Спосіб нагрівання зливків рейкової сталі

Изобретение относится к нагреву металла и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности. Известен способ нагрева слитков рельсовой стали [1], по которому подъем температуры в нагревательном колодце до заданной осуществляют при максимальном расходе топлива и непрерывном повышении температуры поверхности слитка, а с момента достижения заданной температуры начинают период томления слитков. При этом время нагрева в межкритическом интервале температур составляет ~30 мин. Получению требуемого технического результата препятствует нарушение сплошности металла на поверхности слитков, которое приводит к образованию поверхностных дефектов. Указанный недостаток обусловлен форсированным нагревом металла до заданной температуры, который приводит к отрицательному действию в температурной области Ас1-Ас 3 фазовых превращений структурных напряжений в сочетании с тепловыми. В основу изобретения поставлена задача разработать такой, способ нагрева слитков рельсовой стали, в котором введение нового режима нагрева слитков между критическими точками Ас1 и Ас3 позволило бы обеспечить уменьшение образования поверхностных трещин в слитках рельсовой стали и за счет этого снизить брак по поверхностным дефектам. Для решения поставленной задачи в способе нагрева слитков рельсовой стали в нагревательных колодцах осуществляют посад слитков с температурой поверхности ниже точки фазовых превращений, подъем температуры до заданной и томление при этой температуре. В отличие от прототипа нагрев слитков в интервале температур между критическими точками Ас1 и Ас 3 осуществляют за время, определяемое по формуле tκ = t0 + Δt, где t0= 1600-1800 с, q - (5-6) 104Дж/кг; М - масса слитков, кг; N - количество слитков; W - мощность колодца, Дж/с; Ас1 и Ас3 - критические точки фазового превращения, 0 С; Тк - температура в колодце при посаде слитков, 0С; Τп - температура поверхности слитка при посадке, 0С; Тк ³ Тп, при этом продолжительность томления уменьшается на величину Δt. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в уменьшении образования поверхностных трещин в слитках рельсовой стали. Нагрев слитков в интервале температур между критическими точками Ас1 и Аc3 осуществляется за время, определяемое по формуле tκ = t0 + Δt. Увеличение времени нагрева слитков в критическом интервале температур на величину Δt дает возможность плавно осуществлять фазовый переход в приповерхностных слоях слитка, что способствует снижению внутренних напряжений (термических и межфазных), а соответственно предопределит уменьшение брака слитков по поверхностным дефектам. Дополнительное время нагрева Δt зависит от массы слитков и их количества, мощности нагревательного колодца, интервала температур между критическими точками фазового перехода, а также разницы температур колодца с поверхностью слитков. При этом дополнительное время нагрева необходимо при условии, что температура колодца выше, чем температура на поверхности слитков. Продолжительность томления при заданной температуре уменьшается на величину Δt, в результате чего общее время нагрева слитков под прокатку не уменьшается. Для осуществления нагрева слитков с температурой поверхности Тп в интервале температур между критическими точками Ас1 и Ас3 за время, определяемое по формуле tк = to + Δt, перед посадкой в нагревательном колодце устанавливают температуру Тк ³ Тп. Исходя из фактических данных параметров нагрева по приведенной выше формуле определяют дополнительное время нагрева Δt в межкритическом интервале температур, которое варьируется снижением расхода газа и воздуха. При достижении температуры поверхности слитка, соответствующей точке Ас3, расход газа и воздуха устанавливают максимальным вплоть до выхода на заданную температур у. Томление при заданной температуре осуществляют при сниженном расходе газа и воздуха. При этом продолжительность томления уменьшают на указанную величину Δt. Выбор граничных параметров Тк ³ Тп обусловлен тем, что для повышения производительности процесса нагрева и прокатки слитков температура нагревательного колодца всегда выше, чем температура на поверхности слитков. В противном случае (что возможно только после длительного прерывания технологического процесса) слитки могут нагреваться с печью. Проведенный анализ заявляемого способа нагрева слитков рельсовой стали свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря тому, что в результате уменьшения образования поверхностных трещин в слитках рельсовой стали понижается вероятность образования контактно-усталостных повреждений в процессе эксплуатации рельсов, а коэффициент надежности рельсов возрастает на 30%. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены графики режимов нагрева слитков рельсовой стали по прототипу (пунктирная линия) и по заявляемому способу (сплошная линия). По заявляемому способу в процессе производства железнодорожных рельсов целесообразно слитки рельсовой стали с температурой поверхности Тп ниже точки фазовых превращений садить в нагревательные колодцы имеющие температуру Тк ³ Тп, нагрев вести до заданной температуры. Причем в интервале температур металла на поверхности слитка между критическими точками Ас1 и Ас3 время нагрева должно соответствова ть найденному по формуле tκ =t0 + Δt, где обозначения отвечают приведенным выше. Последующим нагревом достигают заданную температуру томления, продолжительность которого уменьшают на указанную величину Δt. Так, например, нагрев слитков рельсовой стали по заявляемому способу осуществляли в нагревательных колодцах обжимного цеха Мариупольского металлургического комбината "Азовсталь". В пролете обжимного цеха установлено 11 групп рекуперативных нагревательных колодцев, которые предназначены для нагрева под прокатку слитков углеродистых и легированных марок стали массой до 10 т. Каждая группа нагревательных колодцев состоит из двух независимых друг от друга колодцев. В качестве опытных брали слитки рельсовой стали массой 8,5 т плавки № 5201, причем слитки первого ковша плавки (шифр ГРИ-1049) грели по способу взятому в качестве прототипа, а слитки второго ковша (шифр ГП-1049-И) грели по заявляемому способе. Параметры нагрева слитков приведены в таблице. При этом коэффициент q = 5 ,5.104 Дж/кг, a t 0 = 1700 с. Из приведенной таблицы следует, что общее время подъема температуры и томления как в заявляемом, так и в базовом способах нагрева составляет 13200 с » 3,7 ч, при наличии в первом случае дополнительного времени нагрева в межкритическом интервале температур, которое составляет 714-795 с » 12-13 мин. В итоге отсортировка заготовок по поверхностным дефектам при использовании заявляемого способа нагрева слитков, против базового уменьшается более чем в 2 раза. При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в уменьшении образования поверхностных трещин в слитках рельсовой стали. Как показали данные опытной проверки в результате использования заявляемого способа нагрева слитков рельсовой стали повышается качество слитков - выход годных заготовок увеличивается на 5,4 % за счет снижения их отбраковки по поверхностным дефектам. Согласно данным проведенных экспериментов и расчетов заявляемое изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: а) повышается качество слитков - брак по Ї поверхностным дефектам снижается на 5,4%; б) повышается качество железнодорожных рельсов, изготовленных из таких слитков - контактно-усталостные повреждения в рельсах снижается в ~ 2 раза.