаметрi 35 мм, диаметрi 80 мм шарлар ушт 0,56% хром цурамы кезтде жогары мэнге ие.
Кiлттi свздер: цурылыс материалдары, цалдыцтар, цож, болат, металлургия
Zhunussov Abylay Kairtassovich
Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Metallurgy, Faculty of Metallurgy, Mechanical Engineering and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan, e-mail: zhunusov_ab@mail.ru. Bykov Petr Olegovich Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Metallurgy, Faculty of Metallurgy, Mechanical Engineering and Transport,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: bykov_petr@mail.ru
Kasimgazinov Asset Davletovich
master, deputy technical director «Kazakhaltyn» LLP,
Stepnogorsk, 021500, Republic of Kazakhstan,
e-mail: assetteh@mail.ru
Toktar Dauren
undergraduate student, Department of Metallurgy,
Faculty of Metallurgy, Mechanical Engineering and Transport,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan,
e-mail: dauren-toktar@mail.ru
Material received on 16.09.19.
The influence of chromium on the hardness of grinding balls of 5 hardness group produced in the conditions of PF LLP «Casting»
The article describes the research on the production of long products in the conditions of PF LLP «Casting». Own chemical compositions of economically alloyed steel in which the main alloying element are chrome is developed, allows to keep low prime cost ofproduction of rolled balls and provides the leading positions in the macroregion market.
It is experimentally established that the hardness on the surface of the ball has a higher value for a diameter of 35 mm with a chromium content of 0.39 %, for balls with a diameter of 80 mm with a chromium content of 0.56 %.
Keywords: construction materials, waste, slag, steel, metallurgy.
