Учредитель:
Международный союз металлургов
МОСКВА
ООО "Интернет Инжиниринг"
РЕДАКЦИОННАЯ
КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор
Колпаков С. В.
АЛЕКСЕЕВ Е. А.
(зам. главного редактора)
АРСЕНЬЕВ В. В.
АРЫКОВ Г. А.
АФОНИН С. 3.
БРОДОВ А. А.
ВАГИНА Л. П.
ГАСИКМ.И.
ДЕЙНЕКО Ал. Д.
ДРОЗДОВ н. и.
ЕЛАНСКИЙ Г. И.
КАЛЕНСКИЙ И. В.
КАНДАУРОВА. М.
КАШАКАШВИЛИ Г. В.
КОЛИКОВ А. И.
КОСЫ РЕВ К. Л.
ЛАВРИКА. Н.
ЛУКАШОВА. 3.
ЛЯКИШЕВ Н. И.
МОКРИНСКИЙ А. В.
МОЛОТ ИЛО В Б. В.
МУРИНЕЦ С. В.
ПАСЕЧНИКИ. В.
ПЕТРИК С. М.
ПОПОВА. Н.
ПУМПЯНСКИЙ Д. А.
РАДЮКЕВИЧ Л. В.
САРЫЧЕВ А.Ф.
СЕРОВ Г. В.
СИНЕЛЬНИКОВ В. А.
СКОРОХОДОВ В. Н.
СМИРНОВ Л. А.
СОСКОВЕЦ О. Н.
СТЕПАНОВ А. А.
ТРЕТЬЯКОВ М. А.
УГАРОВ Ан. А.
ФИЛИППОВ Г. А.
ЧЕРНЫШЕВ В. Н.
ЧИКАЛОВ С. Г.
ШАЛИМОВ Ал. Г.
ШАТЛОВ В. А.
ШАХПАЗОВ Е.Х.
ЮГОВ П. И.
РЕДАКЦИЯ: Е. А. Алексеев, Л. И. Вагина, Г. Л. Дьяченко,
Г. В. Захарова, Н. В. Шаренко, М. И. Терехова
Корректор Ю. И. Королева
Компьютерная верстка М. Г Севастьянова
Компьютерный набор М. Б. Самсонова
Дизайн, допечатная подготовка цветных полос О. В. Цырянкина
Журнал зарегистрирован в Комитете РФ по печати,
per. № 016185 от 06.06.1997 г.
Адрес редакции:
127006, Москва, Старопименовский пер., дом 8, стр. 1 — 1А
Тел.: (495) 755-9039, 299-9785; факс: (495) 755-9040
E-mail: stal@imet.ru
www.imet.ru
Подписано в печать 09.08.2006. Формат 60x84/8. Бумага мелованная.
Печать офсетная. Объем 11,5 печ. л.
Заказ 08/06-STA.
Отпечатано в типографии ООО “Группа Море”
101898, Москва, Хохловский пер., д. 9
Тел./факс: (495) 917-8037
Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ,
а также в список изданий, рекомендованных ВАК России при защите
докторских диссертаций.
Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной
системе по периодическим и продолжающимся изданиям
“Ulrich’s Periodicals Directory”.
Перепечатка материалов журнала “Сталь” допускается
только с письменного разрешения редакции.
При цитировании ссылка обязательна.
Представленные заказчиками готовые формы рекламных материалов
не подвергаются редакторской правке и печатаются в оригинале.
--------------------------------------------------- ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
© ООО “Интермет Инжиниринг”, “Сталь”, 2006 г.
Тематическая подборка статей к 15-летию НПО "Доникс
УДК 669.1.001.67
НПО "Доникс": 15 лет научной
и производственной
деятельности
Научно-производственное объединение “Доникс” (да-
лее — НПО) создано в октябре 1991 г. для решения
текущих и перспективных задач металлургии Украины.
Изначально в базовый состав сотрудников вошли на-
учные кадры Донецкого политехнического института
(ныне Донецкий национальный технический универ-
ситет — ДонНТУ). В 1991 г. в НПО было 10 сотрудни-
ков, в настоящее время — более 200, из них 6 докторов
и 27 кандидатов технических наук.
Имея богатый опыт научной и практической дея-
тельности, сотрудники НПО в 1991 — 1993 гг. предло-
жили ряд технических решений по снижению расход-
ных коэффициентов на обжимных станах Енакиев-
ского металлургического завода (ЕМЗ) и комбината
“Криворожсталь”, не требовавших серьезных затрат.
Разработанные элементы технологии, образно говоря,
пошли с первого слитка и обеспечили экономию ме-
талла от 5 до 18 кг/т годной заготовки в зависимости
от марки стали. Можно было бы сразу получить не-
малые единовременные выплаты за внедрение патент-
ных предложений, но руководством металлургических
предприятий совместно с НПО было принято реше-
ние о взаиморасчетах по фактически достигнутым
результатам работы в течение 4 — 5 лет. Это было оп-
равданно, так как руководителя (владельца) предпри-
ятия интересует прежде всего конечный результат.
Применительно к обжимному стану конечным резуль-
татом является масса годных заготовок, полученных
из заданной массы слитков. При снижении выхода
годного сотрудники НПО выявляют причины сбоев и
по возможности устраняют их. Для оперативного про-
ведения подобных работ в НПО были созданы снача-
ла группы, а впоследствии и отделы аглодоменного,
сталеплавильного, непрерывной разливки стали, об-
жимно-заготовочного, сортопрокатного и листопро-
катного производств, автоматизации технологических
процессов и установок, программирования и электро-
ники, конструкторский и др.
По мере расширения географии работ при метал-
лургических предприятиях (меткомбинаты “Криво-
рожсталь” Макеевский, Днепровский, “Запорож-
сталь”) были организованы соответствующие отделе-
ния НПО, сотрудники которых занимались выявлени-
ем “узких мест” производства. Следуя принципу, про-
возглашенному еще во времена Советского Союза:
“Нужно изобретать не то, что хочется, а то, что требу-
Канд. техн, наук А. Г. Маншилин, генеральный директор,
канд. техн, наук Д. П. Кукуй, технический директор,
инж. А. А. Коринь, руководитель Криворожского отделения
НПО “Доникс”
ет наше социалистическое отечество”, руководство
НПО направляет работу своих подразделений на ре-
шение задач по снижению себестоимости продукции
за счет внедрения ресурсо- и энергосберегающих тех-
нологий, а также систем автоматизации, обеспечива-
ющих надежное использование предлагаемых реше-
ний. Все работы НПО выполняются “под ключ” по
схеме: технология — автоматизация — внедрение -
авторское сопровождение — текущее совершенствова-
ние. При этом практически все затраты на этапах раз-
работки и внедрения технологий, создания и установ-
ки систем автоматизации несет НПО.
Примером такой работы может служить сотрудни-
чество с комбинатом “Запорожсталь”. В 1996 г. вслед-
ствие недостатка природного газа и его высокой цены
руководством комбината было принято решение о
переходе на транзитную прокатку в технологическом
потоке слябинг — широкополосный стан. Это позво-
ляло исключить нагрев слябов перед прокаткой и тем
самым сократить расход природного газа. Слитки,
разлитые в уширенные книзу изложницы, задавались
в валки слябинга донной частью вперед. Это вызыва-
ло появление динамических нагрузок в линии приво-
да валков и, как следствие, обусловливало высокую
вероятность поломки шпинделей. Отдел автоматиза-
ции НПО, имея опыт модернизации главных приво-
дов прокатных станов, разработал и внедрил систему
управления, снижающую вероятность возникновения
пробуксовок и обеспечивающую стабильный и плав-
ный захват слитка валками. Благодаря этому удалось
снизить расход металла на прокат до 10 кг/т слябов и
внедрить режимы транзитной прокатки. В дальней-
шем полностью автоматизировали режимы нагрева
металла в колодцах слябинга, что дало дополнитель-
ную экономию до 10 кг условного топлива на тонну
слябов, внедрили систему учета затрат энергии на
деформацию слитков с целью оценки качества рабо-
ты нагревательных колодцев и освоения транзитной
прокатки слябов на ШСГП с использованием систе-
мы сопровождения металла и раскроя слябов (более
подробный материал о работах на комбинате “Запо-
рожсталь” представлен в этом номере).
Схема работ и взаиморасчетов НПО с металлурги-
ческими предприятиями выглядит следующим обра-
зом. НПО заключает с предприятием договор, в кото-
ром оговариваются период проведения взаиморасче-
2
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
тов по внедренным мероприятиям (4 — 5 лет) и доля
НПО от фактического экономического эффекта (20 —
30 %) по каждому внедренному мероприятию. Затем
НПО представляет на рассмотрение руководства пред-
приятия одно или ряд мероприятий, предлагаемых к
внедрению. В случае положительного решения НПО
совместно с работниками предприятия разрабатывает
техническое задание на разработку и внедрение пред-
ложенных мероприятий. В техническом задании ука-
зываются базовые показатели, касающиеся внедряе-
мых мероприятий, и алгоритм расчета экономической
эффективности. После утверждения технического за-
дания руководством предприятия сотрудники НПО
приступают к внедрению предложений. Все затраты
на этом этапе несет НПО.
Экономическая эффективность внедренного ме-
роприятия определяется совместно с сотрудниками
предприятия, после чего руководство предприятия
принимает решение об окончательном внедрении
(или отказе от внедрения) мероприятия в производ-
ство. Оценка эффективности и расчеты с НПО про-
водятся ежемесячно или ежеквартально по фактичес-
ким показателям. До получения заключительных ре-
зультатов предприятие не несет никаких затрат и, как
следствие, материальных рисков. На предварительном
этапе технологический персонал полностью осваива-
ет внедряемую технологию и системы автоматизации,
сопровождающие эту технологию.
О преимуществах данной схемы договорных отно-
шений НПО и предприятий свидетельствует такой
факт. НПО предложило одному из предприятий До-
нецкой области внедрить на блюминге усовершен-
ствованную технологию, позволяющую при ее реали-
зации экономить до 10 — 12 кг металла на тонну год-
ной заготовки. При этом было необходимо провести
модернизацию системы управления главным приво-
дом, так как даже при традиционной схеме прокатки
слитков на блюмингах возникают динамические на-
грузки (пробуксовки), приводящие к поломкам лопа-
ток валков (на конкретном блюминге к началу рабо-
ты их было 3 — 5 в год) и шпинделей. Руководство
предприятия предложило НПО ограничиться только
модернизацией системы управления главным приво-
дом. Такая подрядная работа стоила предприятию
150 тыс. долл. США. В результате с 2001 г. были ис-
ключены аварийные ситуации и поломки валков и
шпинделей. Однако первоначально предложенная
НПО усовершенствованная технология с большим ре-
сурсосберегающим потенциалом не внедрена до сих
пор. В то же время подобные работы (и на более вы-
соком техническом уровне) выполнены на комбина-
тах “Запорожсталь” и “Криворожсталь” без каких-
либо вложений средств со стороны предприятий.
Финансирование этих работ осуществляло НПО. В ре-
зультате на указанных комбинатах достигнут комплекс-
ный эффект: обеспечена надежная работа приводов и
удалось добиться снижения себестоимости продукции
за счет внедрения ресурсосберегающих технологий.
В период с 2001 по 2004 г. специалистами НПО была
разработана и изготовлена принципиально новая циф-
ровая многофункциональная система управления и
контроля главного привода обжимного стана 1300 ком-
бината “Криворожсталь”. Стабильность технологичес-
кого процесса и надежная работа механического и
электрического оборудования главной линии стана
достигнуты за счет автоматической оптимизации ско-
ростных режимов работы электропривода в функции
энергосиловых параметров, режимов обжатий, схем
прокатки и выбора уровней предельных скоростей и
ускорений при захвате и прокатке, а также автоматиза-
ции функций управления при работе операторов (боль-
шинство из них впервые в мире). Там же выполнены
работы по созданию цифровых комплексов контроля и
анализа работы электрооборудования непрерывно-за-
готовочных станов (НЗС) 900/700/500 и 730/500, а так-
же многофункциональных цифровых систем управле-
ния раскроем раскатов с функцией учета проката на
основных и обводных линиях НЗС.
НПО выполняет и разовые работы по отдельным
договорам на разработку и внедрение технологий и
систем автоматизации. Обычно эти работы относятся
к строящимся или реконструируемым технологичес-
ким объектам.
Большое внимание в НПО уделяется выполнению
требований стандартов качества, в том числе EN ISO
9001:2000. Соответствующий сертификат германского
общества “ТЮФ Норд” получен в сентябре 2005 г. В
дальнейшем НПО намерено улучшать качество услуг,
предоставляемых потребителю. Специалисты НПО
внедряют свои разработки и за пределами Украины —
в России, Великобритании, Польше.
Продолжаются работы по оптимизации формы
слитка, освоению нового оборудования и техноло-
гий внепечной обработки и непрерывной разливки
стали. Актуальность работ по оптимизации формы
слитка обусловлена тем, что в настоящее время в
Украине на МНЛЗ разливают лишь немногим более
30 % выплавляемой стали. В ближайшие 8—10 лет
вряд ли удастся приблизиться к показателю 80 —
90 % выпуска непрерывнолитой стали. Для разлив-
ки стали различных степеней раскисления в излож-
ницы в НПО предложен слиток нового типа, обес-
печивающий экономию металла от 15 до 45 кг/т го-
товой продукции. Работа внедрена на Енакиевском,
Макеевском, Донецком, Днепропетровском метал-
лургических заводах, комбинате “Криворожсталь”.
Получены положительные результаты испытаний
слитка новой формы на комбинатах “Запорожсталь”
и Днепровском.
Специалисты НПО выполняют инжиниринг и
консалтинг по основным направлениям внепечной
обработки и разливки стали:
1.	Эффективная отсечка шлака при сливе металла
из конвертера в ковш и оборудование для ее осуще-
ствления.
2.	Проектирование и эксплуатация шиберных зат-
воров сталеразливочных ковшей, работающих в раз-
личных условиях.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
3
3.	Продувка стали в ковше инертными газами: оп-
тимизация режимов продувки металла в зависимости
от целей обработки; разработка рациональных конст-
рукций продувочных узлов ковшей различной емкос-
ти; отработка режимов сервисного обслуживания про-
дувочных узлов.
4.	Гармонизация работы различных элементов фу-
теровки сталеразливочного ковша: исследование усло-
вий работы зон футеровки ковша; разработка проек-
тов футеровки в зависимости от условий работы ков-
шей; обучение персонала сервисному обслуживанию
и ремонту футеровки и др.
В области непрерывной разливки НПО выполняет
следующие работы:
1.	Подготовка технико-экономических обоснова-
ний выбора конструкции МНЛЗ и ее конструктивных
и технологических элементов.
2.	Выбор оптимальной конструкции и стойкости ог-
неупорных изделий, обеспечивающих дозирование ме-
талла и его подвод в кристаллизатор (защитная труба,
стопор-моноблок, стакан-дозатор, погружной стакан).
3.	Расчет параметров зоны вторичного охлаждения
и выбор рациональных конструкций форсунок.
4.	Расчет параметров конструкции и эксплуатации
кристаллизаторов МНЛЗ, в том числе мониторинг и
оптимизация параметров качания.
5.	Разработка комплекса мероприятий по защите
стали от вторичного окисления на участке сталераз-
ливочный ковш — кристаллизатор: выбор оптималь-
ной конструкции огнеупоров, применение аргона для
обдува стыков между огнеупорами, вдувание аргона
через стопор-моноблок и др.
6.	Выбор рациональных составов шлакообразую-
щих смесей, используемых в кристаллизаторе МНЛЗ,
в зависимости от условий разливки и марочного сор-
тамента.
7.	Оптимизация тепловых условий и характера дви-
жения металла в промежуточном ковше.
8.	Математическое моделирование теплофизичес-
ких и гидродинамических процессов при затвердева-
нии непрерывнолитых заготовок.
9.	Технологический инжиниринг процессов непре-
рывной разливки стали.
В условиях неритмичной работы прокатных станов
остро стоит вопрос перерасхода энергоносителей при
нагреве заготовок в связи с увеличивающимися про-
стоями. Для решения этой проблемы на проволочном
стане 150 Макеевского металлургического комбината
был привлечен коллектив НПО. Анализ работы печи
с неотапливаемой первой зоной при 50 — 60 %-ной
загрузке стана показал, что нагрев заготовок прово-
дится не в оптимальных режимах. В соответствии с
рекомендациями НПО были перераспределены расхо-
ды газа между отапливаемыми зонами печи, модерни-
зированы существующие горелки одной из зон печи.
Эти мероприятия позволили снизить удельный расход
природного газа на нагрев с 63 — 67 до 55 — 56 м3/т
проката, уменьшить угар металла на 1 — 1,2 кг/т, а
также сократить выбросы СО, СО2 и NOx.
На нагревательных печах мелкосортных станов
250-2, 250-3, 250-4 и 250-5 комбината “Криворож-
сталь”' также установлены горелки, разработанные
НПО. Модернизированные горелки сертифицирова-
ны и могут быть использованы в нагревательных пе-
чах прокатных цехов предприятий черной и цветной
металлургии, котлах-утилизаторах, обжиговых печах,
котельных агрегатах и др.
С 1993 г. НПО целенаправленно занимается разра-
боткой новых и совершенствованием существующих
технологий сортопрокатного производства. В 1995 г.
приступили к крупномасштабному внедрению создан-
ного в ДонНТУ и НПО процесса двухручьевой прокат-
ки-разделения (ДПР) на мелкосортных станах комбина-
та “Криворожсталь”, на стане 280 ЕМЗ, станах 350-1
и 350-2 Макеевского металлургического комбината.
Технология ДПР служит альтернативой распростра-
ненному в мире “слиттинг-процессу” и по ряду пара-
метров превосходит его. В зависимости от сортамента
стана технология ДПР позволяет повысить произво-
дительность на 20 — 35 %, снизить расход энергии на
нагрев и прокатку металла до 30 %, расход валков —
до 30 %, затраты металла на угар, окалину и обрезь —
на 3 — 5 кг/т готового проката. В декабре 2005 г. техно-
логия ДПР внедрена на стане 350-2. За два месяца по
этой технологии было прокатано свыше 11 тыс. т ар-
матурных профилей и получен экономический эф-
фект свыше 235 тыс. гривен. За И лет применения
ДПР на комбинате “Криворожсталь” произведено более
13,2 млн т проката и получен суммарный экономичес-
кий эффект более 193 млн гривен (38 млн долл. США).
На комбинате “Криворожсталь” ведутся работы по
так называемой технологии “Т-Д”. Она представляет
собой один из вариантов высокотемпературной тер-
момеханической обработки металла в технологичес-
ком потоке производства катанки. Ее реализация по-
зволит сократить или полностью исключить термичес-
кую обработку металла при волочении проволоки.
НПО занимается также автоматизацией технологи-
ческих процессов в сортопрокатном производстве. На
основе проведенного в 2002 — 2004 гг. технического
аудита технологии и оборудования мелкосортного ста-
на 250 британской компании IST1L (UK) выработаны
предложения по повышению производительности на
25 — 30 % за счет использования компьютерной ин-
формационной системы контроля скоростных режи-
мов прокатки широкого сортамента профилей и со-
вершенствования технологии прокатки. Система ви-
зуализации скоростных режимов, разработанная отде-
лом автоматизации НПО при технологической под-
держке сортопрокатного отдела, введена в действие в
2003 г. Это привело к повышению средней произво-
дительности стана на 35 — 40 %.
В НПО осуществляется разработка электронной
системы контроля настройки высокоскоростных бло-
ков проволочных станов (ЭСКБ), включая контроль
настройки валков и мониторинг работы роликовой
вводной арматуры. Система основана на измерении
угловых скоростей роликов вводной арматуры блока и
4
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
математической модели настройки валков. При этом
определяются оптимальные зазоры валков по всем кле-
тям блока при заданных величинах кинематических
рассогласований и размерах готового профиля катан-
ки. Исходными данными для расчетов служат размеры
калибров, рабочие зазоры валков, диаметр профиля,
химический состав стали, температура на входе в блок,
характеристики редуктора, угловые скорости двигате-
ля и диаметры валков. В качестве выходных парамет-
ров приняты оптимизированные зазоры валков блока,
натяжение, размеры катанки, нагрузка двигателя. Ос-
нованная на описанной модели автономная система
ЭСКБ позволит контролировать состояние подшипни-
ковых узлов роликов, правильность настройки зазоров
в роликовой арматуре, осуществлять мониторинг кине-
матических режимов прокатки и наличия биений вал-
ков по изменению скоростей раската.
В последние годы в НПО ведутся поисковые рабо-
ты по созданию САПР сортовой прокатки. С исполь-
зованием оригинального подхода к описанию геомет-
рии очага деформации в вытяжных калибрах, разра-
ботанных математических моделей и алгоритмов рас-
чета уширения, сопротивления деформации, контакт-
ных площадей, давления, сил и моментов прокатки
создается программный комплекс для проектирова-
ния и моделирования сортовой прокатки, включая
прокатку-разделение. Математические модели успеш-
но опробованы в заводских условиях путем сравнения
расчетных и опытных значений размеров раскатов,
скоростей прокатки, токов двигателей главных приво-
дов на станах 250 ISTIL (UK), мелкосортных станах
комбината “Криворожсталь” и проволочном стане 150
Макеевского металлургического комбината.
С привлечением НПО в обжимном цехе ЗАО
“ММ3 “ИСТИЛ (Украина)” были освоены новые
виды продукции, ранее не выпускавшиеся заводом, —
круглая заготовка диам. 290, 310 и 330 мм. Переработ-
ка ее в трубу и кольцевые изделия показала целесооб-
разность и эффективность разработки.
Активно ведутся работы по совершенствованию
технологии производства горячекатаной листовой ста-
ли в комплексе: слябинг 1150 — ШСГП 1680 комби-
ната “Запорожсталь”. Основным мероприятием по
сокращению энергетических затрат топлива на нагрев
слябов является применение транзитной прокатки.
Эффективность технологии в значительной мере за-
висит от точного определения возможности подачи
слябов со слябинга на стан 1680 (по условиям их теп-
лосодержания). НПО разработана и введена в эксплу-
атацию система сопровождения технологического
процесса (ССТП) при прокатке и транспортировке
слябов на участке слябинг — черновая группа клетей
стана 1680. Оценка возможности транзитной прокат-
ки проводится по затратам энергии на прокатку сля-
бов на слябинге.
Работа ССТП обеспечила экономию топлива в
методических печах стана 1680 за счет сокращения
слябов, ошибочно не допущенных в транзитную про-
катку, уменьшения простоев стана 1680 благодаря
уменьшению числа возвратов слябов, улучшения ус-
ловий работы прокатного оборудования стана 1680 за
счет исключения ошибочно принятых в транзитную
прокатку слябов с низким теплосодержанием.
Для получения требуемых механических свойств
листового проката станы горячей прокатки оснащают
установками контролируемого водяного охлаждения
(УКО). Такие установки состоят из большого числа
секций, расположенных сверху и снизу по ходу дви-
жения раскатов или полос. На толстолистовых станах
и ШСГП наибольшее распространение получили ус-
тановки охлаждения ламинарного типа. Основная за-
дача УКО — обеспечить охлаждение проката с задан-
ной скоростью до требуемой температуры и исклю-
чить его коробление. Современные требования к точ-
ности регулирования температуры и ее стабильности
по длине раската могут быть выполнены только при
условии автоматического управления работой УКО.
Сотрудниками НПО предложена новая концепция
автоматического управления процессом охлаждения
листового проката.
В НПО выполнен комплекс работ по технологи-
ческому и математическому обеспечению качества
и ресурсосбережения при производстве полос и ли-
стов. Совместно с работниками АО НКМЗ специа-
листы НПО участвуют в проектировании и рекон-
струкции слябовых МНЛЗ комбинатов “Азовсталь”
и Новолипецкого, а также в разработке технико-
коммерческих предложений по прокатным цехам
комбинатов Новолипецкого, Магнитогорского,
“УралСталь” и “Северсталь”.
Для мелкосортных станов комбината “Криворож-
сталь” и проволочного стана 250 ЕМЗ разработаны
технологические обоснования реконструкции с пере-
ходом на использование заготовок увеличенных сече-
ния и массы и применение процесса прокатки-разде-
ления. Предложения прорабатываются.
В 1994 г. в НПО были начаты исследования, на-
правленные на разработку технологии изготовления
прокатных валков (шайб) для работы в условиях вы-
сокоскоростной горячей прокатки. Шайбы произво-
дят из порошковых материалов на основе карбидов
вольфрама. Первые шайбы были изготовлены НПО и
опробованы в 1997 г. До этого времени такие шайбы
для станов 150 Макеевского и Криворожского метал-
лургических комбинатов поставлялись шведской фир-
мой “Sandvik”. Достаточно длительная эксплуатация
шайб на станах 150 показала, что они по качеству не
уступают шведским. В настоящее время шайбы, изго-
товленные в НПО, постоянно поставляются на Маке-
евский и Криворожский металлургические комбина-
ты. С 2001 г. НПО в состоянии полностью обеспечить
потребность украинской металлургии в данном виде
продукции.
Удовлетворительные результаты испытаний шайб,
изготовленных НПО, получены на Белорусском и
Белорецком металлургических заводах. В настоящее
время намечена поставка опытной партии шайб на
комбинат “Северсталь”. Кроме того, получены поло-
1SSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
5
жительные результаты испытаний твердосплавных
бандажей прокатных валков.
Суммарный эффект от реализации разработок
НПО на металлургических предприятиях за прошед-
шие 15 лет исчисляется миллионами. Большинство
технических решений подтверждено патентами Укра-
ины, России и других стран. Сегодня НПО может
позволить себе тратить до 25 % бюджета на разработ-
ку новых перспективных технических решений, на-
правленных на экономию материальных и энергети-
ческих ресурсов, улучшение качества продукции, ос-
воение новых ее видов.
За 15 лет сотрудниками НПО опубликовано 6 книг
и монографий, более 500 статей, получено более 180
патентов на изобретения. Научный потенциал объеди-
нения подтвердила проведенная в 2004 г. аттестация
НПО как научного учреждения и определение его
головной организацией в Украине по научно-техни-
ческому направлению “Непрерывные технологичес-
кие процессы в металлургии”. НПО внесено в Госу-
дарственный реестр научных учреждений, поддержи-
ваемых государством.
Приглашаем к сотрудничеству, и вы достаточно бы-
стро убедитесь, что оно будет полезным и эффективным!
Наш адрес:	Телефоны:	Факс:
83102, Украина,	Генеральный директор +380 (62) 388 91 10, 388 91 11	+380 (62) 388 92 05, 388 92 08,
г. Донецк,	Технический директор	388 91 12	388 92 02
ул. Куйбышева, д. 44. Финансовый директор	388 91 14	E-mail: donix@donix-ua.com
Статья публикуется на правах рекламы.
УДК 669.162.1:622.788
НПО "Доникс": рудный двор —
агломерация — производство чугуна
О. А. Туник, В. В. Антонов, И. А. Шахтер,
А. А. Михайлов, Е. Л. Азин, И. М. Фонотов
НПО “Доникс”
С момента создания аглодоменного отдела специали-
стами НПО “Доникс” ведутся работы по совершен-
ствованию технологии, модернизации оборудования,
созданию современных систем визуализации, автома-
тизации и управления технологическими процессами
как в агломерационном, так и в доменном производ-
стве. Специалисты отдела сотрудничают с Донецким
металлургическим заводом, с комбинатами Макеевс-
ким, Алчевским, “Запорожсталь” и “Криворожсталь”.
В результате накоплен опыт разработки и реализации
новых элементов и технологий, которые позволили
создать системы автоматического контроля и управ-
ления технологическими процессами и документообо-
рота в рамках “рудный двор — агломерация — произ-
водство чугуна”.
На первом этапе решения этой задачи создана
“Система автоматического управления и контроля “Руд-
ный двор”, благодаря которой решен целый ряд тех-
нологических и организационных задач:
оперативное информирование о количестве и ка-
честве (химический состав) поступивших на рудный
двор материалов;
обеспечение информационного взаимодействия
при формировании штабелей сырых материалов;
выдача рекомендаций для рационального размеще-
ния и расходования материалов в штабелях;
контроль и учет объемов и текущих параметров
шихтовых материалов при выдаче их в бункеры агло-
мерационного и доменного цехов.
Логическим продолжением в совершенствовании
технологии подготовки шихты к процессу агломера-
ции стало создание “Автоматизированной системы кон-
троля и управления дозированием компонентов шихты в
шихтовом отделении агломерационного цеха”.
В функции системы входят:
оперативный контроль и управление дозировани-
ем компонентов шихты;
учет выхода шихты и ее качества (количество, ос-
новность, содержание железа);
информация о степени наполнения бункеров, ра-
боте питателей, текущих и накапливаемых значениях
расходов и материалов по всей весовзвешивающей ап-
паратуре, положении автостел и состоянии загрузки
бункеров.
В результате внедрения рассматриваемых систем в
ОАО “Запорожсталь” вследствие уменьшения колеба-
ний значений основности и содержания железа в аг-
ломерате расход кокса в доменном цехе сократился на
3 кг/т чугуна.
Параллельно с оптимизацией процессов подготов-
ки шихты проведены работы и по совершенствованию
технологии агломерации. Специалистами НПО “До-
никс” на базе теплотехнических расчетов разработа-
на новая ресурсосберегающая “Технология производ-
ства агломерата с использованием зажигательных горнов
усовершенствованной конструкции”. При этом в осно-
ву принципа нагрева и зажигания аглошихты положе-
на традиционная теория высокой концентрации под-
вода тепла к единице поверхности аглошихты в нача-
ле рабочего пространства горна. Реализация разрабо-
танной технологии позволила сократить продолжи-
тельность нагрева слоя шихты для эффективного за-
6
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
жигания до 10 — 30 с при одновременном обеспечении
подвода тепла с более высокой его концентрацией.
Сущность технологии заключается в следующем:
усиливается интенсивность подвода теплоты к едини-
це поверхности аглошихты до 8,4 — 9,24 кДж/(м2 • ч);
повышается тепловое напряжение объема зоны горе-
ния, что увеличивает температуру горения и, как след-
ствие, температуру над поверхностью и самой поверх-
ности аглошихты в зоне “удара” факела; интенсифи-
цируется нагрев аглошихты; уменьшаются рассеива-
ние теплоты в рабочем пространстве горна и потери
теплоты через окно выдачи.
Благодаря внедрению такой технологии на ГОКе
ОАО “Криворожсталь” расход газообразного топлива
при зажигании аглошихты сократился на 20 — 30 %,
физико-механические свойства агломерата улучши-
лись вследствие упрочнения поверхностного слоя,
повысилась стойкость горнов.
В доменном производстве разработан ряд техноло-
гических решений, направленных на снижение расхо-
да кокса, интенсификацию процесса производства
чугуна, продление кампаний печей. С целью достиже-
ния максимального результата при внедрении техно-
логий разработаны соответствующие автоматизиро-
ванные системы.
“Система корректировки расхода кокса по дозе в
зависимости от его влажности” предназначена для ав-
томатического поддержания заданного расхода кокса,
корректировки его по дозе подачи в зависимости от
влажности; сбора, анализа и хранения информации о
текущем расходе кокса, отклонении текущих значе-
ний от заданного; величине корректировки по дозе
подачи, текущей влажности кокса.
Функции системы:
измерение, отображение и регистрация в среде
ЭВМ данных о текущих параметрах расхода кокса, его
влажности, величины отклонения текущего значения
расхода кокса от заданного, хранение и ведение базы
данных этих показателей с обеспечением функций
ретроспективного доступа к информации;
автоматическое регулирование расхода кокса по
дозе и в зависимости от влажности кокса;
организация автоматизированного рабочего места
(АРМ) оператора доменной печи с обеспечением его
функциями визуализации текущих состояний всех
контролируемых параметров на экране монитора ЭВМ
АРМ;
отображение параметров взвешивания на весовой
воронке;
возможность ввода текущего значения влажности
кокса с клавиатуры персонального компьютера и в
автоматическом режиме с помощью внешнего интер-
фейса от измерителя влажности.
В результате внедрения технологии доменной плав-
ки с использованием рассматриваемой системы на печи
№ 4 ОАО “Енакиевский металлургический завод” и на
печи № 5 ОАО “Макеевский металлургический комби-
нат” благодаря стабилизации теплового состояния гор-
на, физического и химического “нагрева” чугуна расход
кокса снижен на 1,5 и 2,5 кг/т чугуна соответственно.
“Автоматизированная система контроля за тепловым
содержанием процесса” предназначена для контроля
функционального состояния охлаждаемого оборудо-
вания, контроля и анализа теплового состояния тех-
нологического процесса. Функции системы:
измерение температуры от —50 до +200 °C;
накопление и обработка полученных значений;
протоколирование событий и накопление статис-
тических данных;
запись предыстории развития аварийных ситуаций с
сохранением их для последующей обработки и анализа;
выдача управляющих сигналов по результатам об-
работки;
индикация и выдача обработанных сигналов в
удобном для заказчика виде.
Используемые в системе контроллеры выполнены
во влагопылезащищенном исполнении. Температур-
ный диапазон работы контроллера от —20 до +85 °C.
Длина линий связи между ним и персональным ком-
пьютером не более 1000 м. Система способна обраба-
тывать до 255 контроллеров с общим числом входных
каналов до 2040. Время опроса одного контроллера
составляет не более 0,1 с.
Внедрение разработок на печи № 3 ОАО “Алчевс-
кий металлургический комбинат” (“Система прогара
воздушных фурм”) и на печи № 5 ЗАО “Макеевский
металлургический комбинат” (“Система контроля за
тепловым состоянием холодильников горна, лещади и
фурм”) дает возможность оперативно реагировать на
изменение тепловых нагрузок водоохлаждаемых агре-
гатов и вносить соответствующие корректировки в
технологический процесс.
“Автоматизированная система управления пульсаци-
ей давления газовой фазы в доменной печи” предназна-
чена для осуществления технологии плавки с исполь-
зованием пульсации давления газа под колошником и
расхода природного газа.
Функции системы:
организация пульсации давления газа под колош-
ником и расхода природного газа с заданными амп-
литудой и частотой;
визуализация выхода колошникового газа и расхо-
да природного газа в виде графика, а также положе-
ния дроссельных заслонок, заданий исполнительному
механизму и исполнения заданий;
протоколирование событий и накопление статис-
тических данных;
запись предыстории развития аварийных ситуаций с
сохранением их для последующей обработки и анализа.
Электронный блок управления выполнен во влаго-
пылезащищенном исполнении. Температурный диапа-
зон работы блока от —20 до +85 °C. Система внедрена
в доменном цехе ОАО “Енакиевский металлургический
завод”. В результате интенсификации процессов тепло-
массообмена, увеличения скорости химических реак-
ций расход кокса сокращен на 1,2 — 1,5 кг/т чугуна.
Из приведенных данных видно, что сочетание тех-
нологии и автоматизации позволяет получить в ком-
плексе “рудный двор — агломерация — производство
чугуна” существенный технологический эффект.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
7
УДК 669.083.4
Вариант реконструкции мартеновского
цеха специализированного
металлургического завода
А. Н. Смирнов, В. М. Сафонов,
А. Ю. Цупрун, В. Н. Тиунов,
В. И. Зема, В. А. Тимофеев,
И. Н. Салмаш
НПО “Доникс”, АО НКМЗ,
ОАО ВМЗ, ДонНТУ
До начала реконструкции в состав мартеновского цеха
ОАО “Выксунский металлургический завод” входили
три основные мартеновские 250-т печи (скрап-про-
цесс без применения кислорода), каждая из которых
оснащена качающимся желобом для выпуска в два
сталеразливочных ковша. По принятой в цехе техно-
логии сталь в печи раскисляли кремнием и марганцем,
а окончательное раскисление проводили при выпуске
ферросилицием и комплексным сплавом СКТиА (45 %
Si, 15 % Са, 10 % Ti, 2 % Al) в каждом из двух ковшей.
При разработке технологии и конструкции обору-
дования специалисты АО НКМЗ учли требования к
кондиции стали в ковше, а также особенности и огра-
ничения сложившегося производства:
высокие требования к химическому составу колес-
ной стали — узкие для высокоуглеродистой стали пре-
делы содержания углерода (до 0,03 %), низкое содер-
жание водорода в слитке (< 1,5 ppm) и общего кисло-
рода (< 30 ppm);
специфику кондиции полупродукта, выплавляемо-
го в мартеновской печи;
поточную обработку всего объема стали, выплавля-
емой двумя мартеновскими печами цеха;
выпуск плавки из мартеновской печи в два 105-т
сталеразливочных ковша с полной отсечкой печно-
го шлака в одном из ковшей и перепуском его в дру-
гой (масса плавки после реконструкции уменьшена
до 210 т);
оценку ритмичности выпуска стали в мартеновс-
ких цехах, которая показывает, что на некоторых
плавках серии необходимо форсировать процесс вне-
печной обработки, в частности нагрев металла в ста-
леразливочном ковше;
ограничения в выборе строительной площадки (обо-
рудование внепечной обработки расположено на месте
демонтированной мартеновской печи), дефицит произ-
водственного пространства и наличие “узких мест”;
заданную конструкцию сталеразливочного ковша
и его конфигурацию;
реконструкцию разливочного хозяйства в связи с
переходом на основную футеровку сталеразливочных
ковшей.
Согласно разработанной для каждого из ковшей
схеме маршрута, расплав может проходить как парал-
лельную, так и последовательную обработку на уста-
новке ковш-печь и в вакууматоре (рисунок). Обработ-
План участка внепечной обработки стали ОАО ВМЗ: 1 — машина для скачивания шлака; 2 — установка ковш-печь; 3 — сталевоз; 4 —
камерный вакууматор; 5 — бункеры сыпучих материалов
8
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
ка стали в двух ковшах обеспечивается за счет приме-
нения двухпозиционной установки ковш-печь. Ос-
новная конструктивная особенность двухпозицион-
ной установки состоит в том, что она включает ста-
ционарный пост дугового нагрева стали, к которому с
помощью двух сталевозов поочередно подаются ста-
леразливочные ковши.
При обработке проводят следующие основные тех-
нологические операции:
скачивание печного шлака из сталеразливочного
ковша с помощью машины скребкового типа;
дуговой нагрев металла на трехфазной переменно-
го тока двухпозиционной установке ковш-печь;
ковшовая обработка раскисленной стали в вакуу-
маторе камерного типа;
непрерывное пневматическое перемешивание стали;
подача в металл реагентов в виде порошковой про-
волоки;
вдувание порошкообразных материалов в струе
газа-носителя.
В течение первых трех недель с момента пуска обо-
рудования установки ковш-печь проведены гарантий-
ные испытания, в ходе которых получены предусмот-
ренные контрактом параметры: скорость нагрева ме-
талла 4,34 °С/мин; расход электроэнергии 0,47 кВт/
/(т • °C); расход графитированных электродов 11,6 г/
/(кВт • ч).
Для снижения содержания водорода в колесной
стали выбрана схема вакуумирования в сталеразливоч-
ном ковше непосредственно перед разливкой в слит-
ки с применением принудительного перемешивания
аргоном.
Для оценки расхода нейтрального газа на дегаза-
цию под вакуумом применили известную методику,
согласно которой определяли необходимый для дега-
зации расход аргона и остаточное давление в вакуум-
камере. При продувке инертным газом под вакуумом
(100 Паи ниже) необходимое для достижения требуе-
мого уровня дегазации количество аргона не превы-
шает 5 м3. Содержание водорода в заготовках желез-
нодорожных колес не превышало 1,5 ppm, при этом
концентрация азота составляла - 30 — 35 ppm.
Современные технология и оборудование внепечной
обработки позволили перенести основные технологи-
ческие операции в сталеразливочный ковш и сократить
более чем на 20 % среднюю продолжительность плавки.
УДК 621.746
Оптимизация параметров загиба
и разгиба непрерывнолитой заготовки
А. Ю. Цупрун, А. Н. Смирнов,
С. В. Гриднн, В. М. Пильгаев
НПО “Доникс", ДонНТУ, АО НКМЗ
В настоящее время для новых слябовых МНЛЗ (тол-
щина заготовки 150 — 300 мм) можно выделить следу-
ющие основные элементы их конструкции: вертикаль-
ный кристаллизатор длиной 0,8 — 1,0 м (в зависимо-
сти от сечения заготовки); кристаллизатор с возмож-
ностью изменения ширины сляба в процессе разлив-
ки; защитное покрытие на внутренней поверхности
кристаллизатора; вертикальный участок под кристал-
лизатором длиной 1,5 — 1,7 м и более; многоточечная
секция разгиба заготовки; уменьшение базового ради-
уса до 7 — 8 м; динамическая модель управления про-
цессом охлаждения заготовки в ЗВО; зона многото-
чечного разгиба заготовки (4 — 5 точек и более); зона
“мягкого” обжатия, обеспечивающая повышение ка-
чества внутренней зоны заготовки.
Следует различать два принципа построения совре-
менных МНЛЗ. Первый заключается в создании но-
вой МНЛЗ без жесткой привязки к старому оборудо-
ванию, а второе построение характеризуется реконст-
рукцией уже имеющейся радиальной машины, что
предусматривает максимальное “вписывание” в уже
имеющиеся параметры (например, МНЛЗ фирмы
“Sollac”). Безусловно, второе построение имеет специ-
фические особенности и не может быть использова-
но для определения базовых параметров современной
машины.
Некоторые исследователи полагают, что, посколь-
ку дендриты у межфазной поверхности затвердевания
действуют нежелательным образом только в условиях
растягивающих деформаций, заготовка может рас-
сматриваться в качестве их датчика, т. е. она чувстви-
тельна к любому виду растягивающей деформации.
Обычно в качестве индикатора несплошностей, выз-
ванных такой деформацией, принимаются ликваци-
онные полоски, которые наблюдаются в виде потем-
нений на макротравленых сечениях литого и катано-
го металла.
Принято считать, что ликвапионные полоски воз-
никают в результате разрушения во время затвердева-
ния границ зерен, ориентированных перпендикуляр-
но к растягивающим напряжениям. Вследствие низ-
кой пластичности стали при температуре вблизи со-
лидуса граница зерна у межфазной поверхности может
разрушиться, когда напряжения превысят некоторый
порог. Междендритная жидкость, обогащенная ликви-
рующими элементами и фазами (особенно фосфором
и сульфидами) из прилегающей лунки, затем втягива-
ется и накапливается в зоне разрушения. Пороговый
ISSN 0038-920Х. ‘‘Сталь ”. № 8. 2006 г.
9
уровень формирования ликвационных полосок силь-
но зависит от содержания углерода в стали. Общепри-
нятые “безопасные” уровни деформаций и те, кото-
рые часто приводятся в литературе, составляют 1,25 %
для поверхностной и 0,20 — 0,25 % для межфазной
деформации. Предельное относительное удлинение
при 1430 — 1470 °C, по данным работ [1, 2], составля-
ет 0,3 - 0,4 %.
Рассматривая динамику формирования твердой
фазы, необходимо отметить, что в области температу-
ры солидуса (фронт затвердевания) металл находится
как в твердом (дендриты), так и в жидком (межденд-
ритное пространство) состоянии. Только на некото-
ром расстоянии от фронта затвердевания слои метал-
ла имеют полностью твердую фазу. Эти слои находят-
ся в напряженном состоянии, обусловленном перепа-
дом температур между наружной поверхностью заго-
товки и фронтом затвердевания. Следовательно, в
расчетах допустимых радиусов загиба и разгиба заго-
товки с жидкой сердцевиной следует принимать во
внимание допустимые относительные удлинения не
на границе фронта затвердевания, а на некотором
удалении от него (13 — 15 мм).
Определению коэффициента относительного удли-
нения стали в области температур затвердевания по-
священо достаточно работ [3 — 7]. В целом практичес-
ки все эти данные свидетельствуют о том, что плас-
тичность стали в диапазоне 1300 — 1400 °C значитель-
но ниже 1 %. Колебания пластичности стали зависят
главным образом от методики исследований (методи-
ка получения образцов, скорость деформации, разме-
ры образцов, метод замера температуры образца, со-
держание углерода в стали и др.). Следовательно, ли-
тературные данные о пластичности стали могут быть
использованы только с учетом того, что они носят
достаточно приблизительный характер.
Анализ условий образования внутренних трещин
выполнен в работах [6, 7]. Склонность к образованию
трещин зависит от соотношения деформационной
способности и прочностных свойств затвердевающей
стали. Критические значения относительного удлине-
ния могут колебаться в зависимости от содержания
углерода, марганца, серы, фосфора и др. Для оценоч-
ных расчетов критические значения коэффициента
относительного удлинения могут находиться в преде-
лах 0,20 — 0,25 %. Критическая скорость деформации
при этом находится в пределах 10-2 — 10 4 с '. а пре-
дел прочности твердой корочки составляет 10 —
20 МПа (для ряда сталей -4 — 6 МПа).
Более точные оценки напряженного состояния
заготовки в процессе ее формирования и деформации
могут быть выполнены с помощью расчета аккумули-
рованных напряжений [8]. Предполагается, что для
предупреждения нарушения сплошности металла не-
обходимо, чтобы вследствие усадки стали, температур-
ных напряжений, механических (литейных) деформа-
ций и ферростатического давления суммарные напря-
жения, деформационная способность и скорость де-
формации не превышали критических значений, при
которых наступает разрушение металла. По данным
работы [8], для углеродистых сталей допустимые сум-
марные критические значения растяжения заготовки
(разгиб — загиб, напряжения термические и затверде-
вания) не должны превышать 0,7 %. Приведенные ре-
комендации подтверждены на практике.
Специалистами НПО “Доникс” разработана ори-
гинальная методика моделирования напряженного
состояния заготовки и расчета оптимальной техноло-
гической линии МНЛЗ в зависимости от условий раз-
ливки, сечения заготовки, марок стали, диаметра ро-
ликов и т. п.
Для теплофизических расчетов процессов затвер-
девания заготовки разработана динамическая матема-
тическая модель, позволяющая получать следующие
параметры: поле температур (температура в каждой
точке заготовки); тепловой поток с поверхности заго-
товки в любой момент времени; поле распределения
твердой фазы (содержание твердой фазы в каждой
точке заготовки); толщина твердой корочки в любом
сечении заготовки; ширина жидкой лунки в каждом
сечении заготовки; ширина твердожидкой области в
любом сечении заготовки; глубина жидкой лунки.
Программный комплекс позволяет варьировать
многие технологические параметры непрерывной раз-
ливки и исследовать, как влияют выбранные значения
на распределение температуры и формирование
структуры заготовки.
Для выполнения проектного расчета технологичес-
кая линия слябовой МНЛЗ разбивается на следующие
участки (рисунок): вертикальный кристаллизатор,
вертикальный участок под кристаллизатором, участок
многоточечного загиба, радиальный участок, участок
многоточечного разгиба, горизонтальный участок.
Начальный этап проектирования — выбор базово-
го радиуса машины /?(|. по которому описана задняя
стенка технологического канала машины, включая
кристаллизатор и дуговой участок зоны вторичного
охлаждения. При перестройке машины на другую тол-
щину заготовки ее базовый радиус остается неизмен-
ным. Минимальный базовый радиус обычно ограни-
чивается допустимой деформацией заготовки при ее
правке. Кроме того, с уменьшением радиуса кристал-
лизатора возрастает вероятность образования точеч-
ной ликвации вблизи поверхности заготовки. Излиш-
нее удлинение базового радиуса вызывает увеличение
высоты и массы машины. При этом также возрастает
давление столба жидкого металла на оболочку заготов-
ки и на поддерживающие ролики, что приводит к
появлению внутренних дефектов заготовки.
На основании теоретического анализа и опыта
эксплуатации многих машин криволинейного типа
разработаны рекомендации по ограничению базовых
радиусов машин в пределах 25 — 35-кратной толщи-
ны отливаемых заготовок [2, 9].
Расчет полной длины участка загиба Ajar проводи-
ли по оригинальной методике, разработанной автора-
ми. Зная число точек загиба и шаг гибочных роликов
на криволинейном участке загиба, можно определить
10
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
ям
w-
ки
к-
эе-
>и-
)Г0
[0-
13-
10-
:р-
га-
ие
ой
0-
ия
ой
эм
)М
в
ть
13-
ИЯ
ие
с-
ие
Р,
эк
эк
0-
яя
ая
го
я-
3-
1-
ее
II-
I-
ie
з-
к
га
ia
IX
I-
i-
)В
ь
£заг. Кроме того, загиб заготовки должен выполняться
таким образом, чтобы обеспечить минимальную де-
формацию наружных или внутренних слоев заготов-
ки на каждом отрезке пути. Наименьшая скорость
деформации наружных слоев заготовки может быть
получена, если деформация будет равномерно распре-
делена по всей длине участка загиба. Основным фак-
тором, определяющим длину участка многоточечного
загиба при известном шаге, является условие непре-
вышения величиной относительной деформации заги-
ба на каждом из роликов загиба е . критических зна-
чений показателя пластичности стали £доп.
Участок загиба может быть построен по кривой с
постоянно уменьшающимся радиусом кривизны от
бесконечности в начале загиба до базового радиуса
Rq, т. е. в последней точке загиба радиус угла загиба
Азаги = Ао. Накопившаяся полная относительная де-
формация на всем участке загиба £jarS определяется
из выражения
Ejai.E — Л'()/2(/?() — Л'()/2).	(1)
где х0 — толщина сляба, м.
Тогда общее число точек загиба изаг = ЕзагЕ/Е + 1 •
Относительная деформация загиба на каждом из ро-
ликов £заг/ определяется как отношение полной отно-
сительной деформации загиба на всем участке £3arZ к
общему числу точек загиба и
Радиус кривизны загиба на каждом из роликов R3arj
можно определить, согласно выражению (1), если ба-
зовый радиус Rq заменить текущим R3ar/, а поскольку
накопившаяся полная относительная деформация на
всем участке загиба равна сумме относительных де-
формаций загиба £ . на каждом из роликов загиба:
езагл =£езаг,/ = w3are3ar,fljar, то суммарная относитель-
ная деформация загиба к моменту достижения рас-
сматриваемым сечением заготовки ролика / равна
Ее3 = /езаг/- 4огда после проведения соответствую-
щих преобразований в формуле (1) выражение для ра-
диуса R3arj на каждом ролике I имеет вид
Лзаг., = V2 + *о/2/езаг,Р ГДв / = 1, ..., «3af.	(2)
Участок разгиба (распрямления) заготовки должен
быть построен по кривой с постоянно увеличиваю-
щимся радиусом кривизны от базового радиуса R^
(при переходе с дугового участка на участок разгиба)
до бесконечности в конце разгиба (при переходе кри-
волинейного участка на горизонтальный). Суммарная
полная относительная деформация на всем участке
разгиба Ераз Е определяется из выражения
£раз,£ “	~ Хо)-	(3)
Общее число точек разгиба и = е v/e|oii + 1 •
Радиус кривизны разгиба на каждом из роликов
правки Араз (. определяется согласно выражению (3).
Если базовый радиус Ао заменить на текущий А
при этом полная относительная деформация на всем
участке разгиба £раз,х = ЕеРаз,/ = «Разеразлра? то сум-
марная относительная деформация разгиба к момен-
ту достижения рассматриваемым сечением заготовки
Схема МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным кристаллиза-
тором
ролика i будет соответствовать Se z = ze ;. Тогда
выражение для Араз;. на каждом ролике i многоточеч-
ного разгиба принимает вид
Лраз./ = V[«pa3-('- OlEp^ + ^O’ ' = 1 ’ ''' ’ «раз- <4)
Тестовые расчеты, выполненные по данной мето-
дике для слябов толщиной х() = 160 — 300 мм и скоро-
стей разливки vm = 0,7 — 2,4 м/мин, хорошо согласу-
ются с литературными данными относительно пост-
роения технологических линий современных слябо-
вых МНЛЗ [9].
Таким образом, разработанная методика представ-
ляет собой замкнутую систему уравнений, решение
которой позволяет на этапе технического и рабочего
проектирования рассчитать следующие параметры:
положение технологической оси МНЛЗ (размеры
вертикального участка и кристаллизатора, характер и
протяженность зон загиба и разгиба, базовый радиус и
длину радиального участка, длину горизонтального
участка, металлургическую длину в целом, длину жид-
кой фазы для каждого сечения и каждой марки стали);
скорость вытягивания заготовки (предельно допу-
стимую и номинальную);
шаги и диаметры роликов зоны вторичного охлаж-
дения с разбивкой их на сегменты.
В целом в разработанных и адаптированных непос-
редственно авторами проекта математических моде-
лях, алгоритме расчета процесса затвердевания заго-
товки в поле реальных параметров разливки и в ком-
пьютерной программе не используют данные других
разработчиков. В интерфейсе программы предусмот-
рено использование открытой для дополнения базы
данных по разным маркам стали, содержащей необ-
ходимые для расчета справочные данные.
ISSN 0038-920Х. “Сталь № 8. 2006 г.
11
Компьютерная программа разработана в интегриро-
ванной среде программирования Borland Delphi 6.0 и
предназначена для работы в Windows. Выходные дан-
ные могут быть представлены в виде графиков либо
изо поверхностей температур, доли твердой фазы, тер-
мических напряжений и деформаций. Дополнительно
выводятся данные процесса непрерывной разливки в
разные моменты времени. В программе предусмотре-
ны интерактивный ввод начальных данных и запись
промежуточных расчетов, что позволяет пользователю-
технологу оперативно работать с программой.
Библиографический список
1.	Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В. Т.
Сладкоштеев, Р. В. Потанин, О. Н. Суладзе и др. — М. : Метал-
лургия, 1974. — 288 с.
2.	Нисковских В. М., Карлинский С. Е., Беренов А. Д. Машины не-
прерывного литья слябовых заготовок. — М. : Металлургия,
1991. - 272 с.
3.	Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки / В. С. Ру-
тес, Н. Н. Гуглин, Д. П. Евтеев и др. — М. : Металлургия, 1967.
- 144 с.
4.	Drunen van G., Brimacombe J. К., Weinberg F. Internal cracks in strand-
cast billets // Ironmaking and Steelmaking. 1975. N 10. P. 125 — 133.
5.	Lankford W. T. Some Considerations of Strength and Ductility in
the Continuous-Casting Process // Metallurgical Transactions.
1972. Vol. 3. June. P. 1331 - 1359.
6.	Florchak J. V. Straigth-v.curved-mould continuous casters for slab
production // Ironmaking and Steelmaking. 1979. Vol. 6. N. 3. P 123
- 130.
7.	Hiebler H., Zirngast J., Bernhard Ch. Inner crack formation in
continuous casting: strain or creation? // 77-th Steelmaking
conference proceedings, Chicago Meeting. 1994. Vol. 77. P. 405 —
412.
8.	New design to prevent internal cracking in continuous casting /
A. Yamanaka, K. Okamura, S. Kumakura et al. // 3-rd European
Conf, on Continuous Casting. Madrid — Spain. October 20 - 23,
1998. - Madrid : 1998. P. 415 - 424.
9.	World survey : Continuous Casting Machines for Steel. - Zurich :
Concast Standard, 2000. — 201 p.
УДК 661.771.251.06:658.589
Разработка вариантов реконструкции
линейных сортопрокатных станов
Е. С. Дмитриев, В. С. Солод, С. П. Нефедьев,
Л. А. Вакула, М. В. Мягков, А. А. Кириченко
НПО “Доникс”, УкрНИИмет, ОАО “Донецкий
металлопрокатный завод”
Линейные сортопрокатные станы, большинство из
которых были построены в начале прошлого столетия,
устарели. Поскольку для строительства нового совре-
менного стана требуются огромные материальные и
временные затраты, добиться увеличения производи-
тельности и улучшения качества проката можно путем
реконструкции и совершенствования технологии.
Степень эффективности зависит от объема реконст-
рукции.
Для ОАО “Донецкий металлопрокатный завод”
(ДМПЗ), на котором эксплуатируется сортопрокат-
ный стан 500/370 с линейным расположением клетей
Рис. 1. Схема расположения основного технологического оборудо-
вания стана 500/370 ОАО ДМПЗ: / — клети трехвалковые обжим-
ной линии 500; 2 — ножницы; 3 — чистовая линия 370; 4 — пилы
горячей резки линии 500; 5 — отводящий рольганг линии 500; 6 —
реечный холодильник; 7 — устройство ускоренного охлаждения
проката; 8 — ножницы для отбора проб; 9 — роликовый холодиль-
ник; 10 — ножницы для резки раскатов на мерные длины; 11 —
роликоправильная машина
(рис. 1), в НПО “Доникс” разработано шесть вариан-
тов реконструкции. Стан 500/370 был введен в эксп-
луатацию в 1958 г., в 1974 г. ликвидирована вторая
чистовая линия для прокатки круглых профилей диам.
12—16 мм в бунтах, в 2002 г. введена в эксплуатацию
линия 500. Исходная заготовка имеет сечение 80x80 -
150x150 мм. В сортамент прокатываемых профилей
входят: круглые диам. 16 — 60 мм, квадратные со сто-
роной 12 — 24 мм, шестигранные Ш14 — Ш36, угло-
вые 35x35x5 - 75x75x7 — 9 мм, полосовые толщиной
5 — 16 мм и шириной 30 — 100 мм, для армирования
железобетонных конструкций № 14 - 32, полосовые
специальные профили 69x16x12 мм и др.
Профили крупного сечения прокатывают в двух
клетях обжимной группы 500 и разрезают на мерные
длины на двух пилах. Для угловых профилей больших
сечений в качестве чистовой используется первая клеть
чистовой группы. Профили среднего и мелких сечений
прокатывают в линии 370. Арматурные профили клас-
са А500 упрочняют с прокатного нагрева в установке ус-
коренного охлаждения. После обжимной группы кле-
тей 500 раскат по рольгангу поступает в чистовую 370.
В первую клеть линии 370 раскат передается обводным
аппаратом типа “шепф”, в последующие три клети —
горизонтальными обводными аппаратами.
В варианте I реконструкции за выпускающей кле-
тью 7 чистовой линии 370 расположена группа из че-
тырех непрерывных компактных клетей (ГНК) с ин-
дивидуальными приводами (рис. 2, I), схема прокат-
12
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
ки профилей крупного сечения при этом не измене-
на. За последней клетью непрерывной группы уста-
навливают новые летучие ножницы горячей резки 2.
После этого раскаты поступают в устройство для ус-
коренного охлаждения 3. Возможна также транспор-
тировка горячих раскатов без принудительного охлаж-
дения. Далее по рольгангу они направляются на холо-
дильник 4. Использование вентиляторов интенсифи-
цирует охлаждение благодаря принудительной кон-
векции воздуха. Охлажденные раскаты собирают в
пачки и передают по отводящему рольгангу к ролико-
правильной машине 5, на которой исправляют кри-
визну в соответствии с требованиями стандартов. Да-
лее пачки транспортируют к передаточному стеллажу,
по которому поперечно перемещают на приемный
рольганг ножниц холодной резки 6, где отрезают пе-
редние и задние концы раскатов и раскраивают их на
товарные длины.
Пачки профилей длиной до 6 м перемещают к пе-
редвижному или стационарному упору и сбрасывают
в один из разделенных съемной перегородкой карма-
нов 7. При резке на длины от 6 до 12 м перегородку
снимают, сбрасыватели работают в синхронном режи-
ме и пачки накапливаются в длинном кармане. Воз-
можна также установка со стороны рольганга короба
для немерных профилей. Карманы оснащают устрой-
ствами для уплотнения и формирования заданного
поперечного сечения пакета, а также для его торцов-
ки. Затем их взвешивают на встроенных весах и обвя-
зывают с помощью вязальных машин. В этом случае
после автоматизированного изготовления и навеши-
вания бирок пакеты можно подавать на склад готовой
продукции или сразу отгружать.
Достоинствами варианта I являются: изготовле-
ние всего мелкосортного сортамента из заготовки
125x125 мм; повышение производительности стана за
счет увеличения сечения заготовки для мелких профи-
лей и пропускной способности участка отделки; улуч-
шение геометрии готового проката вследствие того,
что последние пропуски проходят в клетях, располо-
женных последовательно и имеющих индивидуальные
приводы; упрощение технологии прокатки мелких
угловых профилей и, как следствие, возможность по-
лучения небольших сечений; проведение профилакти-
ки или ремонта одной из технологических линий от-
делки проката во время эксплуатации другой; получе-
ние периодических профилей по технологии “прокат-
ка разделением”. Недостатки — нерациональное ис-
пользование оборудования на двух линиях, зависи-
мость производительности стана от существующего
оборудования, невозможность производства катанки.
В соответствии с вариантом II шлеппер для отво-
да проката с линии 500 устанавливают на холодиль-
ник линии 370 (рис. 2, II). Крупносортные раскаты
после выхода из первой клети чистовой группы
транспортируют на приемный рольганг общего холо-
дильника, для чего устанавливают передаточный
шлеппер. В этом случае необходимо увеличение дли-
ны пролета цеха.
Рис. 2. Схемы реконструкции по вариантам 1 — III, обозначения —
в тексте
Участок отделки 8 реконструируют аналогично ва-
рианту 1. Особенностью вариантов I и II является мак-
симальное высвобождение производственных площа-
дей на адъюстаже стана, в частности участка отделки
крупносортного проката за счет перевода оборудова-
ния в поток. На высвобожденных площадях можно
разместить моталки и крюковой конвейер для произ-
водства упаковочной катанки, оборудование для до-
отделки и производства проката повышенной готов-
ности. Подкат для упаковочной катанки передают при
помощи нескольких трайб-аппаратов 9 из последней
клети чистовой группы по трассе 10, состоящей из во-
доохлаждаемых труб или желобов.
Достоинства варианта II — увеличение средней
производительности стана на 2 — 3 т/ч благодаря по-
вышению пропускной способности участка отделки;
освобождение площадки на отделочном участке про-
филей крупного сечения в результате перевода обору-
дования в поток; возможность получения упаковоч-
ной катанки на бывшем участке отделки; объединение
двух технологических потоков в один. Недостатки -
необходимость удлинения пролета, прежняя пропуск-
ная способность чистовой и черновой групп клетей.
В варианте III (рис. 2, III) после второй клети об-
жимной группы установлена непрерывная группа
ГНК с расстоянием между осями клетей около 3 м.
Перед группой устанавливают гильотинные ножницы
11 для обрезки переднего конца раската, выходящего
из второй клети обжимной группы, и аварийной рез-
1SSN 0038-920Х. “Сталь № 8. 2006 г.
13
Рис. 3. Схема реконструкции по варианту IV, обозначения — в тексте
ки в случае бурения раската на непрерывной группе
или холодильнике. Участок отделки реконструируют
аналогично варианту I с той разницей, что холодиль-
ник и отделочное оборудование располагают по дру-
гую сторону относительно линии выхода раската. На
освобожденном отделочном участке устанавливают
оборудование для получения упаковочной катанки.
Достоинства варианта III — возможность получе-
ния фасонных профилей; расширение сортамента
проката; прямоточный технологический процесс;
объединение двух технологических потоков в один;
освобождение отделочного участка линии крупных
профилей; возможность получения упаковочной ка-
танки; ограничение производительности стана толь-
ко обжимной группой клетей. Недостатки - большие
затраты на реконструкцию стана по сравнению с пре-
дыдущими вариантами.
По варианту IV (рис. 3) за первой обжимной кле-
тью планируется установить непрерывную группу из
12 клетей ГНК. За подъемно-качающимся столом
(ПКС) 1 первой клети устанавливают рольганг 2, с
помощью которого раскат после пятого пропуска
транспортируют на передаточный шлеппер 3. Далее
раскат передают на рольганг 4, расположенный перед
черновой группой из четырех непрерывных клетей
(ЧГНК). Перед первой клетью ЧГНК находятся
гильотинные ножницы 13 для обрезки переднего кон-
ца раската и обрыва полосы в случае бурения ее в
группе. После четвертой клети раскат с помощью об-
водного аппарата задают в клеть 5. Между клетями 5
и 6 находятся аварийные ножницы 14 для резки рас-
ката в случае бурения на клетях 8 — 12. Из клети 6
раскат задается в клеть 7, расположенную на одной
линии с клетями 8—12 (чистовая). Профили фасон-
ные и крупного сечения прокатывают и участок отдел-
ки реконструируют аналогично варианту III. На осво-
божденном отделочном участке устанавливают обору-
дование для получения катанки.
Достоинства варианта IV следующие: использова-
ние заготовки удвоенной длины 3,5 — 3,6 м, посколь-
ку в первой обжимной клети делают пять проходов и
после четвертого длина раската позволяет разместить
его на раскатном рольганге передней стороны, при
прокатке без перекрытия пропускная способность
стана возрастает до максимальной 50 т/ч; существен-
ная экономия металла за счет уменьшения обрези
вследствие увеличения длины заготовки до 3,6 м,
улучшение раскроя на холодильнике и уменьшение
немерных длин и отходов на ножницах холодной рез-
ки; рост числа профилей с меньшим поперечным се-
чением благодаря увеличению пропусков до 17; уве-
личение массы бунта в 2 раза за счет большей массы
заготовки; возможность получения фасонных профи-
лей; освобождение отделочного участка линии 500;
изготовление катанки на бывшем участке отделки; по-
лучение сортовых профилей в бунтах. Недостатком
является удорожание реконструкции участка стана за
счет увеличения количества единиц оборудования.
В соответствии с вариантом V в линии 370 устано-
вили пятую клеть и изменили схему охлаждения круп-
носортного проката (рис. 4, а). За клетью 1 распола-
гается устройство последеформационного ускоренно-
го охлаждения проката 2 габаритной длиной 11 м,
состоящее из трех секций длиной по 3,5 м каждая.
Параллельно на платформе с поворотным механизмом
размещена секция отводящего рольганга 3 линии 370.
Поворот платформы на 30° позволяет вводить в поток
стана охлаждающее устройство или секцию рольганга
в зависимости от технологии.
За платформой на отводящем рольганге линии 370
размещены летучие ножницы 4, плоскость хода ножей
(ось реза) которых находится на расстоянии несколь-
ко более 3 м от среза выводной проводки охлаждаю-
щего устройства. При скорости прокатки 4 — 6 м/с за
время 0,7 — 1 с, необходимое для прохождения указан-
ного расстояния, поверхностный слой термомехани-
чески упрочняемого проката разогревается до 500 —
600 °C, что уменьшает контактные напряжения на
кромке ножей при резке. Четырехпозиционная стрел-
ка 5 обеспечивает перемещение проката в устройство
для отбора проб 6, на одну из двух трасс 7, на смотку
в бунты или приемный рольганг 8 холодильника 9.
Расстояние от оси реза летучих ножниц до первой
рейки холодильника составляет 16 м, что требует бо-
лее быстрого двухступенчатого сброса раската, для
которого необходимы две системы подьемно-опуска-
ющихся клапанов: первая сбрасывает раскат с роль-
ганга на опущенные клапаны второй; вторая после
уменьшения скорости раската поднимает клапаны и
сбрасывает его на приемную плиту холодильника.
Такой способ позволяет увеличить скорость транспор-
тировки по отводящему рольгангу, быстро создать
разрыв между раскатами и начать тормозить их до
приемной плиты холодильника.
Принципиальным отличием такого варианта от-
делки в потоке является новая схема охлаждения
крупносортного проката. За первой клетью линии 370
расположен отводящий рольганг 10, в конце которо-
го установлена пила горячей резки И, предназначен-
ная для отбора проб крупносортного проката. С роль-
ганга прокат длиной до 25 м перекладывают на холо-
дильник 12 крупносортной линии. Поперечная транс-
портировка может выполняться рейками или шлеппе-
ром, но они не обеспечивают требуемой прямолиней-
ности проката. Отводящий рольганг 13 холодильника
12 сопряжен с рольгангом 14 устройства для подрав-
нивания, на котором установлены два упора — стаци-
14
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
онарный /5 для остановки передних концов раскатов,
поступающих с обеих линий стана, и подъемно-опус-
кающийся 16 для остановки крупносортных раскатов.
Расстояние между холодильниками 9 и 12 составляет
2 м, что достаточно для проведения эксплуатационных
и ремонтных работ.
Отводящий рольганг 17 находится перед ролико-
правильной машиной 18, имеющей габаритную дли-
ну 4,7 м. Отводящий рольганг 79 длиной 62 м, сопря-
женный с подводящим рольгангом 20 ножниц холод-
ной резки 21, который сдвинут на 1 м. Оба рольганга
снабжены устройством для поперечной передачи па-
чек выправленного проката. После ножниц 21 распо-
лагается отводящий рольганг со сбрасывающим уст-
ройством двустороннего действия и карманами для
товарного 22 и немерного 22а проката.
Для проката, сматываемого в бунты, предусмотре-
ны две моталки 23, устройство 24 для перекладки го-
рячих бунтов на крюковой конвейер 25 и съемник 26
остывших бунтов. Общая длина линии отделки со-
ставляет 180 м, или 30 шагов колонн, что позволяет ей
разместиться в пролете цеха. Недостатком является
малое расстояние между осью летучих ножниц 4 и
началом холодильника, его можно увеличить за счет
уменьшения длины холодильника 9 и рольгангов 20 и
19 до 60 м.
По варианту VI планируется монтаж отделочного
оборудования и дополнительной, пятой клети / линии
370 без остановки стана (рис. 4, б). Крупносортный
раскат с линии 500 транспортируется на единый хо-
лодильник 9 длиной 82 м при помощи криволинейно-
го рольганга 27. За клетью установлены летучие нож-
ницы 4 и термоустановка 28. Далее размещена четы-
рехпозиционная стрелка 5, которая обеспечивает дви-
жение проката в устройство для отбора проб 6, на одну
из двух трасс для проката, сматываемого в бунты, или
на приемный рольганг 8 холодильника 9. Расстояние
от оси реза летучих ножниц до первой рейки холо-
дильника составляет 21 м, что требует применения
двухступенчатого сброса раската на приемную плиту,
как в варианте V.
Особенностью варианта VI является возможность
прокатки на стане одновременно с проведением ре-
конструкции. Предложено создание новой линии от-
делки проката в потоке стана. Ввод в эксплуатацию
может быть проведен без остановки стана.
При увеличении длины чистовых раскатов повыша-
ется производительность стана, уменьшаются расход-
ный коэффициент и доля немерных длин, повышают-
ся стойкость ножей и ресурс летучих ножниц. Масса
раскатов при длине холодильника 82 м существенно
увеличивается. Отводящий рольганг за чистовой кле-
тью расположен параллельно эксплуатируемому на рас-
стоянии 2400 мм, соосно с линией прокатки в пятой
клети. Ширина холодильника принимается максималь-
но возможной и составляет 8,2 м с учетом прохода
вдоль колонн шириной 2 м. Площадь холодильника по
варианту VI больше существующей в 1,9 раза, что ре-
шает проблему охлаждения проката до 100 °C.
Рис. 4. Схемы реконструкции по вариантам V (а) и VI (б), обозна-
чения — в тексте
Положительным моментом также представляется
возможность увеличения расстояния между холодиль-
ником и летучими ножницами до необходимой для
надежного сброса раскатов при увеличенных скорос-
тях прокатки и без удлинения здания цеха. Вариант VI
не предусматривает правку проката в потоке стана.
Отрицательным моментом является снижение произ-
водительности правки на отдельно стоящих ролико-
правильных машинах и повышение ее трудоемкости.
При условии правки только фланцевых профилей на
общей производительности стана отсутствие машин
не скажется.
Анализ варианта размещения криволинейного
рольганга за пятой клетью показал отрицательный
результат. Изгиб рольганга за устройством ускоренно-
го охлаждения отрицательно влияет на ход транспор-
тирования раската, о чем свидетельствуют результаты
его освоения на стане 350 ОЭМК. При повороте
стрелки, расположенной за охлаждающим устрой-
ством из четырех секций, в направлении моталок на-
дежно можно использовать только две первые секции.
Если работают четыре секции, то раскаты тормозятся
и не доходят до моталок, три секции — могут дойти
до моталок, но вывести из эксплуатации проводки.
ОАО ДМПЗ принят вариант VI, главным образом,
из-за того, что он не требует остановки производства.
Таким образом, реконструкция станов с линейным
расположением клетей без крупных капиталовложе-
ний позволит повысить производительность, улуч-
шить качество готовых профилей, расширить сорта-
мент (в зависимости от объемов реконструкции), при-
менить передовые технологии производства проката,
более рационально использовать производственные
площади, экономить металл и энергоносители и др.
Следовательно, проведение реконструкции — необхо-
димый шаг для обеспечения конкурентоспособности
выпускаемой продукции и выхода предприятия на
новый уровень производства.
ISSN 0038- 920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
15
УДК 621.771.25:001.891.573
Универсальная математическая модель
формоизменения металла в вытяжных калибрах
В. С. Солод,
Р. Ю. Кулагин,
Я. Е. Бейгельзимер
НПО “Доникс”
Основные дефекты сортовых профилей связаны с от-
клонениями от геометрической формы и размеров.
Уменьшить вероятность появления дефектов можно
на основе адекватного прогноза формоизменения
проката на этапе проектирования калибровки валков.
Научно обоснованный расчет формоизменения
возможен с помощью пакетов метода конечных эле-
ментов (МКЭ). Однако имеется ряд обстоятельств,
которые свидетельствуют, что их применение оказы-
вается неоправданным, например неадекватность мо-
делей деформируемого материала и трения, недоста-
точное знание граничных условий для решения теп-
ловой задачи и др. Таким образом, шансы на получе-
ние правильного результата данным методом практи-
чески такие же, как у феноменологических моделей,
основанных на экспериментальных данных. При этом
пакеты МКЭ пока чрезвычайно дороги, а длитель-
ность расчета велика.
Среди публикаций на эту тему, по мнению авторов,
можно выделить несколько работ. Например, об ана-
литической модели, позволяющей прогнозировать
изменение кривизны свободной поверхности раската
при прокатке в системе вытяжных калибров овал -
круг1. Модель базируется на предположении о том, что
максимальное уширение раската в калибре происхо-
дит по горизонтальной оси его симметрии. Кривизна
свободной поверхности раската в круглом (овальном)
калибрах изменяется по линейному закону в зависи-
мости от максимального уширения. Получена хоро-
шая сходимость экспериментальных и расчетных дан-
ных. К недостаткам модели относятся: прогнозирова-
ние кривизны свободной поверхности раската при
условии нормального заполнения калибров; описание
формоизменения овального раската только при кон-
структивном зазоре в круглом калибре. Расчет изме-
нения кривизны только бокового контура, представ-
ленного дугой окружности, не позволяет использовать
модель для расчета систем вытяжных калибров ромб
— квадрат, квадрат - овал, ящичный — ящичный и др.
В другой работе развита теория формоизменения
полосы в калибрах простой формы2. Подход базиру-
ется на том, что контур сечения исходной полосы
представляется в виде вектора, а калибр в виде опера-
тора, который преобразует этот вектор в другой, зада-
ющий сечение полосы на выходе из калибра. Компо-
нентами указанных векторов являются расстояния
последовательного ряда точек соответствующих кон-
1 Lee Y., Choi S., Kim Y. Н. Mathematical model and experimental validation
of surface profile of a workpiece in round — oval — round pass sequence //
Journal of Materials Processing Technology. 2000. No 108. P. 87 - 96 [I].
2 Эффективность деформирования сортовых профилей / С. А. Тулупов,
Г. С. Гун, В. Д. Онискив и др. — М. : Металлургия, 1990. — 280 с.
туров от оси полосы. Для определения вида операто-
ров были выполнены эксперименты на поляризаци-
онно-оптических моделях осадки, при этом условия
существенно отличались от реальных.
В рассмотренных работах форма сечения полосы
после прокатки определяется с помощью правил пре-
образования границы, которая рассматривается как
нечто целое (уравнение или вектор). Согласно терми-
нологии теории аппроксимации, такой подход являет-
ся глобальным и методы достаточно жестко связаны с
условиями задачи. В случае формоизменения полосы в
ходе прокатки глобальность метода приводит к тому,
что результаты прогноза выполняются в узком диапа-
зоне условий, например для одного вида калибров.
Результаты расчетов показывают, что методы, ос-
нованные на локальной аппроксимации, более гиб-
кие. Например, МКЭ позволяет решать задачи для
областей с произвольными границами. В связи с
этим можно предположить, что методы прогноза
формоизменения полосы, основанные на локальных
правилах преобразования ее контура, универсальнее,
чем глобальные.
Авторы предложили вариант метода, в котором
контур сечения полосы представлен в виде массива
точек и установлены некоторые правила, задающие
скорость смещения каждой точки в зависимости от
места ее расположения в данный момент. Пока пра-
вила сформулированы лишь для вытяжных калибров.
На рис. 1 показан очаг деформации при прокатку
полосы в системе калибров овал — круг. Контур ссче-
ния полосы задан параметрически. Рассматривали
случай, когда луч, проведенный из начала координат,
пересекает контур полосы лишь в одной точке и в
качестве параметра принят полярный угол луча ср. Па-
раметрическое уравнение имеет вид:
у = r((p)cos<p; z = r(<p)sin<p,	(1)
где /<ф) — радиус-вектор точки на контуре.
Приняли, что на контуре поперечного сечения
исходной полосы находится А точек (~ 100) со следу-
ющими координатами:
У/ = A4>z)cos<p;.; Zj = A(Pz)sin(pz.,	(2)
где q>;. = 2ni/N, i = 0, ..., N - 1.
Сформулировали правила перемещения точек в
очаге деформации. Правило поперечного “прилипа-
ния” (экспериментально обосновано в работах Т. Ше-
парда и Д. Райта) — материальная точка, находящаяся
на поверхности полосы, которая движется в очаге де-
формации, после попадания на поверхность калибра
перемещается вместе с его соответствующей точкой.
Правило монотонного убывания по высоте скоро-
сти поперечного перемещения точек контура полосы
16
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. №> 8. 2006 г.
Рис. 1. Схема очага деформации при прокатке овального раската в
круглом калибре (расположение ручьев калибра соответствует ко-
ординате х ): а — поперечное сечение; б — вид сверху; обозначения
- в тексте
— материальные точки, находящиеся на свободной
поверхности полосы и не контактирующие с калиб-
ром, помимо основного продольного движения пере-
мещаются по оси у со скоростью, монотонно убыва-
ющей по оси z от максимальной при z = 0 до нулевой
на поверхности калибра.
На практике в горизонтальной плоскости симмет-
рии поверхность полосы гладкая, какой бы ни была
боковая кромка подката. Функция поперечного пере-
мещения, удовлетворяющая указанным граничным
условиям, имеет вид:
^=u^l-(z/Z(x,yi))'’],	(3)
где иу0 = [dy0(x)/dx]dx — перемещение точки, нахо-
дящейся на горизонтальной оси симметрии сечения
(/ = 0); хр у. Zj— координаты этой точки в данный
момент времени; Z(x;, у.) — уравнение поверхности
валка; п > 1 — корректирующий коэффициент.
Уравнение контура свободной поверхности на го-
ризонтальной оси симметрии сечения задано в виде:
у0(х) = Ь0/2 + [(/> - />0)/4] [ 1 + cos(7tx/ij], (4)
где Ьо и Ь — начальная и конечная ширина полосы;
Ld — длина очага деформации. Сопоставление расче-
тов по предложенной модели с экспериментом пока-
зало, что наилучшие результаты соответствуют п = 3.
Уравнение (4) определяет траекторию движения
точки, гладко стыкующуюся с передним и задним
концами полосы. Возможны и другие уравнения,
Рис. 2. Фактические (/) и рассчитанные по предложенной (2) и
рассмотренной (5) моделям формы кромок полос после прохода в
овальном (а — в) и круглом (г — е) калибрах: а — зазор по буртам
2,5 мм; б — 6,5 мм; в — 10,5 мм; 4— контур калибров
удовлетворяющие указанному требованию, но опыт
показывает, что соотношение (4) достаточно хорошо
соответствует эксперименту для вытяжных калибров.
Для подтверждения достоверности предлагаемой
модели использовали экспериментальные данные.
На рис. 2 показаны контуры свободной поверхнос-
ти раската, полученные экспериментально и рас-
считанные по предлагаемой и рассмотренной в ра-
боте [1] моделям. При расчете радиуса кривизны
свободной поверхности по рассмотренной модели и
формоизменения поверхности по предлагаемой ко-
нечную ширину профиля приняли равной экспери-
ментальной. Из рис. 2 следует, что контуры, рассчи-
танные по обеим моделям, достаточно хорошо со-
ответствуют данным эксперимента. Полученные
данные приведены для прокатки круглой заготовки
диам. 60 мм в овальном калибре при зазоре по бур-
там 2,5, 6,5 и 10,5 мм. Далее полосу прокатывали в
круглом калибре диам. 47,5 мм. На рис. 2, е пока-
зан случай, когда ширина готового профиля превы-
шает “конструктивную” ширину круглого калибра,
что находится за пределами применимости рассмот-
ренной модели.
Для проверки эффективности предложенной моде-
ли сравнили экспериментальные и рассчитанные пло-
щади сечений профилей, которые определяли путем
численного интегрирования координат, соответствую-
щих линиям контуров раската для случаев, показан-
ных на рис. 2. Получили следующие расчетные значе-
ния площадей поперечного сечения овальных и круг-
лых раскатов (слева и справа от косой черты — для
рассмотренной [1] и предлагаемой моделей соответ-
ственно, в скобках — отклонения расчетных значений
от фактических):
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
17
Рис. 3. Сопоставление экспериментальных и рассчитанных по пред-
ложенной модели площадей (F) поперечного сечения (F — факти-
ческая площадь)
Позиция	Фактическая площадь, мм2	Расчетные значения, мм2 (%)
а	1826	1829 (0,2)/1821 (-0,3)
б	2066	2072 (0,3)/2060 (-0,3)
в	2274	2286 (0,5)/2271 (-0,1)
г	1491	1518 (1,8)/1502 (0,7)
д	1664	1681 (1,0)/1670 (0,4)
е	.1793	-/1792 (-0,1)
Представленные результаты показали высокую
точность расчета формоизменения свободной
поверхности по предлагаемой модели. Достоверность
этой модели определяли также для случаев, когда
зазор в круглом калибре отличается от конструктив-
ного и рассмотренная модель неприменима. Для это-
го на проволочном стане 150 отбирали образцы диам.
5,66 мм после прокатки в круглом калибре и измеря-
ли зазоры валков. Образцы отбирали в разные пери-
оды времени, поэтому получен достаточно широкий
диапазон данных. Это дало возможность оценить до-
стоверность разработанной математической модели
для разных условий прокатки. Поперечное сечение
образцов после шлифования сканировали и затем оп-
ределяли соответствующие площади сечения. Резуль-
таты сравнения (рис. 3) показали высокую сходи-
мость экспериментальных и расчетных (коэффици-
ент корреляции 0,98) данных.
Заключение
Предложена модель расчета формоизменения свобод-
ной поверхности раската при прокатке в системах
вытяжных калибров, в основу которой положены пра-
вила поперечного “прилипания” и распределения
уширения по высоте. Ее достоверность подтверждена
путем визуального сравнения кривизны свободной
поверхности раската, рассчитанной по новой модели
и определенной из экспериментальных данных. По-
грешность расчета площадей поперечного сечения
овальных и круглых раскатов не превышает 1 %.
Разработанную модель целесообразно использо-
вать при расчете формоизменения свободной поверх-
ности раската в вытяжных системах калибров, по-
скольку она по сравнению с существующими позво-
ляет более точно определить форму и площадь гори-
зонтальной проекции линии контакта полосы с вал-
ком, которую используют при расчете силовых пара-
метров прокатки. Данная математическая модель яв-
ляется базой, на основе которой в НПО “Доникс” раз-
рабатывается интерактивная система автоматизиро-
ванного анализа, проектирования и оптимизации тех-
нологии сортовой прокатки.
УДК 621.771.23:621.771.06-71:65.011
Комплексное программное обеспечение
АСУ контролируемого охлаждения
листового проката
Э. Е. Бейгельзимер,
А. Л. Остапенко,
А. В. Кузьмин, Д. А. Козленко
НПО “Доникс”
Для получения высоких механических свойств полос
станы горячей прокатки оснащают установками кон-
тролируемого водяного охлаждения (УКО). В линиях
толстолистовых и полосовых станов наибольшее рас-
пространение получили установки ламинарного типа.
Основная задача УКО состоит в охлаждении проката
с заданной скоростью до требуемой температуры без
коробления.
Авторы статьи предлагают концепцию автоматичес-
кого управления процессом охлаждения и его базовое
математическое обеспечение1, которые были реализо-
ваны в 2001 г. при реконструкций системы ламинарно-
го охлаждения полос на отводящем рольганге стана
1 Разработано в ДонНИИчермете.
1700 ОАО “Испат-Кармет” (ныне АО “Миттал Стил
Темиртау”). В настоящее время эта система находится
в эксплуатации и позволяет поддерживать на 95 % дли-
ны полос толщиной до 4 мм заданную температуру
смотки с отклонением ± 10 °C, более 4 мм — ± 15 °C.
В результате в 2002 — 2003 гг. по сравнению с 2000 г. (до
реконструкции) выход годного по механическим свой-
ствам увеличился с 97,1 до 98,9 % и существенно по-
высилась их стабильность2.
Сущность предложенной концепции состоит в
том, что задание на регулировку клапанов секций ох-
лаждения в процессе движения раската выбирается из
2 Иванцов О. В., Каскин Б. К., Васькин А. М. и др. Стабилизация меха-
нических свойств проката после реконструкции системы ламинарно-
го охлаждения НШПС 1700 // Металлург. 2005. № 2. С. 42 — 44.
18
ISSN0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
таблицы, называемой “базовой матрицей”. Эта табли-
ца содержит сведения по настройке клапанов для всех
возможных в данной партии сочетаний трех парамет-
ров: температуры начала охлаждения, скорости движе-
ния металла и отклонения температуры конца охлаж-
дения от требуемой. Управляющему контроллеру при
охлаждении каждого сечения раската достаточно выб-
рать из этой таблицы нужную ячейку. Для начальной
настройки системы охлаждения также выбирается
ячейка, отвечающая технологическому регламенту. В
ходе процесса фактические показатели датчиков тех-
нологического контроля корректируют. Таким обра-
зом, при изменении перечисленных параметров про-
грамма управляющего контроллера переходит от од-
ной ячейки матрицы к другой. Базовая матрица рас-
считывается в отдельном компьютере и передается в
контроллер до начала прокатки партии. Предложен-
ная концепция исключает необходимость расчета кор-
ректирующих воздействий в самом контроллере по
ходу движения раската и обеспечивает наиболее быс-
трую реакцию системы управления на возмущения и
отклонения технологических параметров.
На основе этой концепции в НПО “Доникс” в
2005 г. создан пакет программ для АСУ УКО толсто-
листового проката. Он включает пять основных про-
грамм: расчета базовой матрицы, визуализации, сле-
жения за движением раската под УКО, управления
клапанами секций, адаптации расчетной модели. Что-
бы обеспечить возможность совмещения пакета про-
грамм с УКО произвольной конфигурации, суще-
ственно усовершенствовали математическую модель
охлаждения по сравнению с вариантом, реализован-
ным на стане 1700. Программы расчета базовой мат-
рицы и адаптации модели реализованы в среде
Delphi 7. Программа визуализации разработана с ис-
пользованием пакета Wonderware® in Touch®.
Для проверки и предварительной отладки создан-
ного программного обеспечения в НПО “Доникс”
разработали имитационную модель АСУ УКО, позво-
ляющую наблюдать за процессом охлаждения в реаль-
ном времени. В качестве основных исходных данных
служат: схема расположения оборудования и прибо-
ров контроля; номинальные параметры УКО (допус-
тимые расходы воды по секциям и др.); инерционные
характеристики установки охлаждения; фактическое
состояние УКО (номера неработоспособных секций и
гидросдувов); программа загрузки стана на расчетный
период времени с указанием для каждой партии чис-
ла листов, их номинальных размеров и марки стали;
технологический регламент температуры начала охлаж-
дения и скорости движения раската для разного сорта-
мента; требуемая температура конца охлаждения в дан-
ной партии; стратегия охлаждения данной партии (ран-
няя, поздняя или равномерная); фактические темпера-
тура начала охлаждения и скорость раската; темпера-
тура охлаждающей воды; фактический объем воды в
баках. Выходными данными являются: номера вклю-
ченных секций охлаждения, расход воды по секциям,
моменты включения и выключения секций.
В состав имитационной модели включена также
дополнительная программа, моделирующая данные,
которые на реальном объекте поступают от смежных
АСУ, датчиков технологического контроля, исполни-
тельных органов и др. Структурно-имитационная
модель разделена на три блока (рис. 1), соответству-
ющие их распределению в составе реальной АСУ:
расчетный модуль, выполняющий функции систем-
ного компьютера по базовой матрице, адаптации рас-
четной модели, архивацию данных и др.; блок моде-
лирующих программ, выполняющий функции кон-
троллера по слежению за положением раската, управ-
лению клапанами секций, а также по обмену данны-
ми с другими АСУ, с датчиками технологического
контроля и др.; блок визуализации (на рабочем мес-
те оператора).
Если АСУ УКО является двухуровневой структу-
рой, то блок моделирующих программ представляет
собой нижний уровень, на котором реализуются
функции измерения, контроля, промежуточной обра-
ботки и управления по заданиям верхнего уровня или
оператора УКО. Дополнительная программа реализу-
ет функции смежных АСУ стана, не входящих в состав
АСУ УКО. Верхний уровень представляют расчетный
модуль, в котором считываются задания для нижнего
уровня и хранится информация, и программа визуа-
лизации, в которой отображается информация для
обслуживающего персонала.
Расчетный модуль предназначен для расчета режи-
мов охлаждения, сведенных в базовую матрицу, и
адаптационных поправок. В штатном режиме работы
расчет базовой матрицы начинается в момент прохо-
да последнего раската предыдущей партии под пиро-
метром (к этому моменту уже получены данные о па-
раметрах новой партии). Кроме того, модуль автома-
тически запускается при изменении хотя бы одного
(любого) из перечисленных параметров: номера нера-
ботоспособных клапанов охлаждения и установок сду-
ва воды; стратегии охлаждения; величины межпарти-
онной поправки температуры начала охлаждения, вво-
димой оператором; номера, режимы использования и
доли расхода воды в выделенных секциях; доли рас-
хода воды в верхних секциях; диапазонов расхода
воды; температуры охлаждающей воды и воздуха;
внутрипартионной адаптационной поправки темпера-
туры начала охлаждения, рассчитанной в модуле адап-
тации. Также возможно начало расчета по команде
оператора (из программы визуализации). По оконча-
нии расчета результаты в виде базовой матрицы пере-
даются в моделирующую программу.
Моделирующая программа реализует несколько
функций: работу смежных АСУ, формирующих исход-
ные данные для расчета режимов охлаждения; работу
программируемого контроллера (включающего стан-
ции распределенного ввода — вывода), предназначен-
ного для обработки входных сигналов, диагностики,
управления исполнительными механизмами, обмена
данными с элементами АСУ УКО и смежными систе-
мами; работу датчиков технологического процесса,
ISSN 0038-920Х. “Сталь ". № 8. 2006 г.
19
Компьютер 1
Windows ХР
Прсирамма визуализации
j 1, Визуализация процесса охлаждения
। 2. Построение и запоминание диаграмм и других данных
3.	Ввод исходных данных оператором
{ 4 Управление процессом охлаждения (выбор режимов, перерасчет и др.)
i 5, Сервисные и тестовые функции
! 6. Обмен данными
__Lj_______
( Моделирующая программа
1,САПП и другие АСУ стана '
2	.Датчики техпроцесса !
3	.Исполнительные органы
4	.Работа контроллера
5	Обмен данными
данные 3
данные 4
I
1
Расчетная программа
р.Расчет матрицы
{ 2.Формирование исходных данных
3	.Управление расчетом матрицы
4	.Расчет адаптационной поправки
б.Обмен данными
!
I
Рис. 1. Структурная схема имитационной модели
которые являются входными или выходными сигна-
лами для модели в целом; работу исполнительных
органов (отработка заданного расхода воды для каж-
дой секции); обмен данными с программами визуали-
зации и расчетной.
Все функции программы выполняются параллель-
но. Данные о работе смежных АСУ (температура на-
чала и конца охлаждения, скорость конца прокатки и
рольганга УКО, марочный сортамент и др.) формиру-
ются циклически с первого до последнего раската от
первой до последней партии. При необходимости
можно формировать данные начиная с любой партии,
заложенной в программу. Перед началом прокатки
новой партии данные автоматически передаются в
расчетную программу. Если партия не первая, то дан-
ные передаются после выхода последнего раската пре-
дыдущей партии. Они используются для визуализации
и в качестве исходных при расчете режимов охлажде-
ния для каждого раската. Кроме того, программа мо-
делирует изменение оперативных данных технологи-
ческого процесса (фактические значения скоростей
конца прокатки и рольганга УКО, данные пирометров
и фотоголовок, установленных в линии, и др.). Эти
данные являются исходными для работы модели кон-
троллера и других программ.
Интерфейс моделирующей программы состоит из
нескольких окон. Из главного окна (рис. 2) идет управ-
ление работой и вызов вспомогательных окон. В нем
расположены характеризующие работу программы
окна, а также графическое изображение участка УКО.
Окно “Данные из САПП” отображает работу мо-
делирующей программы в смежных АСУ, “Промежу-
точные данные” — управляющего контроллера при
слежении за перемещением раската, учете прокатан-
ных раскатов, работе с расчетными режимами охлаж-
дения. В окнах “Передается в программу визуализа-
ции” и “Принимается от программы визуализации”
отображается обмен данными. В верхней части интер-
фейсного окна расположены пункты (Файл, САПП,
Дополнительно) и кнопки меню моделирующей про-
граммы. При выборе пункта меню можно вызвать
окна, в которых представлены: поплавочные данные
раскатов; результаты расчета математической модели;
состав данных, участвующих в обмене между програм-
мами; данные о движении раската вдоль технологи-
ческой линии.
Длина раската условно делится на дискретные от-
резки, которые имеют одинаковую длину, кратную
шагу секций охлаждения. Длина последнего отрезка
может изменяться. Программа отслеживает положе-
ние каждого отрезка на рольганге и собирает данные
технологического контроля (температуру конца про-
катки, начала и конца охлаждения, скорость раската),
по которым рассчитываются ключи к базовой матри-
це и выбирается ячейка, соответствующая этим клю-
чам. Из нее извлекается информация о том, какие
клапаны и с каким расходом должны быть открыты
для охлаждения данного отрезка раската. Моменты
включения и выключения соответствующих клапанов
определяют в зависимости от текущего положения
данного отрезка на рольганге и заданной инерцион-'
ности системы подачи воды.
Таким образом, по мере входа раската в УКО про-
исходит перемещение от одной ячейки базовой мат-
рицы к другой в зависимости от фактических значе-
ний температуры начала охлаждения и скорости дан-
ного отрезка. Подобным образом корректируют пода-
чу воды при отклонении от заданной температуры
конца охлаждения. Если отклонения фактических
значений параметров от средних в'базовой матрице
20
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
|fla
T олщина листа заданная, ми
Ширина листа заданная, мм
Длина листа заданная, мм
Масса.т
IНомер плавки
I Номер партии
(Марка стали
। Признак марки стали
। Код назначения партии
। К оличество р-зскэтов в партии
[ Минимальная температура конца прокатки
| Максимальная температура к ониа прокатки
। Минимальная температура начала охлаждения
I Максимальная температура начала охлаждения 85С
11 аппаратура конца охлаждения	570
(Минимальная скорость охлаждения м/сек	O.jc
[Максимальная скорость охлаждения, м/се»	1.0г
члпржкь на включение осек ьои мсет
аи р м з на выключение Осек ЗООмсек
t m 1м1з>едения	26®	п
зкцин ширины охлаждения 111111(1	п
W.UHM гидросдуьа	10 1011107 ОНП СП 1	’{
dZj Ч’К pi c'n£'rJ	11 GOW Л	!1111	0.
.i/jji/jei ijjw 1ЯВ1 sr/fi: uaa
л бремя раската после прокатки
03Г2*Т
(Номер пезьки
Номер аавптациониого участка
Номер строки в матрице
Расход веды
Передается в ПО визуализации
1! 0 ераметр
Скорость конца прокате «<
Скорость правки
Температура оял. воды
Температура воздцха
Признак наче<м/кон1
] -значение! ।
jp.93
a .99
Рис. 2. Главное окно моделирующей программы
слишком велики, то матрица заново пересчитывается
и возвращается в моделирующую программу. Для
оценки указанных отклонений расчетная программа
получает из моделирующей программы фактические
значения технологических параметров адаптационно-
го участка, который расположен на заданном опера-
тором расстоянии от переднего конца раската.
Начальная настройка проводится по прогнозируе-
мым значениям параметров, коррекция — по возму-
щениям или отклонению от заданной температуры
конца охлаждения. В обоих случаях работа моделиру-
ющей программы сводится к перемещению по ячей-
кам базовой матрицы. Для первого, второго и третье-
го раскатов в партии начальную настройку выполня-
ют по средней заданной температуре начала охлажде-
ния, скорости рольганга УКО и температуре конца
охлаждения; для четвертого и последующих — по сред-
нему значению этих параметров на адаптационных
участках предыдущих раскатов.
Коррекция температуры начала охлаждения начина-
ется после прохождения первого сигнала с соответству-
ющего датчика. С этого момента каждому отрезку рас-
ката присваивается соответствующее значение темпера-
туры. Отрезок отслеживается по всей длине установки
таким образом, чтобы он проходил секции и имел тем-
пературу начала охлаждения, зафиксированные в ячей-
ке базовой матрицы. Скорость раската в УКО коррек-
тируется по фактическому значению, полученному с
соответствующего датчика. Температуру конца охлаж-
дения корректируют в момент получения значения на
адаптационном участке раската, а в ячейке матрицы она
определяется как сумма заданного значения и адапта-
ционной поправки.
Блок визуализации представляет собой программу,
благодаря которой оператор непосредственно управля-
ет УКО и выполняет следующие основные функции:
визуализацию процесса охлаждения (перемещение
раската, включение — выключение секций и др.); ото-
бражение данных, характеризующих технологический
процесс (температура, расход воды и др.); ввод необ-
ходимых исходных данных (номера неработоспособ-
ных секций, величины пропуска передних и задних
концов и др.); управление процессом охлаждения (вы-
бор режима работы, перерасчет режимов охлаждения
и др.); сервисные и тестовые функции (просмотр ар-
хивных данных, работа в тестовом и ручном режимах
и др.); обмен данными с другими программами.
Программа визуализации состоит из окна “Меню”
и восьми основных окон: F1 — Главное (рис. 3), F2 —
УКО, F3 — Настройка, F4 — Управление, F5 — Трен-
ды, F6 — Сервис, F7 — Архив, F8 — Наладка.
Переключение между окнами выполняется нажа-
тием кнопки с именем окна или клавиш Fl — F8. Из
каждого основного окна возможен вызов дополни-
тельных. В окне “Меню” имеются: функциональные
клавиши для выбора активных окон; изображение
верхних и нижних секций УКО и установки гидросду-
ва, а также их состояния; данные о параметрах плав-
ки, которая находится в линии УКО (номер, марка
стали, размеры, число слитков в текущей партии и
номер раската); текущий режим работы АСУ УКО;
данные о дате и времени; данные о расчете базовой
матрицы охлаждения (время последнего и индикация
текущего расчетов); кнопка запуска и остановки мо-
делирующей и расчетной программ.
В окне “F1 — Главное” схематично отображены
участок от оси чистовой клети до оси пирометра, из-
меряющего температуру конца охлаждения, положе-
ние раската в текущий момент времени, работа сек-
ций охлаждения, а также другие данные, характеризу-
/88 N 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
21
Fne y<yc JpecA
F2 - УКО j~ F3 - |НастройкгГ'|1^^	F7 •Apxwa
р4омер плавки^
j Марка стали j

j (Останов моделиj; /b% |j~ IO..tk:A>b.
! !““TZTZTT^T
“лзмеры
за г^щйим] i!
TiFK'I'SSSQiiJES® Si f
i^flb Oi,Mf III ini ЛРДНИИ put 4t‘1 мгнряцы
Рис. 3. Окна программы визуализации Меню и FI — Главное
ющие работу АСУ УКО и технологический процесс:
ширина охлаждения; величина пропуска переднего и
заднего концов; поправка температуры конца охлаж-
дения общая (введенная оператором) и внутри партии
(рассчитанная программой); стратегия охлаждения;
регламентные (заданные) и фактические температуры
начала и конца охлаждения; текущий и общий расхо-
ды воды на раскат по всем секциям; температура воз-
духа и охлаждающей воды; скорость рольганга УКО;
объем воды в баках; текущие температуры конца про-
катки, начала и конца охлаждения (в случае нахожде-
ния раската под соответствующим пирометром).
В окно “F2 — УКО” поступают данные с пиромет-
ров, измеряющих температуру от начала до конца ох-
лаждения, в нем подробно отражена работа секций.
Для ввода настроечных данных предназначено окно
“F3 — Настройка”, из которого оператор вводит пара-
метры работы АСУ УКО. Функционально оно разделе-
но на две части: с общим и ограниченным (через па-
роль) доступом к изменению данных. Без ограничения
оператор может выбрать или задать: рабочие (зеленый
цвет) и нерабочие секции и установки гидросдува; вы-
деленные секции (синий цвет); стратегию охлаждения
(раннее, позднее, равномерное, прерванное); величи-
ну пропуска переднего и заднего концов; режим рабо-
ты выделенных секций (использовать или нет); общую
поправку температуры конца охлаждения. С ограниче-
нием: величину неохлаждаемых боковых участков; па-
раметры парности включения секций (исключитель-
ная, высокая или низкая); стратегию в рамках высше-
го и низшего приоритетов (раньше, позже, равномер-
но, максимальный расход); расположение адаптацион-
ного участка от начала раската; задержки на включение
и выключение секций (для учета сопровождения рас-
ката моделирующей программой); минимальные и мак-
симальные диапазоны расхода воды в секциях по уча-
сткам УКО; долю расхода воды на выделенные и верх-
ние секции; а также разрешить или запретить расчет
внутрипартионной адаптационной поправки темпера-
туры конца охлаждения.
При помощи окна “F4 — Управление” оператор
имеет возможность выбрать режим работы (автомати-
ческий, полуавтоматический, ручной, без охлаждения,
тест) и настроить данные для них. В окне “F5 — Трен-
ды” расположены тренды, на которых зафиксирова-
ны кривые изменения температур начала и конца ох-
лаждения (заданные и фактические), а также текущие
и общие расходы воды. Окно “F6 — Сервис” позволя-
ет просмотреть результаты работы расчетной програм-
мы. В окне “F7 — Архив” находятся данные о режиме
охлаждения каждого раската и протокол работы АСУ
УКО. Окно “F8 — Наладка” предназначено для ком-
плексной наладки имитационной модели АСУ УКО,
в нем приведены все данные, которыми программы
обмениваются между собой.
Заключение
В НПО “Доникс” разработано комплексное про-
граммное обеспечение систем автоматического управ-
ления ламинарными установками контролируемого
охлаждения на толстолистовых и полосовых станах
горячей прокатки. Предлагаемый пакет программ
может быть принят за основу при внедрении АСУ
практически любой ламинарной установки. Для про-
верки и отладки программного обеспечения создана
имитационная модель системы управления УКО, ра-
ботающая в реальном режиме времени.
22
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
УДК 621.771.22:65.011.56
Опыт автоматизации прокатного производства
ОАО "Запорожсталь"
А. В. Светличный
НПО “Доникс”
В обжимном цехе ОАО “Запорожсталь” эксплуатиру-
ются нагревательные колодцы регенеративного типа,
которые считались непригодными для автоматизации.
Между тем именно в колодцах закладывается необхо-
димое при транзитной прокатке (без подогрева слябов
в методических печах) теплосодержание слитков. В
условиях, когда ритм прокатки задается листовым
станом и возникают задержки выдачи плавок, прихо-
дилось балансировать между недостаточным прогре-
вом слитков и перегревом металла, сопровождающим-
ся такими дефектами, как плена и вскрытие подкор-
ковых пузырей.
Перед технологами и автоматчиками НПО “До-
никс” была поставлена задача разработать режим на-
грева металла за заданное время с возможностью от-
срочки выдачи слитка, минимизацией расхода топли-
ва и потерь металла в окалину, а также автоматизиро-
вать режим, исключив вмешательство нагревальщиков.
После трехлетней работы, которая была связана с по-
этапным выводом групп колодцев из эксплуатации в
ремонт, поставленная задача была успешно решена.
Теперь после посадки слитков в колодцы в качестве
исходных данных в систему автоматизированного уп-
равления нагревом вводят информацию о типе слит-
ка, времени, прошедшем после разливки металла, и
заданном времени выдачи. Выбор режима нагрева,
управления подачей газа, соотношением газа и возду-
ха, давлением в рабочем пространстве осуществляет
автоматизированная система управления нагревом.
Все параметры нагрева и действия персонала прото-
колируются и передаются в общезаводскую АСУП. В
результате практически исключен брак по нагреву,
уменьшен расход условного топлива на 10 — 11 кг/т,
улучшена равномерность нагрева слитков по высоте и
сечению независимо от их расположения в колодце.
В результате опровергнуто мнение о невозможности
автоматического управления работой регенеративных
колодцев и обеспечения хорошего качества нагрева.
Параллельно специалисты отдела автоматизации
решили задачу повышения эксплуатационной надеж-
ности электрооборудования слябинга, в частности
редуктора, с исключением перегрузки двигателя вер-
тикальной клети. С применением современной реги-
стрирующей техники была разработана математичес-
кая модель взаимодействия системы электроприводы
- прокатываемый металл. С помощью этой модели
выбрали оптимальные скоростные режимы электро-
приводов при захвате раскатов, а также при совмест-
ной и индивидуальной работе привода при прямом и
реверсивном направлениях прокатки. Режимы были
реализованы с использованием современных цифро-
вых средств управления. Параллельно с управлением
нагревом в колодцах регистрируются параметры рабо-
ты оборудования. Накопленный материал об энерго-
затратах на деформацию раската был тщательно про-
анализирован вместе с данными о температуре метал-
ла за четвертой клетью листового стана и статистикой
о направлении слябов на транзитную прокатку. Ока-
залось, что повышенный уровень энергозатрат вызван
недостоверной информацией о температуре поверхно-
сти раската, полученной по показаниям оптических
пирометров. В результате на дополнительный нагрев
направляли слябы с достаточно высокой энтальпией.
Причина этого связана с жесткими санкциями в слу-
чае поступления на листовой стан слябов с низкой
энтальпией.
Для исключения подобных случаев и сокращения
расхода топлива на подогрев слябов в методических
печах предложено в качестве критерия направления на
транзитную прокатку использовать энергозатраты на
деформацию слитка в клетях слябинга. Для обоснова-
ния правильности выбора этого показателя был накоп-
лен и обработан статистический материал по трем ос-
новным типам слитков и группам сталей. На его осно-
вании сформулирован критерий отсортировки слябов
для транзитной прокатки, применение которого обес-
печило дальнейшее сокращение расхода топлива.
Сотрудники НПО “Доникс” занимались также
оптимизацией раскроя раскатов. Длину обрези перед-
него конца в соответствии с технологической инструк-
цией определяли как долю общей длины раската, по-
лученного из слитка данной стали. Так как масса ме-
талла в изложницах является нестабильным парамет-
ром, имеющим тенденцию к увеличению по мере раз-
гара, то при резке ориентировались, как правило, на
максимальное значение длины раската, поэтому тон-
ны годного металла отправлялись в обрезь и далее на
переплавку. Для устранения этих потерь была разра-
ботана и внедрена информационная система резчика
(ИСР), реализующая рациональный план раскроя и
измерения длины слябов до и после резки. Благодаря
достоверной информации о требуемой длине обрези
и вспомогательным средствам для обеспечения точ-
ной резки экономия металла составила 2-4 кг/т про-
катанных слябов.
Размер прокатываемого раската раньше определя-
ли в цехе косвенным способом: по показаниям датчи-
ков, кинематически связанных с нажимными устрой-
ствами вертикальной и горизонтальной клетей. При
износе валков и увеличении люфтов в кинематичес-
кой передаче возникали случаи выдачи слябов с раз-
мерами, выходящими за пределы технологических
допусков, хотя показания лимбов соответствовали
инструкции.
В НПО “Доникс” разработаны, изготовлены и
внедрены в эксплуатацию собственные бесконтакт-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
23
ные измерители (СБИ) размеров слябов. Одной из
самых сложных задач оказалось обеспечение рабо-
тоспособности оптико-электронных устройств в тя-
желых условиях эксплуатации. Трехлетний опыт ра-
боты системы измерения геометрии сляба с точнос-
тью ± 2 мм при ширине до 1600 мм и ± 1,5 мм при
толщине до 200 мм подтвердил правильность приня-
тых решений. Отклонение расчетной массы от изме-
ренной с помощью весов составляет менее 1 %. Та-
ким образом, системы измерения размеров горячего
металла в линии слябинга позволяют проконтроли-
ровать точность их соблюдения и организовать учет
массы прокатанного металла.
Все рассмотренные системы объединили в единую
систему сопровождения технологического процесса
прокатки в линии слябинг — стан 1680. Для каждого
сляба формируется паспорт, включающий температур-
ный и временной режимы нагрева, энергосиловые,
кинематические и геометрические параметры процес-
са прокатки на слябинге, а также режимы прохожде-
ния черновой группы клетей стана 1680. В результате
заметно ужесточилась технологическая дисциплина,
улучшилось качество листа и сократился расход газа
и электроэнергии.
Анализ информации о размерах раската выявил
разноширинность и разнотолщинность слябов по дли-
не, что обусловливает увеличение боковой обрези.
Специалисты НПО “Доникс” разработали режимы с
коррекцией обжатий для уменьшения разноширинно-
сти слябов, которые пока не реализованы из-за руч-
ного управления нажимными устройствами. Для ав-
томатической установки требуемых растворов валков
слябинга разработана специальная система, которая в
настоящее время проходит наладку.
На основе приведенного примера можно сформу-
лировать основные подходы к работе: определяется
участок, меры по совершенствованию работы которо-
го дают наибольший эффект; разрабатываются техно-
логические режимы (нагрева, прокатки и др.); созда-
ются автоматизированные системы управления для их
реализации и проводится накопление статистических
данных. Полученная информация служит основой для
определения направления последующего совершен-
ствования технологии и автоматизации до достижения
предельных технических и экономических показате-
лей производства. Эти работы проводятся за счет
средств НПО “Доникс”. Металлургическое предпри-
ятие при необходимости обеспечивает модернизацию
основного технологического и электрического обору-
дования. Так, в ОАО “Запорожсталь” привод верти-
кальной клети слябинга был заменен многодвигатель-
ной системой. После этого сотрудники НПО “До-
никс” внесли изменения в систему управления скоро-
стными режимами слябинга. Системы управления в
прокатных цехах выполнены на базе промышленных
контроллеров, совместимых с персональными компь-
ютерами, с использованием промышленной системы
реального времени QNX.
Уважаемые читатели!
Принимается подписка через редакцию на 2007 г. начиная с любого номера.
Цена одного экземпляра — 650 руб. (без учета НДС и пересылки).
Организациям и предприятиям, оформившим подписку в количестве от 10 экз.,
предоставляется скидка в размере 10 %.
Наши банковские реквизиты:
ООО “Интермет Инжиниринг”, КПП 771001001, ИНН 7706027649,
расчетный счет 40702810738040102884 в Тверском ОСБ № 7982 СБ РФ г. Москвы,
БИК 044525225, кор/сч. 30101810400000000225.
В назначении платежа следует указать: “за подписку на журнал “Сталь”
на 2007 г.”, адрес, почтовый индекс и Ф.И.О. ответственного на предприятии.
Адрес редакции:	?
127006, Москва, Старопименовский пер., д. 8, стр. 1 — 1А.
Редакция журнала “Сталь” (ООО “Интермет Инжиниринг”).
Тел.: (495)755-90-39; 299-97-85; факс: (495)755-90-40.
E-mail: stal@imet.ru
Подписные индексы 70877, 79259, 82709 (годовая подписка)
24
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 622.785
Прогнозирование влияния состояния
агломерационного оборудования
на показатели технологического процесса
Д. Н. Доронин, Б. Б. Зобнин,
А. В. Основин
ООО “Уралмаш —
Металлургическое оборудование”,
Уральский государственный
горный университет
Эксплуатационная надежность в числе прочих факторов
определяется степенью износа оборудования в процес-
се эксплуатации. С течением времени увеличиваются
эксплуатационные затраты, снижается уровень допусти-
мой нагрузки на оборудование и ухудшаются техноло-
гические показатели. В соответствии с международным
стандартом на систему управления качеством продукции
ИСО 9004 в жизненном цикле оборудования существу-
ют три периода: монтаж и пуск, собственно эксплуата-
ция и утилизация машины после использования.
Общая задача управления процессом эксплуатации
заключается в том, чтобы эффективно контролировать
весь жизненный цикл оборудования, в частности при
заданном состоянии его элементов определить такие
ремонтные операции, выполнение которых в заданном
интервале времени обеспечивает противодействие внеш-
ним и внутренним дестабилизирующим факторам.
Эффективная организация жизненного цикла обо-
рудования на стадии эксплуатации требует создания
интегрированной логистической системы, включая
заказ и поставку комплектующих и материалов, диаг-
ностику состояния, организацию обслуживания и ре-
монта, подготовку и сопровождение электронной эк-
сплуатационной документации.
К сожалению, большинство машиностроительных
компаний сегодня не участвуют или почти не участву-
ют в сопровождении поставленного оборудования,
т. е. не влияют на сохранение надежности оборудова-
ния в процессе эксплуатации. Сопровождение пред-
полагает, что предприятие-изготовитель принимает на
себя функции мониторинга эксплуатационной надеж-
ности оборудования, позволяющие совместно с потре-
бителем принимать решения о типе, масштабах, кри-
тичности и целесообразности возможной модифика-
ции оборудования. Выполнение функции мониторин-
га требует интеграции информации о работе оборудо-
вания, включающей эксплуатационную документа-
цию; результаты контроля состояния оборудования,
получаемые в процессе функционирования АСУТП;
результаты исследований механических, тепловых и
электрических нагрузок, возникающих в механизмах
в процессе эксплуатации; результаты моделирования
процессов износа оборудования.
Анализ причин отказов оборудования направлен
на выявление недостатков конструкции и служит ос-
нованием для ее доработки, дающей возможность при
последующих поставках повысить эксплуатационную
надежность оборудования, и должен выполняться со-
вместно поставщиком оборудования и потребителем.
Примером такой стратегии могут служить работы
ООО “Уралмаш — Металлургическое оборудование”,
проведенные с целью повышения эксплуатационной
надежности агломерационных спекательных тележек
из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Такие тележки имеют неоспоримые преимущества
перед стальными, так как чугун обладает лучшими
литейными свойствами, что позволяет изготавливать
корпус тележки цельнолитым. Благодаря этому умень-
шается масса и снижаются трудозатраты на изготов-
ление, обусловленные исключением механообработки
торцевых поверхностей частей корпуса и болтовых
соединений. Чугун практически не содержит легиру-
ющих добавок, поэтому стоимость его меньше, чем
сталей, применяемых в настоящее время для изготов-
ления тележек; их чугунные корпуса не подвержены в
процессе эксплуатации прогибам в средней части, что
дает возможность сэкономить средства на ремонт и
продлить срок эксплуатации оборудования.
В связи с этим мы поставили перед собой задачу
— освоить выпуск чугунных тележек. Но запустить в
серию новую продукцию — это большой риск. Поэто-
му сначала были проведены стендовые испытания их
в экспериментальном цехе Уралмашзавода. Затем из-
готовили опытную партию из пяти тележек для ОАО
ММК и провели промышленные испытания, проана-
лизировав распределение температур и напряжений.
И только после этого решились на поставку крупной
партии тележек для ОАО “Северсталь”.
Системный анализ эксплуатационной надежности
оборудования предлагается выполнять с использовани-
ем идей объектно-ориентированного моделирования
(ООМ), позволяющего объединять модели различной
физической природы.
Прогнозирование поведения технологического
оборудования (ТО) состоит в расчетном определении
его свойств и состояния в расчетные моменты време-
ни при работе в заданном режиме в условиях, приня-
тых в программе. Затраты усилий и времени здесь от-
вечают степени разработанности метода и процедуры
прогнозирования.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
25
Для оценки изменения технологических показате-
лей с учетом модели износа оборудования необходимо
располагать сведениями о состояниях узлов агрегатов,
вызывающих интерес, исходном и в момент рассмот-
рения, данными о длительности и режиме их функци-
онирования в прошлом, сведениями о динамике изме-
нения их состояния под воздействием разных факто-
ров. Кроме того, необходимо иметь следующие данные
(в каждом из вариантов в зависимости от цели):
1)	для прогнозирования остаточного ресурса: ре-
жим в предстоящем периоде, допустимое состояние
ТО в его конце;
2)	для прогнозирования состояния ТО в конце за-
данного периода предстоящей работы: режим и дли-
тельность функционирования его в принятом на бу-
дущее заданном периоде;
3)	для выявления допустимого режима в будущем:
длительность предстоящего периода работы, допусти-
мое состояние ТО в его конце.
Логику формирования оценок, связанных с влия-
нием отказов на эффективность технологического
процесса, рассмотрим на следующем примере. Агло-
мерационная машина относится к сложным системам
с различными уровнями эффективности. Эти уровни
зависят от отказов отдельных элементов. Простран-
ство состояний системы с позиций надежности А =
= (Aj, А2, ..., Ап) задается вектором, в котором состо-
яние А, соответствует полностью исправной системе,
а состояния А2, ..., Ап характеризуются отказами от-
дельных элементов или комбинациями отказов не-
скольких элементов.
Для каждого состояния можно определить коэф-
фициент сохранения эффективности:
^эф/= ДАг.ЖА,),/ = 2, ...,щ	(1)
где Е(А(.) — эффективность функционирования системы,
находящейся в состоянии A., £(Aj) — эффективность
функционирования полностью исправной системы.
Конечное событие (переход из состояния А, в со-
стояние А) происходит тогда и только тогда, когда в
момент t случится одно из исходных событий. Пере-
ход из одного состояния в другое осуществляется под
влиянием отказов.
Отказы элементов классифицируются на первичные
и вторичные. Первичный определяется как нерабочее
состояние элемента, причиной которого является его
естественное старение, и происходит при входных воз-
действиях, находящихся в пределах допуска, вторич-
ный — под действием внешних условий. Устранение
дестабилизирующих внешних условий не гарантирует
возвращения элемента в рабочее состояние.
Причины, вызывающие отказ элементов системы,
могут быть отнесены к одной или нескольким катего-
риям: старение; человеческий фактор (монтажные ра-
боты, обслуживание, испытания); окружающие усло-
вия (динамические воздействия, вибрация, давление,
циклическое изменение температуры); воздействие
других элементов системы. Каждая из категорий, в
свою очередь, может быть разделена на подкатегории.
Уменьшение производительности
Увеличение объема
агломашины
воздуха, просасываемого
шихты
Рис. 1. Фрагмент дерева отказов для агломашины
Фрагмент дерева отказов для агломашины приведен
на рис. 1. Одна из ветвей показывает влияние износа
поверхности сит вибрационных грохотов, применяе-
мых для рассева агломерата, на крутизну сепарацион-
ной характеристики грохота, что приводит к увеличе-
нию доли возвратных продуктов выше определенного
уровня и к снижению производительности машины.
Количественная оценка степени влияния конкрет-
ного фактора на эффективность функционирования
агломашины требует поэтапного моделирования разви-
тия отказа. Так, уровень износа рабочего органа грохо-
та зависит от характера движения по нему слоя абра-
зивного материала. Можно выделить два вида изнаши-
вания, наблюдаемых при виброперемещении: 1) выз-
ванное трением при скольжении слоя сыпучего мате-
риала по рабочему органу и 2) связанное с ударом ча-
стиц материала о рабочий орган и имеющее место толь-
ко при режимах движения с подбрасыванием.
Эффективное управление процессом агломерации
обеспечивается при условии соответствия кинетики
спекания качеству аглошихты (рис. 2). Соответствие
обеспечивается путем изменения производительнос-
ти агломашины и газодинамического режима спека-
ния. Регламентный технологический режим возможен
при условии согласования производительностей
окомковательного и спекательного отделений, а так-
же характеристик газоотводящего тракта (вакуум-ка-
мер, коллектора, газоочистного устройства), спекае-
мой шихты и производительности нагнетателя.
Задача распределения требований к надежности эле-
ментов оборудования сводится к выбору таких элемен-
тов, которые обеспечили бы заданный уровень надеж-
ности при минимальной суммарной стоимости. При
эксплуатации обеспечение надежности создает управля-
емый процесс восстановления работоспособности,
включая диагностику состояния и принятие решений о
глубине и объеме восстановления. Автоматизированная
система контроля и прогнозирования параметров про-
цесса агломерации позволяет определять причины воз-
никновения аварийных ситуаций, а в ряде случаев и
предупреждать их, способствуя уменьшению брака.
При прогнозировании состояния оборудования
приходится сталкиваться со следующими проблемами:
1. Информация, получаемая из каждого источни-
ка, ограниченна и имеет специфические особеннос-
ти. Например, высоконадежные и малосерийные, а
также уникальные машины, созданные по единой тех-
нологии, за длительный период наблюдения могут
26
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. №> 8. 2006 г.
Рис. 2. Фрагмент дерева факторов, влияющих на эффективность
технологического процесса
иметь ограниченное количество отказов. Наработки
не отказавших за этот же период машин являются
дополнительной (и весьма ценной) информацией о
надежности всей контролируемой совокупности
объектов. Эта информация образует случайно цензу-
рированную выборку, позволяющую оценить парамет-
ры закона надежности1.
2. Основой интеграции информации, полученной
из различных источников, служит использование ап-
риорной информации, основанной на применении
законов сохранения и уравнений кинетики изучаемых
процессов.
Нами предлагается технология обработки инфор-
мации о состоянии оборудования, включающая три
уровня (рис. 3):
оперативной обработки запросов;
оперативной аналитической обработки данных;
поддержки процессов принятия решений о ремон-
те оборудования.
На первом уровне реализуется функция хранилищ
данных, позволяющих сформировать качественную
предметно ориентированную информацию, обеспечить
целостность и надежную сохранность информации, ее
доступность всем существующим и будущим приложе-
ниям. Структура базы данных (БД) и документов хра-
нилища должна быть инвариантна по отношению к
различным приложениям. На втором уровне обеспечи-
вается аналитическая переработка данных и осуществ-
ляется формирование проблемных (многомерных) БД,
служащих основой для проблемно ориентированных
аналитических приложений. На третьем уровне осуще-
ствляются анализ и экспертная оценка информации, ее
визуализация, когнитивное и мультимедийное пред-
ставление в виде, удобном для восприятия специалис-
тами, принимающими решения.
При совместной обработке разнородной информа-
ции решаются задачи диагностики отказов средств
контроля, выявления аномальных результатов измере-
ний, коррекции результатов измерений с учетом по-
грешностей средств контроля.
Система поддержки принятия решений включает
базы данных (БД) и знаний (БЗ), использующие четыре
Анализ надежности технических систем по цензурированным выбор-
кам / В. М. Скрипник, А. Е. Назин, Ю. Г. Приходько, Ю. Н. Благове-
щенский. — М. : Радио и связь, 1988. — 184 с.
Сфера агрегирования
показателей
Сфера
закономерностей
Сфера детализации
данных
Рис. 3. Структура информационно-аналитической системы
стандартных типа опций: определения, примеры, алго-
ритмы, исходную информацию; человеко-машинный
интерфейс и библиотеку процедур, которая позволяет с
учетом возникающих при эксплуатации оборудования
термических и механических напряжений вычислить его
эксплуатационный возраст, учитывающий плановые
ремонты и случайные поломки, а также выбрать рацио-
нальную стратегию технического обслуживания.
Определение оптимальных затрат на конкретные
работы требует решения недетерминированной диск-
ретной задачи о назначениях. Имеется т работ и п
исполнителей. Например, рассматриваются работы,
связанные с сопровождением изготовленного обору-
дования в процессе эксплуатации и его ремонтом.
Исполнителями являются завод-изготовитель и пред-
приятие, эксплуатирующее оборудование.
В детерминированной постановке считаются за-
данными издержки йу при выполнении работы J ис-
полнителем /, составляющие матрицу издержек А =
= \\а^\. Изложенная задача сводится к поиску экстре-
мума линейной функции
П ' П
F = TJLaiJxij	(2)
/=1 7=1
на множестве булевых функций назначения X =
Ху е [0,1], где Ху = 1, если работу j выполняет испол-
нитель z и Ху = 0 в противном случае.
Таким образом, рассмотрена задача о назначениях
на примере изготовления спекательных тележек для
конвейерных агломашин, в том числе этапы структур-
ного и фазового исследований материала заготовок,
лабораторных экспериментов, исследования кинети-
ки структурных и фазовых превращений при нагреве
и охлаждении, промышленной эксплуатации, а также
методика реализации этих этапов. Кроме того, изло-
жена методика исследования напряженно-деформи-
рованного состояния тележек после термообработки,
включающая экспериментальное изучение темпера-
турных полей с варьированием параметров нагрева и
охлаждения, а также математический анализ терми-
ческих и структурных напряжений.
ISSN 0038— 920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
27
УДК 669.162.26:621.396.96
Радиолокация поверхности
засыпи шихтовых материалов
в доменной печи
В. И. Головко, О. Н. Кукушкин, Н. В. Михайловский,
В. С. Листопадов, А. В. Потапов, А. Л. Ручаевский
Национальная металлургическая академия Украины,
металлургический комбинат “Криворожсталь”,
ФГУП “Исток”, НПП “Металлавтоматика”
Впервые в СНГ для профилеметрии засыпи шихтовых материалов на колошнике доменной
печи использованы радиолокационные дальномеры. На основе алгоритмической обработки их
сигналов по ходу плавки определяются форма поверхности засыпи, скорость схода шихты,
толщина слоев загружаемых материалов.
Решение актуальной задачи внедрения новых методов
контроля металлургических процессов затрудняется
жесткими условиями эксплуатации измерительной ап-
паратуры на доменных и сталеплавильных агрегатах.
Микроволновые средства измерения с микропро-
цессорной обработкой радиолокационных сигналов
являются универсальным и надежным инструментом
автоматического бесконтактного контроля многих ме-
таллургических процессов. Изучением возможных об-
ластей применения радаров ближнего действия в ме-
таллургии и адаптацией их для решения технологичес-
ких задач занимается лаборатория “Микроволновая
техника для металлургии” Национальной металлурги-
ческой академии Украины (г. Днепропетровск) [1, 2].
В качестве базовой модели используется радио-
дальномер — уровнемер РДУ-Х2 (РДУ), разработан-
ный ФГУП “Исток” (г. Фрязино, Россия) и НМетАУ.
Работа прибора основывается на зондировании
поверхности материала частотно-модулированными
электромагнитными волнами микроволнового диапа-
зона с одновременным приемом, обработкой и анали-
зом отраженных радиосигналов. Существенные пре-
имущества таких радаров — бесконтактность измере-
ний, простота конструкции, отсутствие подвижных
узлов, надежность работы. Приемопередатчик РДУ с
антенной диам. 100 мм устанавливается вблизи объек-
та контроля. Масса радара — до 3 кг, максимальный
габарит — 280 мм. Мощность излучения не превышает
10 мВт. РДУ-Х2 сертифицирован и аттестован в России
и Украине. Медицинская и экологическая безопасность
прибора подтверждена санитарной экспертизой.
В условиях колошника защита РДУ от воздействия
высокотемпературных (до 500 °C) газопылевых потоков
из рабочего пространства печи (избыточное давление
до 0,2 МПа) осуществляется азотом из цеховой магис-
трали. Для профилактических и ремонтных работ пре-
дусматривается отсечка РДУ от рабочего пространства.
Для оперативного прогноза теплового состояния
печи, своевременной реализации обоснованных уп-
равляющих воздействий на ход доменного процесса и
вследствие этого улучшения технико-экономических
показателей работы печи необходима информация об
изменении уровня поверхности засыпи шихтовых ма-
териалов по ходу плавки [3].
Цель профилеметрии — получение оперативной
информации в ходе плавки об изменении поверхнос-
ти засыпи шихтовых материалов, толщины их слоев,
скорости схода шихты, величины рассогласования
фактического и заданного (эталонного) начальных
профилей по двум диаметрам колошника и окружной
неравномерности уровня шихты в периферийной,
промежуточной и центральной областях колошника
для решения следующих задач [4 — 6]: анализа взаи-
мосвязи распределения материалов на колошнике с
физико-химическими процессами плавления, харак-
тером тепловой работы печи и параметрами газового
потока, оперативного прогноза хода процесса и теп-
лового состояния печи на момент загрузки очередной
порции материалов; своевременной реализации обо-
снованных управляющих воздействий на ход процес-
са, адекватных его отклонениям в процессе динами-
ческого управления; улучшения технико-экономичес-
ких показателей работы печи.
Особенности доменного процесса: быстрое изме-
нение формы объекта зондирования и его физико-
химических свойств, сравнительно малые размеры
целей (кусков материала) и расстояний до них при их
перемещении — затрудняют применение микроволно-
вой техники в импульсном режиме радиолокации.
Анализ показал, что определение расстояния до по-
верхности засыпи целесообразно реализовать на дли-
не волны радиоизлучения ~ 8 мм, которая существен-
но больше размеров пылевых частиц. Это гарантиру-
ет минимальное ослабление излучения в запыленных
газовых средах, свойственных металлургическим агре-
гатам, и позволяет сформировать достаточно узкую
диаграмму направленности при небольших размерах
антенной системы. РДУ дает возможность в условиях
техногенных помех металлургического производства
измерять расстояния до 15 м с точностью ± 0,05 м, что
удовлетворяет требованиям метрологического обеспе-
чения доменного процесса [7].
Обоснованием возможности и эффективности ра-
диоэлектронного определения профиля засыпи ших-
ты в печи являются положительные результаты при-
менения микроволновой техники за рубежом [8, 9]. В
процессе промышленных испытаний на доменной
печи большого объема нами установлено [10], что тех-
нические характеристики радиолокационного уровне-
мера РДУ-Х2 обеспечивают его надежную работу в
составе автоматизированной системы контроля про-
филя засыпи шихты.
Профиль засыпи шихтовых материалов на колош-
нике крупнейшей в Украине доменной печи № 9 ком-
25
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Рис. 1. Размещение радиолокационных уровнемеров РДУ-Х2 на
колошнике печи № 9
бината “Криворожсталь”, оснащенной бесконусным
загрузочным устройством (БЗУ) лоткового типа, опре-
деляли многопозиционным радиоэлектронным зонди-
рованием в процессе опускания шихты в печь [11].
Расположение РДУ на колошнике обеспечивает наблю-
дение относительно равномерных участков поверх-
ности засыпи в процессе схода шихты (рис. 1). Опре-
деление профилограмм и окружной неравномерности
засыпи шихты на колошнике этой печи обеспечива-
ется решением комплекса технических и программно-
алгоритмических задач: спектрального анализа и
фильтрации разностной частоты излученного и отра-
женного радиосигналов в РДУ для измерения рассто-
яния до зондируемой поверхности шихтовых матери-
алов и снижения погрешности его определения в ус-
ловиях помех; формирования и передачи в.режиме
реального времени каждым РДУ информации о теку-
щих значениях расстояния до поверхности шихты
средствам вычислительной техники для системы кон-
троля и управления доменным процессом; программ-
но-алгоритмической обработки и представления ин-
формации средствами вычислительной техники при
определении профилограмм, скорости схода шихты,
толщины слоев, а также окружной неравномерности
уровня засыпи; защиты РДУ от температурного и хи-
мического воздействия доменных газов.
Для анализа радиолокационной обстановки в зон-
дируемом пространстве печи используется информа-
ция, поступающая от РДУ по последовательному циф-
ровому интерфейсу RS-485. С учетом размещения РДУ
на колошнике определяются координаты точки пере-
сечения оси радиолуча с поверхностью шихты по
уровню засыпи и радиусу печи. Анализ спектра сиг-
нала РДУ, транслируемого по RS-каналу, показал, что
уровень радиосигнала, отраженного от поверхности
шихтовых материалов, на 15 — 35 дБ превышает уро-
вень шумов в радиолокационном канале, что позво-
-5,4 -4,5 -3,6 -2,7 -1,8 -0,9	0.0	0,9	1,8	2,7	3.6	4,5	5,4
Диаметр колошника, м
Рис. 2. Видеокадр профилограмм поверхности засыпи шихты по ди-
аметру колошника: / — эталонный начальный; 2 — текущий; 3 —
фактический начальный; 4 — заключительный профиль
Сход Загрузка I
J65
| Профиль засыпи шихты | Зонды опушены | № порции —8
[скорость схода шихты по диаметру ЧЛ1—ЧЛЗ | Вид материала — К
Рассо1.'|асование начальных профилей по диаметру ЧЛ 1 — ЧЛЗ
Рис. 3. Видеокадр текущей скорости схода шихты и рассогласова-
ния начальных профилей засыпи
ляет надежно определять положение засыпи на ко-
лошнике.
Прием информации радиолокационного наблюде-
ния поверхности шихты средствами КИПиА и
АСУТП проводится в периоды между загрузкой ших-
ты в печь при условии нахождения вращающегося
лотка БЗУ вне зоны радиолучей соответствующих
РДУ. Технологическими критериями для определения
начального и заключительного профилей засыпи яв-
ляются соответственно закрывание и открывание
шихтового затвора приемного бункера на колошнике.
В результате технологического анализа хода печи и
прогнозирования распределения шихтовых материа-
лов на колошнике для реализации предполагаемого
режима в средства АСУТП оператором может зада-
ваться эталонная профилограмма засыпи шихты. В
этом случае возникновение отклонения фактической
профилограммы от эталонной выявляет ошибки в
выработке управляющих воздействий по загрузке печи
для последующей компенсации этого отклонения.
По информации об уровне поверхности засыпи
шихты на колошнике, поступающей в АСУТП печи
№ 9 от 20 радиолокационных измерителей уровня
(РД 1 — РД 20) и четырех механических зондов (М3 1
— М3 4), формируются следующие видеокадры для
персонала:
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
29
Печь № 9	| Профиль засыпи шихты | Зонды опущены | № порции — 8	Сход	Загрузка
10.06.2005	| 13:26 |	Неравномерность схода шихты по зонам колошника | Вид материала — К	165	83
Центральная зона, R = 1000 мм
Промежуточная зона, R = 3800 мм
РДУ I РДУ 17 РДУ 7 РДУ 18 РДУ 6 РДУ 19 РДУ 12 РДУ 20 РДУ I
п i	i i г —	’---------
°’50,90	0 96	0 92	0,88	0,85	0,87	0,85	0,82	0>90
-ф л _ _ •_ 1 г
1,5 -
2,0 -----1-----1----1-----1------------------------
ЧЛ1 ЧЛ2 ЧЛЗ ЧЛ4 ЧЛ1
Периферийная зона, R = 5000 мм
РДУ 3 РДУ 9 РДУ 4 РДУ 10 РДУ 3
Т~—~	~	-‘
1,11	1,1»	“’’7	1,10	1,11
1,0 *	*	_2.	. 1______________-
1,5 -
2,0 --------|------1------т-------1-------1-------1------|------1—
ЧЛ1 ЧЛ2 ЧЛЗ ЧЛ4 ЧЛI ЧЛI ЧЛ2 ЧЛЗ ЧЛ4
Средняя зона, R ~ 2500 мм
Рис. 4. Видеокадр окружной неравномерности поверхности засыпи шихты в кольцевых зонах колошника
1.	Эталонный (заданный) и фактический началь-
ные и текущий профили поверхности засыпи загру-
женной порции, а также заключительный профиль
поверхности предыдущей порции шихты по двум вза-
имно перпендикулярным диаметрам колошника (на
рис. 2 представлен один диаметр). При этом слой заг-
руженной порции шихтовых материалов представля-
ет собой область между начальной и заключительной
профилограммами.
2.	Распределение по сечению печи скорости схода
загруженной порции шихты (рис. 3, а) и рассогласо-
вание между ее начальным и эталонным профилями
поверхности засыпи (рис. 3, б).
3.	Окружная неравномерность поверхности засы-
пи шихты (рис. 4) в кольцевых зонах колошника.
На каждом видеокадре имеется информация о ре-
жимах загрузки порций шихтовых материалов.
Заключение
На основе разработанных технических требований к
применению радиодальномеров в условиях колошни-
ка впервые в СНГ создана радиолокационная систе-
ма определения профиля засыпи шихтовых материа-
лов в доменной печи [12]. Полученные данные о ди-
намике профиля засыпи шихтовых материалов на
колошнике соответствуют существующим технологи-
ческим представлениям о ходе доменной плавки.
Предложенные алгоритмы обработки радиолокацион-
ных сигналов в условиях мощных техногенных помех
позволяют по ходу плавки определять форму поверх-
ности засыпи, скорость схода шихты, толщину слоев
загружаемых материалов, что создает предпосылки
оперативного и надежного управления загрузкой ших-
товых материалов в печь.
Библиографический список
1.	Кукушкин О. Н., Головко В. И., Потапов А. В. и др. Микровол-
новые методы контроля технологических параметров // Совре-
менные проблемы металлургии : сб. науч. тр. ГМетАУ, вып. 1.
— Днепропетровск : ГМетАУ, 1999. С. 279 — 296.
2.	Величко А. Г., Головко В. И., Кукушкин О. Н. и др. Разработка и
применение средств радиолокационного контроля технологи-
ческих процессов // Сб. науч. тр. Национальной горной акаде-
мии Украины, т. 2, № 11. — Днепропетровск : РИК НГА Укра-
ины, 2001. С. 177 - 180.
3.	Тараканов А. К. Совершенствование средств контроля и управ-
ления доменной плавкой // Производство чугуна на рубеже сто-
летий : труды международного конгресса доменщиков. — Днеп-
ропетровск : ГМетАУ, 1999. С. 37 — 43.
4.	Головко В. И. Радарный контроль распределения шихты на ко-
лошнике доменной печи // Производство чугуна на рубеже сто-
летий : труды международного конгресса доменщиков. — Днеп-
ропетровск : ГМетАУ, 1999. С. 425 - 428.
5.	Головко В. И. Определение профиля поверхности сыпучих ма-
териалов с помощью радара // Металлургическая и горноруд-
ная промышленность. 2000. № 6. С. 15 — 17.
6.	Головко В. И., Кукушкин О. Н., Михайловский Н. В. Состояние
и перспективы создания радиолокационных профилемеров для
доменных печей // Сучасы проблеми металургп. Т. 3 : матер!али
науково-практично! “Проблеми i перспективи одержания кон-
курентноздатно! продукци в прничо-металурпйному комплекс!
Украшни”. — Дншропетровськ : “Системы технлогн, 2001.
С. 173 - 191.
7.	Серов Ю. В. Метрологическое обеспечение технологических про-
цессов черной металлургии (метрология и информатика) : справоч-
ное издание в 2-х кн. Кн. 1. — М. : Металлургия, 1993. — 273 с.
8.	Кенада В. Совершенная технология управления и системы кон-
троля для доменной печи // Сумитомо киндзоку. 1992. Т. 44.
№ 1. С. 161 - 172.
9.	Хэгью М. Дж., Дитчер Т. М. Измерение уровня шихты в домен-
ной печи и ее профиля с помощью микроволновых устройств //
Производство кокса и чугуна : тр. 4-го европейского конгресса.
- Париж. 2000. С. 315 - 320.
10.	Головко В. И., Дударенко А. А., Михайловский Н. В. и др. Испьв
тания радиолокационного индикатора уровня засыпи шихты на
доменной печи № 9 комбината “Криворожсталь” // Сб. докла-
дов Междун. конф., 29 — 30 мая 2003 г. Фрязино : ФГУП НПП
“Исток”, 2003. С. 99 - 106.
11.	Головко В. И., Дударенко А. А., Михайловский Н. В. и др. Ос-
новные решения профилеметрии засыпи шихты на доменной
печи № 9 объемом 5000 м3 ОАО “ГКМК “Криворожсталь” //
Теория и практика металлургии. — Днепропетровск : НМетАУ,
2004. № 3 - 4. С. 25 - 28.
12.	Кукушкин О. Н., Головко В. И., Михайловский Н. В. и др. Ра-
диолокационный контроль процессов в доменном производстве
// Сталь. 2004. № 6. С. 32 - 33.
30
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
с
СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 669.184
Создание и развитие кислородно-
конвертерного процесса в мире
С. В. Колпаков, Е. X. Шахпазов, П. И. Югов
Международный союз металлургов,
ФГУП ЦНИИчермет
Кислородно-конвертерный процесс прошел сложный
и долгий путь создания и развития. Потребовалось
около 150 лет с момента возникновения идеи до ее
применения в промышленности, и в конце концов эта
идея оказалась революционной [1].
В 1855 г. Генри Бессемер в заявке на патент № 1292
предложил глубокопогруженную продувку сверху воз-
духом через трубу из огнеупорной глины.
Первым технологическим прорывом стала донная
продувка воздухом в асимметричном поворотном кон-
вертере. Это получило известность как бессемеровс-
кий процесс и/или как основной бессемерово-тома-
совский технологический процесс. Со времен созда-
ния бессемеровского процесса на воздушном дутье
(1855 г.) были предприняты многочисленные попыт-
ки его усовершенствования.
Впервые о целесообразности применения кислоро-
да для производства стали писали в 1872 г. русский
металлург Д. К. Чернов, азатем в 1899 г. Д. И. Менде-
леев. В 1925 г. А. Брюнигхауз и Дж. Хааг проводили
исследования по применению обогащенного кислоро-
дом воздуха. Затем немецкие исследователи Розенберг
и М. Хютте провели первые опытные плавки. В 1932 г.
практически одновременно Р. Дуррер в Берлинском и
Шварц в Аахенском университетах проводили иссле-
дования возможности применения кислорода для
улучшения теплового баланса плавки и повышения
качества выплавляемого металла [2].
В 1933 г. советский инженер Н. И. Мозговой предло-
жил применение чистого кислорода в сталеплавильном
производстве и 22 апреля 1936 г. впервые в мировой
практике осуществил продувку жидкого чугуна кислоро-
дом сверху в 1,5-т агрегате, доказав безопасность продув-
ки чугуна газообразным кислородом и опровергнув су-
ществовавшее в то время убеждение в возможности
взрывов. В 1940 — 1946 гг. опыты были продолжены на
Косогорском металлургическом заводе и заводе “Дина-
мо” в Москве и в Экспериментальном научно-исследо-
вательском институте металлорежущих станков (рис. 1).
Именно эти эксперименты положили начало созданию
принципиально нового способа производства стали —
кислородно-конвертерного процесса [3].
Для проведения фундаментальных исследований
физико-химических основ нового процесса и разра-
ботки промышленной технологии кислородно-кон-
вертерного производства стали в 1940 г. постановле-
нием правительства была создана конвертерная ла-
боратория под руководством Н. И. Мозгового и пос-
ле создания в 1948 г. ЦНИИчермета была включена
в его состав. Организацию и выполнение всего ком-
плекса исследований возглавил академик И. П. Бар-
дин. Сотрудниками лаборатории был выполнен боль-
шой объем теоретических и экспериментальных
изысканий по изучению механизма и кинетики про-
цессов рафинирования металла в конвертерной ван-
I
МИНИСТЕРСТВО	МИНИСТЕРСТВО
Электропромышленности СССР СТАНКОСТРОЕНИЯ
Завод „ДИНАМО"	н м_ с
им. С. М. Кирова
МИНИСТЕРСТВО
ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Ц. и. и. и. ч. м.
Получение стали продувкой чугуна
(в конвертере) технически чистым
кислородом по методу инженера
МОЗГОВОГО Н. И.
Общее руководство работой осуществлял академик И. П. БАРДИН
РАБОТУ ПРОВОДИЛИ:
инж. Н. И. Мозговой, канд. техн, наук Л. И. Леви
(РУКОВОДИТЕЛИ РАБОТЫ)
инж.: З.Д. Эпштейн, М.М. Шумов(Э.Н.И.М.С.), Т. В. Андреев
(М. Ч. М.), канд. техн, наук Г. П. Иванцов и канд.
техн, наук Г. Л. Лившиц (Ц. Н. И. И. Ч. М.).
В работе принимали участие: С. С. Федотов, С. И. Опрятин, Н. Г. Горенштейн, А. П. Белов,
Г. С. Курин, С. В Шалыгин, А. Ф Мороков (завод „ДИНАМО1'), В. В Воиифатьев (завод № 40).
Смирнов (Ц, Н. И. И Ч. М.) и другие.
ОТЧЕТ СОСТАВЛЕН;
1)п. п. 1,2, 3, 4, 5, 6, II, 12, 13,14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 . Л, И. Леви М М. Шумов,
Т.В. Андреев и З.Д. Эпштейн
2> п п. 7, 8, 9, 10 и приложения...........Г. П. Иванцов
Л) п. п. 22, 23, 24, 25, 26 27, 28 .Л. И. Леви
4) п. 29	.	.	.	........ Г. Л. Лившиц
Редакция и руководство составлением отчета Л, И. ЛЕВИ
МОСКВА 15 августа 1946 г.
Рис. 1. Титульный лист отчета “Получение стали продувкой чугуна
(в конвертере) технически чистым кислородом по методу инженера
Н. И. Мозгового”
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
31
не, разработке технологических и конструктивных
основ процесса. В ходе исследований в лабораторных
и полупромышленных агрегатах были опробованы
технологические варианты верхнего, бокового и дон-
ного газокислородного дутья, использование при
продувке газовых смесей, парокислородного дутья,
кислородно-углекислотного, вдувание в конвертер
порошкообразной извести в струе кислорода, комби-
нированная продувка кислородом сверху и воздухом
снизу и др. Из всех апробированных вариантов на
том этапе развития техники для первого промышлен-
ного внедрения был выбран технологический про-
цесс с верхней кислородной продувкой, как наибо-
лее технологичный, надежный и простой в управле-
нии. Именно этот вариант затем и получил широкое
промышленное развитие.
2 июня 1949 г. фирмой “Фест” (Австрия) в 2-т
опытном конвертере были начаты исследования по
разработке конвертерного процесса с применением
кислорода, которые завершились вводом в действие 26
ноября 1952 г. на заводе в г. Линце первого в мире и в
мае 1953 г. в г. Донавице второго промышленных це-
хов с кислородно-конвертерным процессом, получив-
шим в честь этих городов название LD-процесс [3].
22 сентября 1956 г. впервые в СССР была освоена
промышленная технология конвертерного производ-
ства в реконструированном бессемеровском цехе
Днепропетровского металлургического завода им.
Петровского. Так был завершен первый этап много-
летнего поиска, упорного и настойчивого труда уче-
ных в союзе с производством. Большой вклад в осво-
ение промышленной технологии конвертерной плав-
ки внесли ученые ЦНИИчермета: С. Г. Афанасьев,
Н. И. Мозговой, М. М. Шумов, 3. Д. Эпштейн, Т. В.
Андреев, М. П. Квитко, металлурги завода: И. И.
Коробов, О. Н. Костенцецкий, П. С. Лившиц, В. И.
Жигулин, Н. И. Беда, Д. В. Пудиков, А. М. Пожива-
нов, Е. И. Евстафьев.
В декабре 1957 г. на базе переоборудованных бес-
семеровских конвертеров Криворожского металлурги-
ческого завода был введен в эксплуатацию цех с че-
тырьмя съемными 50-т конвертерами.
5 июня 1963 г. на Нижнетагильском металлургичес-
ком комбинате был введен в действие первый в СССР
классический кислородно-конвертерный цех с тремя
100-т конвертерами на обычном передельном чугуне.
В 1965 г. он был переведен на передел ванадиевого
чугуна дуплекс-процессом с получением на первой
стадии кондиционного ванадиевого шлака и чистой
природно-легированной стали из углеродистого полу-
продукта на второй стадии. Этот цех стал головным
образцом в поколении цехов со 100 — 130-т конверте-
рами и первой школой подготовки специалистов для
последующих конвертерных цехов.
В 1964 — 1965 гг. были введены в строй конвертерные
цехи на металлургических комбинатах Ждановском им.
Ильича, “Криворожсталь” и Енакиевском.
Качественно новый этап в развитии мирового кон-
вертерного производства ознаменовало введение в
действие впервые в мировой практике кислородно-
конвертерного комплекса с тремя 130-т конвертерами
в сочетании с машинами непрерывного литья заготов-
ки на Новолипецком металлургическом комбинате
18 марта 1966 г. Комплекс был введен в действие со-
вместными усилиями советских и австрийских специ-
алистов (Voest-Alpine). Дальнейшее развитие мирово-
го производства стали пошло по пути создания круп-
ных сталеплавильных комплексов с конвертерами и
МНЛЗ на основе уже разработанных и внедренных в
конвертерном цехе НЛМК теоретических и практи-
ческих положений [4]. Научно-техническое сотрудни-
чество с австрийскими металлургами продолжилось в
проведении совместных исследований, симпозиумов,
конгрессов и семинаров, а также в освоении нового
металлургического оборудования.
Совместно с ЦНИИчерметом в цехе НЛМК разра-
ботана и впервые освоена комплексная технология
конвертерного производства, включающая выплавку
металла в конвертере, рафинирование синтетическим
шлаком и легирование металла на выпуске, корректи-
ровку химического состава в ковше, стабилизацию
состава и температуры металла, микролегирование и
модифицирование стали порошкообразными реаген-
тами в струе аргона на установках ковш-печь.
Внедрение разработанной технологии, включающей
модифицирование кальциевыми и бариевыми сплава-
ми, легирование и микролегирование ванадием, нио-
бием, титаном, бором в процессе стабилизирующей
обработки металла аргоном, позволило впервые в от-
расли освоить производство качественных низколеги-
рованных сталей, содержащих 0,002 — 0,005 % S. К этим
сталям относятся высокопрочные хладостойкие стали
для газопроводных труб большого диаметра на давле-
ние 7,5 МПа в северном исполнении, а также стали:
нестареющая для автолиста особо сложной вытяжки,
судосталь, кинескопная, для жести, высокопрочная
броневая. Сегодня ККЦ № 1 НЛМК входит в число
самых высокооснащенных конвертерных цехов мира,
обладает техническими и технологическими возможно-
стями для производства высококачественных чистых
сталей любого сложного сортамента.
Следующим этапом развития конвертерного про-
изводства явилось сооружение конвертеров вместимо-
стью 300 — 400 т на НЛМК, КарМК, ЗСМК, Азовста-
ли, ЧерМК, ММК.
Введение новых конвертерных цехов и увеличение
производства конвертерной стали потребовали расши-
рения сырьевой базы и вовлечения в передел фосфо-
ристых и низкомарганцовистых чугунов.
Конвертерные цехи № 1 с тремя 160-т и № 2 с
двумя 350-т конвертерами Западно-Сибирского ме-
таллургического комбината работают на передельном
чугуне с пониженным содержанием марганца (0,3 -
0,5 % Мп). Для экономии чугуна в цехах разработана
и впервые в мире освоена технология конвертерной
плавки с повышенным расходом металлолома в ших-
те (30 — 40 % и вплоть до 100 %), т. е. работа без при-
менения жидкого чугуна. Разработанная технология
32
ISSN 0038-920Х. “Сталь ". № 8. 2006 г.
вызвала огромный интерес в отечественной и миро-
вой практике конвертерного производства. Многие
заводы мира приняли эту технологию к внедрению для
экстремальных условий.
14 декабря 1974 г. на НЛМК был введен в действие
ККЦ № 2 — первый в стране цех с двумя большегруз-
ными 300-т конвертерами и МНЛЗ радиального типа.
Комплексная технология конвертерной плавки в
сочетании с непрерывной разливкой потребовала спе-
циальной подготовки металла (доводки и стабилиза-
ции его по химическому составу и температуре). В
этих условиях стало целесообразным проводить рафи-
нировочные и корректировочные операции не в кон-
вертере, а в ковше. Таким образом, конвертер стал
агрегатом для выплавки стандартного металлическо-
го полупродукта с последующим получением в ковше
методами внепечной обработки качественной стали
любого состава со стабилизацией свойств для условий
непрерывной разливки. Такая технологическая схема
позволила значительно упростить и стандартизиро-
вать режим кислородной продувки, увеличить произ-
водительность конвертеров, стабилизировав состав и
температуру металла в ковше. Впоследствии эта схе-
ма была заложена в проектах всех новых конвертер-
ных цехов, а также получила широкое развитие в за-
рубежной практике. Так зарождалась внепечная обра-
ботка стали как самостоятельное технологическое зве-
но сталеплавильного производства [5].
6 ноября 1980 г. введен в действие конвертерный
цех с 400-т конвертерами и МНЛЗ на Череповецком
металлургическом комбинате впервые в мировой
практике на низкомарганцовистом чугуне (0,2 % Мп).
Разработанная в цехе с участием ЦНИИчермета и
УралНИИЧМ ресурсосберегающая технология переде-
ла низко марганцовистого чугуна включает динамичес-
кий режим регулирования параметров кислородной
продувки в соответствии с интенсивностью обезугле-
роживания и условиями раннего шлакообразования. В
цехе разработана и освоена комплексная технология
выплавки с внепечной обработкой и непрерывной раз-
ливкой качественных сталей широкого сортамента.
На базе разработанных технологических основ так-
же на низкомарганцовистом чугуне 2 ноября 1990 г. был
введен ныне самый современный отечественный кон-
вертерный цех на Магнитогорском металлургическом
комбинате. Производственная программа конвертер-
ного цеха с годовой производительностью 8 млн т
стали и с учетом сортамента прокатных станов вклю-
чает производство стали для тонкого листа и белой
жести (~ 50 %), качественных конструкционных, леги-
рованных и низколегированных сталей, а также стали
для судостроения. Освоено производство электротех-
нических марок стали: динамной и трансформаторной.
Конвертерное производство России включает
8 конвертерных цехов с 23 кислородными конвертера-
ми вместимостью 130x350 — 400 т общей мощностью
38 млн т.
В мире также работают 22 ККЦ, построенных ВО
“Тяжпромэкспорт” по технологии ЦНИИчермета, в
Рис. 2. Модификация современного конвертерного производства,
разработанная ЦНИИчерметом
том числе на МК: “Кремиковцы” (Болгария), “Нова
Гута” (Польша), “Раахи” (Финляндия), “Бокаро”,
“Бхилаи”, “Визакхапатнам”, “Бурнпур” и “Руркела”
(Индия), “Исфаган” и “Ариамехр” (Иран), “Аджио-
кута” (Нигерия), “Хелуан” (Египет), “Искандерун”
(Турция) и др.
За рубежом эксплуатируется 254 конвертерных
цеха с 7000 конвертерами. Наибольшее число конвер-
теров в Китае (более 150), но только 13 из них имеют
вместимость более 100 т. В Японии из 30 цехов в 24
установлены конвертеры вместимостью более 100 т
(115 — 300 т), в США и ФРГ только в двух цехах (в
каждой стране) работают конвертеры вместимостью
более 100 т. Следует, однако, подчеркнуть, что в мире
лишь восемь конвертерных цехов включают конвер-
теры вместимостью 300 т и более, в том числе в Рос-
сии — четыре (ЧерМК и ММ К — 3x400 т, НЛМК и
ЗСМК — 2x350 т), в Японии — один (фирма “Outa” —
3x340 т), в США — один (фирма “Бетлихем”, 3x300 т),
в Южной Корее — один (фирма “Поско”, 3x300 т), в
Польше — один (Катовицы, 3x350 т). В 118 цехах ус-
тановлено по три конвертера и более, в том числе в
Японии — 13 (из 31), в США — 5 (из 26), в ФРГ — 6 (из
15), в СНГ - 11 (из 16).
Основными технологическими направлениями
дальнейшего развития кислородно-конвертерного
производства стали в мире являются:
предварительная обработка чугуна (десульфурация,
десиликонизация, дефосфорация);
обезуглероживание кислородной продувкой в кон-
вертере чистого чугуна с минимальным количеством
шлака;
выпуск металла с отсечкой шлака;
внепечная обработка металла с вакуумированием,
легированием и модифицированием.
Особенностями современных кислородных кон-
вертеров являются: зондовая фурма; текущий анализ
отходящих газов; устройство для измерения уровня
звукового давления; устройство для автоматического
обнаружения и отсечки шлака; устройство для изме-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ". № 8. 2006 г.
33
рения массы; система подвески конвертера; устрой-
ство для оперативного измерения температуры; уст-
ройство для донного перемешивания ванны.
Дополнительные усовершенствования, такие как
непрерывный анализ отходящих газов, непрерывное
измерение температуры ванны, новая система подвес-
ки с возможностью определения массы конвертера в
процессе продувки, обеспечили перспективное разви-
тие технологии.
Одной из важнейших проблем мировой металлур-
гии становится повышение доли перерабатываемого
лома в конвертере.
Анализ мировой практики переработки лома в ста-
леплавильном производстве показывает, что наиболее
эффективными способами являются комбинирован-
ные технологии с использованием дополнительных
энергоносителей.
Комбинация конвертера и дуговой печи в одном
Acron-агрегате дает следующие преимущества по срав-
нению с обычной дуговой печью:
широкий выбор металлошихты (жидкий и твердый
чугун, металлизированные брикеты или окатыши, лом);
высокую производительность агрегата;
низкий расход электроэнергии за счет использова-
ния химической энергии окисления примесей метал-
лошихты;
меньшую требуемую электрическую мощность;
меньший удельный расход электродов;
меньшее влияние на токоведущие сети, возмож-
ность работы при маломощных электросетях;
меньшие затраты на электрооборудование.
Занимаются этой проблемой и другие фирмы, в
частности “Фест-Альпине”, “Индустрианлагенбау”
(Австрия), “Маннесманн Демаг” (Германия), “Ко-
нарк-Аркинг” (ЮАР). На заводе Хирохата (Япония)
проведены исследования по дуплекс-процессу: 60-т
конвертер — 60-т электропечь. Изучены два способа
плавки в электропечи: А — с окислением, Б — без
окисления. В конвертере выплавляли металл, содер-
жащий углерод, %: А — 0,25; Б — 0,10.
Для дальнейшего совершенствования процессов про-
изводства стали ЦНИИчерметом разработана комплекс-
ная энерго- и ресурсосберегающая сквозная технология
аглодоменно-конвертерного производства высококаче-
ственных чистых сталей (рис. 2), включающая:
выплавку из безмарганцовистой шихты низкомар-
ганцовистого чугуна с нерегламентированным содер-
жанием серы (> 0,03 %);
внедоменную десульфурацию чугуна (< 0,005 % S);
высокоэффективный и экономичный конвертер-
ный передел чистого чугуна с малошлаковой техноло-
гией и многократным использованием конечного
шлака в самой конвертерной плавке;
глубокую десульфурацию низкокремнистого и низ-
комарганцовистого металла высокоосновным окис-
ленным шлаком в конвертере и выплавку стандартно-
го металлического полупродукта;
получение в ковше методами внепечной обработ-
ки в рациональном объеме качественной стали любо-
го сортамента.
Таким образом, анализ состояния мировой и отече-
ственной практики конвертерного производства пока-
зывает, что кислородно-конвертерный процесс по-
прежнему остается ведущим и основным стратегичес-
ким направлением его дальнейшего развития является
создание энерго- и ресурсосберегающих экологически
чистых сквозных технологий аглодоменно-конвертер-
ного производства высококачественных чистых сталей.
Библиографический список
1.	Fritz Е., Gebert W. Milestones and challenges in oxygen steelmaking
// Canadian Metallurgical Quarterly. 2005. Jan. Vol. 44. N 2. P. 249
- 260.
2.	Бардин И. П., Афанасьев С. Г., Шумов М. М. и др. В кн. : При-
менение кислорода в конвертерном производстве стали. — М.
: Металлургия, 1959. С. 5 — 8.
3.	Bogdandy L. V., Kriger W. Intern. Oxygen Steel. Congress. 1987. Linz
(Austria). P. 11 - 33.
4.	Колпаков С. В., Визингер X., Югов П. И. Новолипецкий конвер-
терный — новый этап в развитии мировой стальной индустрии
// Сталь. 1996. № 4. С. I — 4.
5.	Югов П. И., Колпаков С. В., Шалимов А. Г. и др. Стабилизация
технологического режима конвертерной плавки // Сталь. 1978.
№ 2. С. 116 - 120.
В ФГУП “ЦНИИчермет им. И. П. Бардина” 27 сентября 2006 г. состоится Международ-
ный симпозиум “60 лет кислородно-конвертерному производству в России”. Будут рассмот-
рены достижения и вопросы развития кислородно-конвертерного процесса, выявлены про-
блемы и пути их решения, определены роль и место кислородно-конвертерного процесса в
мировом сталеплавильном производстве.
Контактная информация
Оргкомитет: тел. (495)777-93-05; факс: (495)777-93-00
Попова Алла Константиновна, Москвина Татьяна Павловна
Адрес
ФГУП “ЦНИИчермет им. И. П. Бардина”
105005, Россия, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23
www.chermet.net
34
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Конференции, семинары, совещания
УДК 621.746:061.3
Современные технологии и оборудование для внепечной
обработки и непрерывной разливки стали
В Российской академии государственной службы при
Президенте РФ 16—17 мая 2006 г. проведена Между-
народная конференция “Современные технологии и
оборудование для внепечной обработки и непрерыв-
ной разливки стали”. Конференция организована Ми-
нистерством промышленности и энергетики РФ, Рос-
сийской академией наук, Международным союзом ме-
таллургов, ФГУП “ЦНИИчермет им. И. П. Бардина”
и ООО “Интермет Инжиниринг”. Главным информа-
ционным партнером конфернции выступил журнал
“Сталь”. В работе конференции приняли участие бо-
лее 120 представителей от 33 ведущих предприятий
черной металлургии России, Украины, Молдавии и
Белоруссии, 12 научных институтов России и Украи-
ны, 9 западноевропейских и канадской фирм.
Конференцию открыл президент Международного
союза металлургов С. В. Колпаков. С приветствием к
собравшимся обратились президент Ассоциации фи-
нансово-промышленных групп России О. Н. Соско-
вец и вице-президент Российской академии естествен-
ных наук В. Ж. Аренс. В связи с 75-летием журнала
“Сталь” президиум Российской академии естествен-
ных наук принял решение о награждении орденом “За
вклад в развитие общества” С. В. Колпакова, главно-
го редактора журнала “Сталь”, и В. Н. Чернышева, ге-
нерального директора ООО “Интермет Инжиниринг”
(издателя журнала). Церемония награждения прошла
в завершение первого заседания, награды вручил
вице-президент академии В. Ж. Аренс. На конферен-
ции было представлено более 60 докладов и сообще-
ний, посвященных актуальным проблемам непрерыв-
ной разливки стали и подготовки ее к разливке.
В развернутом докладе академика РАН Н. П. Ля-
кишева освещены проблемы современных металлурги-
ческих технологий — от подготовки сырьевых матери-
алов к производству металла до последних экологи-
ческих разработок, ресурсе- и энергосберегающих тех-
нологий. Естественно, основное внимание было уде-
лено конвертерной и электроплавке, многообразию
способов внепечной обработки стали и их сочетани-
ям, технологии непрерывной разливки и качеству не-
прерывнолитой заготовки. Н. П. Лякишев выделил тот
круг наиболее острых металлургических вопросов,
которыми уже занимаются или только предстоит за-
няться работникам науки и производства.
Ряд положений доклада Н. П. Лякишева получил
развитие в докладах ФГУП “ЦНИИчермет” — “Ос-
новные направления развития современных техноло-
гий внепечной обработки и проблема неметалличес-
ких включений в стали” и “Принципы конструирова-
ния шлакообразующих смесей, предотвращающих
возникновение поверхностных дефектов непрерывно-
литых заготовок”. Это касается прежде всего повыше-
ния чистоты стали и получения “бездефектной” не-
прерывнолитой заготовки как основополагающих тре-
бований при разработке оборудования и технологий
сталеплавильного производства в целом.
Ряд докладов отражает мнение машиностроителей
и проектировщиков как о инжиниринговых решениях
отдельных агрегатов, так и о их компоновке. Так, в док-
ладе “Принципиальные организационные, конструк-
тивные и технологические решения ООО “Уралмаш —
Металлургическое оборудование” при создании новых
и реконструкции существующих МНЛЗ” (Л. В. Була-
нов) представлены современные компоновочные реше-
ния МНЛЗ, концептуальные принципы построения
технологического канала и технологические пакеты с
реализацией средствами АСУТП. Отдельный доклад
посвящен вопросу мягкого обжатия в проектных раз-
работках МНЛЗ ООО “Уралмаш — Металлургическое
оборудование”. Сегодня ООО “Уралмаш — Металлур-
гическое оборудование” предлагает заказчикам проек-
ты МНЛЗ, соответствующие самому высокому мирово-
му уровню, и в 2006 — 2007 гг. осуществляет пуск: ре-
конструируемых 2-ручьевых МНЛЗ № 1, 2, 3 и 4 ново-
го поколения в ККЦ ОАО “Северсталь”, при этом на
МНЛЗ № 2 производительностью 2,5 млн т в год будет
реализована система мягкого обжатия; реконструируе-
мой 2-ручьевой МНЛЗ № 5 в ЭСПЦ ОАО ММК.
С докладом “Инжиниринговые возможности АО
НКМЗ в создании современных металлургических ком-
плексов” выступил Ю. В. Сусь. Руководством АО
НКМЗ определен широкий комплекс научно-исследо-
вательских и опытно-конструкторских работ, направ-
ленных на создание технологий, программного продук-
та и методик расчетов для разработки основных техни-
ческих решений и базовых проектов по следующим
направлениям: технологические комплексы прямого
восстановления железа; дуговые электросталеплавиль-
ные печи; агрегат ковш-печь (АКП); агрегат ковшово-
го вакуумирования стали типа VD и VOD; установки
непрерывного литья сортовой заготовки и слябов; ли-
тейно-прокатные агрегаты; широкополосные станы
горячей прокатки традиционной конфигурации, а так-
же станы Стеккеля; толстолистовые станы; станы хо-
лодной прокатки; мелкосортно-проволочные станы;
агрегаты по разделке и упаковке проката.
Основные технические и организационные аспек-
ты разработки рабочих проектов размещения новых
МНЛЗ на трех металлургических заводах представле-
1SSN 0038-920Х. “Столь ”. № 8. 2006 г.
35


ны ООО “Гипромез” (Б. М. Шапиро). В докладе зат-
ронут широкий круг вопросов, включая работу специ-
алистов Гипромеза с заказчиками и фирмами — по-
ставщиками оборудования. К этим разноплановым
объектам, пущенным в конце 2005 г. и начале 2006 г.,
относятся:
конвертерный цех № 2 ОАО ЗСМК с двумя 350-т
конвертерами, одноручьевая слябовая МНЛЗ фирмы
“VAI” (Австрия) расположена в новом здании, при-
страиваемом к существующему цеху;
электросталеплавильный цех ОАО ОЭМК с че-
тырьмя 150-т электропечами, сортовая МНЛЗ фирмы
“Concast” (Швейцария) сооружена внутри действую-
щего цеха;
мартеновский цех ОАО “Лиепаяс Металургс” со
175-т печами, сортовая МНЛЗ фирмы “VAI-Pomini”
находится внутри действующего цеха.
Интересная концепция по мини-металлургическо-
му комплексу для производства арматуры и катанки
представлена в докладе М. Н. Шуляка (ЦНИИчермет
и ООО “АиМ Инжиниринг”). Литейно-прокатный
агрегат с планетарным станом производительностью
до 100 тыс. т в год предназначен для получения на
одноручьевой МНЛЗ заготовки сечением 120x120 мм
из углеродистых и легированных сталей, прутков и
катанки диам. 6 — 20 мм. Объединение процессов
непрерывного литья и прокатки позволяет снизить по
сравнению с традиционным цикл производства в 10
раз, расход энергии почти в 2 раза, потери металла в
4 раза, себестоимость продукции на 40 — 50 %.
Содержательные доклады преимущественно рек-
ламного характера представили наши зарубежные кол-
леги: С. Н. Бут (ООО “Сименс”) “Инновационные
решения компании “Siemens” для МНЛЗ”; Й. Лан-
шютцер (“Siemens VAI”, Австрия) “Технология непре-
рывной разливки ФАИ”; К. Шраде (“Siemens VAI”,
Германия) “Новая концепция высокопроизводитель-
ной установки RH”; А. В. Киселев (ООО “РХИ СНГ”,
RHI AG) “Инновационные концепции футеровок
промежуточных ковшей от компании “РХИ АГ”; Г.
Клайншмидт (“SMS Demag AG”, Германия) “Передо-
вые решения для современного производства стали и
непрерывной разливки”.
Учитывая то, что плавильный агрегат в современ-
ных условиях выпускает полупродукт, первостепенное
значение приобретает внепечная обработка. К тому же
в силу специфики непрерывной разливки к жидкому
металлу предъявляют дополнительные требования по
температуре, химическому составу и чистоте. На кон-
ференции прослеживалась связь этих двух процессов.
В докладах ОАО “Завод “Универсальное оборудова-
ние” (Д. А. Дюдкин) проанализировано состояние тех-
нологии внепечной обработки металлургических рас-
плавов порошковыми проволоками с различными
наполнителями, включая редкоземельные металлы.
Обработка чугуна магнийсодержащими проволоками
не требует значительных капитальных и эксплуатаци-
онных затрат, обеспечивает высокую эффективность
десульфурации (до 0,012 % S), стабильность результа-
тов в соответствии с требованиями в условиях массо-
вого производства, значительное снижение вредных
выбросов. В настоящее время данная технология ис-
пользуется в ОАО “Мариупольский металлургический]
комбинат им. Ильича”, ОАО “Тулачермет”, ОАО “Ли-
пецкий металлургический завод “Свободный Сокол”
и на других предприятиях.
При производстве высококачественного металла
ддя магистральных газо- и нефтепроводов, судостро-
ения, строительной индустрии внепечная обработка
стали кальцийсодержащими реагентами (в основном
в виде порошковых проволок) является неотъемлемой
частью технологии. В последние годы появилась тен-
денция использования силикокальция марки СК40.
Усвоение кальция при использовании проволоки с
наполнением СК40 на 15 — 30 % выше относительно
проволоки с наполнением СК.30 при обработке в оди-
наковых условиях аналогичного сортамента сталей,
при этом расход проволоки снижается в 1,5 — 1,7 раза
при достижении одинакового уровня остаточного со-
держания кальция и хорошей разливаемости металла.
Для сталей с низким содержанием кремния целе-
сообразно использовать порошковую проволоку с
А1Са или FeCa. Применение алюмокальциевой прово-
локи позволяет совместить процессы модифицирова-
ния, микролегирования и корректировки содержания
алюминия. Современная технология производства
сталей с повышенными требованиями по обрабатыва-
емости (с нормированным содержанием серы) вклю-
чает обязательное использование кальций- и серосо-
держащих порошковых проволок. Впервые в СНГ тех-
нология использования проволоки с наполнением
чистой серой была освоена на ОАО ОЭМК совместно
с сотрудниками ОАО “Завод “Универсальное оборудо-
вание”, а затем получила распространение на многих
предприятиях.
Проведенные на одном из предприятий исследова-
ния показали, что при использовании проволоки с
наполнением комплексным модификатором (РЗМ,
Са, Si) общая загрязненность трубной стали неметал-
лическим включениями снижается в 1,5 — 2,0 раза,
загрязненность по сульфидам — в 2,5 раза, при этом
коррозионно-активные неметаллические включения
практически отсутствуют.
Одним из перспективных направлений современ-
ной металлургии является микролегирование стали
химически активными элементами, влияющими на
формирование структуры и улучшающими потреби-
тельские свойства стали. Наряду с ванадием, ниоби-
ем, титаном, молибденом в практике микролегирова-
ния широко применяют бор. При этом содержание
бора для различных сталей должно строго регламен-
тироваться, особенно по верхнему пределу, что дости-
гается при вводе этого элемента порошковой прово-
локой. Широко используют внепечное легирование
стали ниобием и ванадием, несмотря на довольно
высокое усвоение этих элементов из кусковых ферро-
сплавов (85 - 93 %). В порошковой проволоке усвое-
ние основных элементов составляет практически
38
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
100 %. При вводе в сталь титана порошковой прово-
локой его усвоение повышается в 1,5 -2.0 раза по
сравнению с кусковыми ферросплавами.
Перспективным представляется также использова-
ние порошковых проволок для достижения специаль-
ных свойств стали, например повышения прочност-
ных характеристик в результате нитридного упрочне-
ния. Для этого в ОАО “Завод “Универсальное обору-
дование” также разработан ряд составов наполнителей
порошковых проволок, включающих карбамид, азоти-
рованный ферросилиций. Выпускаемая порошковая
проволока практически не имеет ограничений по со-
ставу и состоянию наполнителей. Завод сотрудничает
со многими предприятиями черной металлургии Ук-
раины и стран СНГ.
В последние годы в АО НКМЗ (Ю. Н. Белобров)
накоплен значительный опыт по реконструкции
мини-заводов с выпуском специализированной про-
дукции, построены три многофункциональных комп-
лекса внепечной обработки стали: АКТ! — вакууматор
VD/VOD. При этом в условиях серьезной конкурен-
ции АО НКМЗ выиграло тендеры на разработку и
реконструировало сталеплавильные цехи ОАО “Вык-
сунский металлургический завод” и ОАО “Энерго-
машспецсталь”.
Проектирование технологии и агрегатов комплек-
са внепечной обработки осуществляется с применени-
ем оригинальных математических моделей и расчет-
ных методик, что позволяет обеспечить: экономичный
подогрев плавки во взаимосвязи со шлаковым режи-
мом; оптимизированный энерготехнологический ре-
жим внепечной обработки и расчет на его основе па-
раметров трансформатора; “теплую” конструкцию
водоохлаждаемых элементов; оптимальные параметры
продувки расплава для перемешивания во время на-
грева и при вакуумировании; сокращение удельного
расхода пара; разработку способов оптимизации ре-
жимов кислородной продувки металла при вакуум-
кислородном обезуглероживании. Динамика измене-
ния технологических параметров агрегатов комплек-
са положительна; например, удельный расход элект-
роэнергии в сравнении с первыми проектами снизил-
ся с 0,5 до 0,3 кВт • ч/(т • °C), или на 40 %.
Впервые на подобных конференциях в России
выступила группа STG — Джессате (Милан), Италия,
которая нашла свое место на российском рынке. В
докладе “Внепечная обработка стали в ковше-печи:
практический подход” В. Баландино изложил подхо-
ды группы к оптимизации не только компоновки и
расположения установки ковш-печь, установок ваку-
умной дегазации и вакуумно-кислородного обезугле-
роживания, но и технологического процесса для дос-
тижения наилучших результатов с точки зрения капи-
тальных вложений, себестоимости и качества продук-
ции. Группа STG также представила новый метод со-
здания вакуума. Альтернативой инжектированию пара
представляется система сухих механических насосов,
где применяются насосы-генераторы Рутса, имеющие
преимущество по сравнению с паровыми.
В ОАО “Западно-Сибирский металлургический
комбинат” (А. А. Михалев) в ККЦ-2 в апреле 2005 г.
введен самый крупный 350-т двухпозиционный АКП
фирмы “VAI Fuchs” для подготовки металла к раз-
ливке на сортовой (сечение заготовки 150x150,
150x200 мм) и слябовой (170 — 250x1700 — 1750 мм)
МНЛЗ. Характеристики установки: мощность транс-
форматора 40 МВ • А; число ступеней напряжения 21,
вторичное напряжение 280 — 500 В; максимальная
сила тока 51,6 кА; скорость нагрева до 4 °С/мин. С
ноября 2005 г. обработку металла проводят на обеих
позициях АКП. В среднем цикл обработки составил
55 мин для сортовой МНЛЗ и 57 мин для слябовой
при трех циклах нагрева со средней длительностью
16 мин (один цикл для шлакообразования и два —
для нагрева металла). Концентрация серы в среднем
снизилась с 0,018 % перед выпуском из конвертера
до 0,011 % в готовом металле при сквозной степени
десульфурации 38,1 %. На АКП концентрация серы
в среднем уменьшилась на 0,006 % при степени де-
сульфурации 32,5 %. В целом на АКП при обработке
стали для сортовой МНЛЗ уменьшились температура
выпуска из конвертера для разных сталей в среднем на
35 — 41 °C, расход жидкого чугуна на 40,83 кг/т — с
854,36 (2004 г.) до 813,53 кг/т (2005 г.), температура
выдачи металла на разливку на 10 — 15 °C, увеличи-
лась средняя скорость разливки на 0,02 — 0,05 м/мин,
сократились потери металла на 0,005 % и улучшилось
его качество.
ОАО “Северсталь” (В. Г. Ордин) постоянно обнов-
ляет и совершенствует средства внепечной обработки
в конвертерном цехе. В 2002 г. введен крупнейший в
мире “танковый” вакууматор VD — ОВ, универсаль-
ность которого позволяет успешно обрабатывать ма-
лоуглеродистые стали типа IF, а также трубные и су-
довые стали. Использование агрегата VD — ОВ позво-
лило начать производство сталей типа IF с содержа-
нием углерода и азота не более 50 ppm каждого, а так-
же производить трубные и судовые стали с содержа-
нием водорода не более 2 ppm, серы не более 30 ppm
и баллом неметаллических включений не более 2 по
ASTM Е 45.
Следует отметить, что для эффективной внепеч-
ной обработки на любых агрегатах необходимым ус-
ловием является минимизация количества окисли-
тельного шлака, попадающего в ковш при выпуске.
В связи с этим впервые в России все конвертеры ОАО
“Северсталь” оборудовали уникальными системами
для отсечки шлака — поплавками типа “дротиков” с
определением момента их сброса в район сталевы-
пускного отверстия с учетом угла наклона конверте-
ра и момента начала попадания шлака с использова-
нием специальной тепловизионной камеры. Приме-
нение этого устройства позволяет уменьшить коли-
чество окислительного шлака в 1,5 — 3,0 раза, создать
условия для наведения в сталеразливочном ковше
шлака с требуемыми физико-химическими свойства-
ми, повысить на 10 % усвоение раскислителей и ле-
гирующих элементов.
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
39
На следующем этапе для производства сталей с
супернизким содержанием серы (10 — 30 ppm) в ОАО
“Северсталь” впервые в России в 2004 г. введена одна
из крупнейших в мире установок десульфурации чу-
гуна. Установка позволяет получать заданное содер-
жание серы в чугуне при минимальных временных
затратах, что особенно важно для синхронизации ра-
боты конвертеров и установки десульфурации в ус-
ловиях значительного объема производства стали —
более 8 млн т в год. В 2005 г. был введен двухпозици-
онный АКП. Это позволило исключить лимитирую-
щую роль внепечной обработки, синхронизировать
всю цепочку производства стали — конвертеры —>
—> внепечная обработка —> непрерывная разливка, на
7 — 10 % повысить долю продукции, принятой с пер-
вого предъявления, уменьшить температуру металла
перед выпуском на 20 — 30 °C, создав тем самым ус-
ловия для повышения стойкости футеровки конвер-
теров, стабилизировать температуру перед разливкой,
что благоприятно отразилось как на процессе разлив-
ки, так и на качестве слябов, использовать металло-
лом с более низкими требованиями к качеству (в
частности, по сере).
Наличие столь мощного арсенала средств позволя-
ет гибко варьировать схемы внепечной обработки для
достижения требуемого качества металлопроката с
минимальными затратами. Это наиболее актуально в
связи с запланированным в 2006 г. вводом реконстру-
ируемой МНЛЗ № 2, предназначенной для разливки
как сталей типа IF, так и трубных сталей с толщиной
сляба до 315 мм и шириной до 2000 мм.
В ОАО “Северский трубный завод” (А. С. Дегай) в
докладах “Освоение и совершенствование технологии
внепечной обработки стали при производстве горяче-
деформированных нефтегазопроводных труб” и “Вли-
яние температурного режима внепечной обработки на
свойства расплавов и механические характеристики
горячедеформированных труб” обобщен более чем
трехлетний опыт внепечной обработки мартеновской
стали на АКП с позиций оценки возможностей и ре-
зервов повышения качества жидкого металла и их
влияния на сквозные показатели производства горя-
чедеформированных нефтегазопроводных труб в хла-
до- и коррозионно-стойком исполнении.
Наиболее ощутимым результатом внепечной обра-
ботки было существенное уменьшение в жидком ме-
талле перед разливкой содержания серы (до 0,01 %) и
общего содержания кислорода (до 25 — 35 ppm), что
привело к значительному снижению загрязненности
трубного металла (стали 20, 20А) неметаллическими
включениями и позволило расширить производство и
поставку труб по техническим условиям. В значитель-
ной мере этому способствовали проведенные исследо-
вания и совершенствование технологии подготовки
металла. Особое внимание уделено температурному
режиму и технологии модифицирования, совершен-
ствование которых позволило существенно повысить
уровень механических и коррозионных свойств труб
(стали 20КТ, 20ФЧА, 20ЧА, 08ХМФЧА), упростить
цикл термической обработки и сократить объем испы-
таний готовой продукции.
На основании полученных результатов была разра-
ботана технология обработки стали на АКП, особен-
ностью температурного режима которой было увели-
чение среднеинтегральной температуры и длительно-
сти термовременной обработки. Внепечная обработ-
ка значительно расширила возможности выплавки
легированного металла и производства новых видов
конкурентоспособной продукции.
Доклад ОАО “Новокузнецкий металлургический
комбинат” (В. В. Гаврилов) посвящен освоению про-
изводства железнодорожных рельсов из электростали,
обработанной на АКП и разлитой на МНЛЗ. Обработ-
ка металла на АКП позволила снизить содержание
кислорода в рельсах, производимых по ТУ 0921-118-
01124328—2003 “Рельсы железнодорожные типа Р65
низкотемпературной надежности”, с 55 — 60 до 25 -
30 ppm, среднюю длину строчек хрупкоразрушенных
сложных оксидов с 0,355 до 0,220 мм. Была скоррек-
тирована скорость разливки по реальной температуре
металла в промежуточном ковше. Это обеспечило
высокий уровень механических свойств объемно-за-
каленных рельсов.
Другой важной проблеме производства металла для
железнодорожного транспорта посвящен доклад Ниж-
неднепровского трубопрокатного завода “Повышение
эффективности вакуумирования металла для железно-
дорожных колес ” (В. В. Тягний). В работе приводятся
результаты исследований по влиянию длительности
вакуумирования (3 — 25 мин) “нераскисленной” ко-
лесной стали на кинетику удаления водорода и актив-
ного кислорода. Экспериментально установлено, что
при вакуумировании колесного металла происходит
значительное снижение содержания газов: активного
кислорода более чем на 50 % и водорода более чем на
75 % (от исходного). Причем основная часть удаляет-
ся в течение первых 10 — 15 мин. Уже за это время
содержание водорода в стали гарантированно снижа-
ется до менее 2 ppm, что требуется нормативной до-
кументацией. Показана возможность уменьшения
длительности вакуумирования нераскисленного ме-
талла на 10 — 15 мин с одновременным сокращением
общего расхода аргона на вакуумирование вдвое. Ва-
куумирование нераскисленной колесной стали позво-
ляет уменьшать активность кислорода в среднем на
13,1 ppm (min 10,2 — max 15,2 ppm) за счет саморас-
кисления металла при обработке. Благодаря этому
расход алюминия и силикокальция на окончательное
раскисление был существенно снижен.
Блок докладов относился к вопросам реконструк-
ции как самих МНЛЗ, так и отдельных узлов обору-
дования. В докладе ОАО ОЭМК (С. П. Бокарев) пред-
ставлен опыт реконструкции блюмовой МНЛЗ № 2 и
внедрения новых мощностей непрерывной разливки
в ЭСПЦ. Реконструкция МНЛЗ проведена в период
капитального ремонта. Были установлены новые ме-
ханизмы качания рессорного типа, кристаллизаторы
и система электромагнитного перемешивания (ЭМП).
40
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Механизм качания и кристаллизаторы были изготов-
лены фирмой “SMS-Demag”, система ЭМП — фир-
мой “АВВ”. По предложению комбината фирмой
“SMS-Demag” был изготовлен специальный механизм
перемещения катушек ЭМП вдоль технологической
оси ручья. После реконструкции МНЛЗ № 2 и запус-
ка нового оборудования потребовались корректиров-
ка технологии разливки и оптимизация режимов ра-
боты ЭМП. Было определено оптимальное располо-
жение катушек относительно мениска металла в кри-
сталлизаторе, улучшены режимы работы, отличающи-
еся от первоначально предложенных фирмой. Приме-
нение нового оборудования и скорректированная тех-
нология позволили значительно улучшить качество
литого и катаного металла, в том числе и подшипни-
ковой стали.
ОАО ‘‘АХК ВНИИметмаш” (А. В. Шапиро) прове-
ло реконструкцию МНЛЗ (кристаллизатор и ЗВО) на
Волжском трубном заводе. При этом основное внима-
ние было уделено тепловой работе кристаллизатора,
повышению его стойкости, формированию круглой
заготовки при повышенных скоростях разливки.
В докладе ОАО “Камасталь” “Попеременная от-
ливка на одной машине заготовок различных сече-
ний” (Б. И. Сахнов) отмечено, что 2 двухручьевые
МНЛЗ вертикального типа были пущены в 1958 г. В
1961 — 1963 гг. МНЛЗ были реконструированы на че-
тыре независимые машины: № 1 и 4 — одноручьевые
слябовые (сечение 175x1020 мм), № 2 — комбиниро-
ванная — три ручья для отливки блюмов сечением
280x370 мм и два ручья для отливки кузнечных загото-
вок сечением 450x540 мм; № 3 — трехручьевая для от-
ливки блюмов 280x370 мм и расходуемых электродов
ЭШП сечением 280x300 мм. В МНЛЗ используются
следующие нестандартные конструктивные решения:
система установки кристаллизаторов с креплением
их нижней части на подпружиненных растяжках, что
обеспечивает высокую стойкость;
системы установки и крепления роликов ЗВО типа
самоустанавливающейся гирлянды с пружинным под-
жатием на размер сляба, благодаря этому, а также
применению роликов из стали 38ХНЗМФА обеспечи-
вается их высокая стойкость;
быстрая смена сечений отливаемых заготовок (ма-
шины № 2 и 3) за счет оригинальной конструкции
перекатываемой тележки с двумя комплектами крис-
таллизаторов и универсальности конструкции роли-
ков ЗВО и валков тянущих клетей;
отсутствие промежуточного ковша, разливка из
сталеразливочного ковша через диполь. Из-за боль-
шого разнообразия сортамента нет необходимости
разливать сталь методом “плавка на плавку”.
Практически все нестандартные решения пред-
ставляют интерес для предприятий малой металлур-
гии, сопоставимых с ОАО “Камасталь” по объемам
производства и сортаменту.
Свою концепцию реконструкции МНЛЗ предста-
вили НПО “Доникс”, АО НКМЗ и ДонНТУ в докла-
де “Инжиниринговые решения по комплексной ре-
конструкции вертикальных слябовых МНЛЗ”. Разра-
ботан комплекс расчетных и технологических про-
грамм, позволяющих решить задачи проектирования
и управления — от оптимизации геометрических па-
раметров промежуточного ковша, условий дозирова-
ния металла, базового радиуса машины, конструкции
кристаллизатора до прогнозирования оптимального
раскроя слитка. Это обеспечило гибкость при выборе
конструкции МНЛЗ (вертикальная, радиальная, кри-
волинейная с вертикальным кристаллизатором и пр.).
С учетом этих разработок АО НКМЗ совместно с ав-
стрийской фирмой “VAI” изготовили оборудование
для EKO Stahl (Германия), LTV Steel (США), ОАО
НЛМК (Россия), ОАО “ММК им. Ильича” (Украина).
Параллельно проводили собственный инжиниринг
современной высокопроизводительной слябовой ма-
шины. В 2002 г. был закончен базовый проект, в объе-
ме которого разработаны обшая компоновка МНЛЗ,
конструкция основных узлов, агрегатов и систем, ос-
новные элементы системы управления.
Заслуживают внимания работы по совершенство-
ванию сортовых МНЛЗ. Так, в ОАО “Западно-Сибир-
ский металлургический комбинат” реконструирована
с помощью фирмы “Danieli” и выведена на проектную
мощность 8-ручьевая сортовая МНЛЗ для производ-
ства заготовок сечением 150x150 и 150x200 мм из уг-
леродистой (0,05 — 0,50 % [С]) и низколегированной
сталей как для собственного передела на стане 450, так
и для получения товарной продукции преимуществен-
но по экспортным заказам. На этой машине разлива-
ют конвертерную сталь из 350-т ковша. Реконструк-
ция коснулась прежде всего перевода ЗВО на полно-
стью водяное струйное охлаждение.
При усовершенствовании технологии производства
сортовых заготовок и оборудования ЗВО длительность
разливки уменьшилась на 10 — 20 %, число плавок в
серии увеличилось на 40 %, снизились расход огне-
упоров и потери металла, повысились выход годного
до 98,9 % и производство продукции на 20 %.
О достижениях и новых решениях в части обору-
дования и технологии разливки на 6-ручьевых МНЛЗ
сообщили ОАО ММ3, ОАО “АХК ВНИИметмаш”,
МГТУ им. Н. Э. Баумана в докладе “Разработка и про-
мышленное освоение новых технологических узлов
МНЛЗ для высокоскоростного литья сортовых заго-
товок” (В. Л. Данилов); ОАО “Енакиевский металлур-
гический завод” и АО НКМЗ в докладе “Опыт эксп-
луатации 6-ручьевых сортовых МНЛЗ в ККЦ ОАО
ЕМЗ: достигнутые показатели, перспективы разви-
тия’ ’ (Ю. В. Оробцев).
В ОАО ММ3 реконструкции подвергли технологи-
ческие узлы, от которых главным образом зависит
возможность реализации высокоскоростной разливки:
промежуточный ковш, кристаллизатор, механизм его
качания, ЗВО, машину резки заготовок, затравку и
устройство ее транспортировки, уборочные устрой-
ства. Реконструкция обеспечила бесперебойную экс-
плуатацию машины с коэффициентом горячего ис-
пользования до 91 % фонда рабочего времени.
ISSN 0038-920Х. “Сталь". № 8. 2006г.
41
Разработано и промышленно освоено новое тяну-
ще-правильное устройство (ТПУ), обеспечивающее
вытягивание заготовки со стабильной скоростью при
минимальном давлении тянущих валков. Задача реше-
на с помощью полноприводного двухвалкового бло-
ка, компактность которого позволяет использовать его
в стесненных условиях ТПУ многоручьевых МНЛЗ.
Средняя рабочая скорость разливки заготовки сечени-
ем 125x125 мм составляет 4,0 м/мин.
В ОАО ЕМЗ важное значение придается поиску
резервов повышения производительности, например
сокращению простоев, которого в основном добива-
ются увеличением числа плавок, разливаемых без ос-
тановки (повышение серийности), росту производства
МНЛЗ в “горячий” час за счет повышения скорости
разливки. Внедряемая на заводе технология быстрой
смены промежуточного ковша позволила сократить
время его замены при серийной разливке до 5 мин с
повышением температуры поверхности заготовки на
выходе из ЗВО до 950 — 980 °C. В ОАО ЕМЗ достигну-
ты скорости разливки до 6 м/мин на сечении 100x100
мм и до 3,0 — 3,3 м/мин на сечении 150x150 мм. Ка-
чество поверхности и макроструктура заготовок соот-
ветствуют лучшим мировым образцам.
О практике непрерывной разливки на мини-заво-
де “Badische Stahl Werke GmbH” говорилось в докладе
“Высокие надежность и производительность сортовых
МНЛЗ завода “Badische Stahl Werke” (М. Шмитт). В
составе цеха наряду с двумя 90-т ДСП, двумя 90-т
АКП функционируют две 5-ручьевые МНЛЗ. Пара-
метры машины: радиус 6,2 м, сечение квадрат 130 мм,
скорость разливки 3,5 м/мин, длительность разливки
на пяти ручьях 40 мин, длина медных хромированных
гильз 1000 мм. Стойкость сталеразливочных ковшей
100 плавок, промежуточных ковшей — 235 плавок при
серийности 35 — 55 плавок. Применяемая система
кристаллизаторов БАмолд имеет следующие особен-
ности: используется гильза со спреерным охлаждени-
ем, кристаллизатор и гидравлический осциллятор
смонтированы на тележке для смены кристаллизато-
ра. Такая конструкция позволяет быстро заменить
кристаллизатор на ручье без остановки разливки.
Стойкость гильзы БАмолд превышает 455 плавок.
ФГУП “ЦНИИчермет” и ООО “Корад” совмест-
но представили серию докладов, посвященных разра-
боткам и опыту эксплуатации гильзовых и слябовых
кристаллизаторов, анализу работы и модернизации
систем вторичного охлаждения в виде концептуально-
го подхода и применительно к конкретным условиям
МНЛЗ ряда предприятий, в частности ОАО “Север-
сталь”, ОАО “Мариупольский металлургический ком-
бинат им. Ильича” и ОАО “УралСталь”.
Концепция вторичного охлаждения ООО “Урал-
маш — Металлургическое оборудование” представле-
на в докладе Л. В. Буланова. Она ориентирована на
дифференцированный по химическому составу сталей
“горячий” тепловой профиль, который обеспечивает:
отсутствие попадания в интервал хрупкости, практи-
чески постоянную скорость кристаллизации в диапа-
зоне рабочих скоростей разливки, минимальные тем-
пературные градиенты и растягивающие напряжения
и деформации на наружной поверхности заготовок.
Управление вторичным охлаждением осуществляется
с базового уровня по уставкам, рассчитываемым в
реальном времени на верхнем уровне АСУТП по мо-
дели “Ekspress” с прямой связью и “Dinamika vl.0” с
обратной связью. В основе управления вторичным
охлаждением лежит принцип поддержания постоян-
ного теплового профиля независимо от скорости ли-
тья, что исключает переохлаждение и вторичные ра-
зогревы поверхности слитка. Реализация этой концеп-
ции предусмотрена на МНЛЗ конвертерного цеха ОАО
“Северсталь” и в ЭСПЦ ОАО ММ К.
Значительное место заняли доклады по качеству
литого металла. В докладе ФГУП “ЦНИИчермет”-
“Определение условий предотвращения образования
паукообразных и сетчатых трещин” (В. В. Соснин)
показано, что образование трещин обусловлено в ос-
новном попаданием меди, соскабливаемой поверхно-
стью заготовки со стенок кристаллизатора, примеся-
ми легкоплавких металлов в стали и окислением.
Получен простой количественный критерий образо-
вания трещин на поверхности непрерывнолитых заго-
товок, необходимый для оптимизации режимов не-
прерывной разливки. Он определяется условием пре-
вышения в локальной области заготовки суммарны-
ми действующими напряжениями уровня прочности
металла в течение критического времени. Для предот-
вращения образования трещин данного вида темпера-
турно-временной интервал действия максимальных
суммарных напряжений (при термоциклировании в
ЗВО) не должен совпадать с интервалом реализации
минимальной прочности и пластичности металла на
площади поверхности заготовки, где возможно разви-
тие трещины критического размера.
Влиянию примесей легкоплавких цветных метал-
лов на образование приповерхностных трещин в го-
рячекатаном листе из медьсодержащих сталей (10 -
15ХСНД, АБ2-1, АК32) посвящен доклад ФГУП
“ЦНИИчермет” и ОАО “Северсталь” (В. В. Соснин).
Созвучен этому доклад ОАО “МК “Азовсталь” “Взаи-
мосвязь химического состава стали и качества поверх-
ности непрерывнолитых слябов” (О. Б. Исаев).
Проблеме качества непрерывнолитых слябов по-
священ доклад ОАО “УралСталь”, ФГУП “ЦНИИчер-
мет” и ООО “Корад” (Д. С. Тарвид), где дан подроб-
ный анализ причин образования поверхностных и
внутренних дефектов слябов, разлитых на криволи-
нейных МНЛЗ электросталеплавильного цеха ОАО
“УралСталь”. Определены целый ряд технологических
параметров и состояние оборудования для получения
требуемого качества слябов.
В докладе ООО “Уралмаш - Металлургическое
оборудование” (Л. В. Буланов) “Влияние термонапря-
женно-деформированного состояния непрерывноли-
того сляба на трещинообразование” проанализирова-
ны напряженно-деформированное состояние сляба и
закономерности изменения линейных размеров (усад-
42
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
ки), напряжений и деформаций вдоль технологичес-
кой линии МНЛЗ, полученные на модели слитка в
пакете “AN SYS”.
К наружным дефектам, кроме различного рода
трещин, относятся и дефекты геометрической формы:
раздутие заготовки (выпуклость), ромбичность, трапе-
циевидность поперечного сечения, вогнутость, короб-
ление, серповидность, овальность и др. Вопросам об-
разования ромбичности и выпуклости граней при от-
ливке заготовок сечением 100x100 мм в ОАО ЧМК
посвящен доклад С. А. Ботникова.
Были представлены доклады фирмы “АВВ” по
электромагнитному воздействию на жидкую сталь при
ее кристаллизации. В докладе Л. Бейтельмана (АВВ,
Канада) о контроле сегрегации в квадратных заготов-
ках высокоуглеродистой стали с помощью электро-
магнитного перемешивания в кристаллизаторе про-
звучала необходимость двухуровневого перемешива-
ния. При этом для достижения низкого уровня сегре-
гации в заготовках необходимо перемешивание с ин-
тенсивностью гораздо большей, чем это требуется для
получения широкой равноосной зоны. Хотя мелкая и
равноосная структура ассоциируется с низким уров-
нем сегрегации, она не должна быть критерием оцен-
ки сегрегации углерода. Интенсивность перемешива-
ния становится более очевидной при производстве
заготовок среднего и малого сечения из высокоугле-
родистой стали с высокими скоростью разливки и
температурой перегрева.
В докладе фирмы “ABB Automation Technologies
А.В.”, Швеция, прозвучали основные условия и ме-
таллургические результаты применения электромаг-
нитных устройств в слябовых МНЛЗ (С. Колберт).
Разработан целый ряд электромагнитных перемеши-
вателей для разливки тонких, средних и традицион-
ных слябов. Например, применение системы электро-
магнитного торможения EMBR для разливки тонких
слябов на сегодняшний день — самая современная
технология для скоростных высокопроизводительных
машин. Устройство FC MEMS, предназначенное для
низко- и среднескоростных машин, позволяет конт-
ролировать интенсивность потока на мениске и реша-
ет проблему намораживания металла на наружной по-
верхности погружаемого стакана SEN. Все устройства
FC MEMS выпускаются встроенного типа и рекомен-
дованы для разливки перитектических сталей в широ-
кие кристаллизаторы. В последнее время для работы
на средне- и высокоскоростных традиционных слябо-
вых машинах все большее применение находят пере-
мешиватели FC Mold, где используются два независи-
мо управляемых статических магнитных поля: верхнее
- в районе мениска — для управления скоростью по-
тока, нижнее — для минимизации глубины проник-
новения истекающей струи. FC Mold работает на по-
стоянном токе и может иметь разное расположение в
кристаллизаторе — вмонтированное или внешнее.
Важное значение с точки зрения обеспечения ста-
бильности разливки имеет изучение механизма зарас-
тания выпускных и погружаемых стаканов. В докладе
ООО “Группа Магнезит”, НПП “Инжмет” и ФГУП
“ЦНИИчермет” (Л. М. Аксельрод) приведена топогра-
фия отложений в каналах корундографитовых стаканов
и объяснен механизм их зарастания. Оценка размера
включений глинозема и времени диффузионного рос-
та (до 90 % конечного объема) показывает, что при
активности кислорода ~ 1  10 3 % и 0,03 % [А1] могут
образоваться включения размером менее 1 мкм за вре-
мя ~ 0,7 с. Скорость нарастания слоя на внутренней
стенке погружаемых стаканов при обычных условиях
разливки через стаканы диам. 60 мм составляла в сред-
нем 0,10 — 0,12 мм/т. Более эффективными в сниже-
нии скорости зарастания, по мнению авторов, пред-
ставляются технические и технологические меры по
уменьшению содержания растворенного кислорода и
алюминия в металле к моменту разливки: внепечная
обработка металла (вакуумирование); разливка через
стаканы для поддержания максимально высокой тем-
пературы на поверхности канала металлопровода в те-
чение всего процесса; применение стаканов, уменьша-
ющих площадь поверхности их контакта с жидким
металлом и теплопроводность внутренней стенки; та-
кие стаканы могут иметь уширяющуюся книзу форму
(перевернутый усеченный конус), безуглеродистый со-
став огнеупора, формирующего внутреннюю поверх-
ность стакана, и образовывать газовую прослойку на
контакте жидкий металл — огнеупор.
Представляют интерес два доклада Нижегородско-
го государственного технического университета и
ФГУП “ЦНИИчермет” (В. М. Паршин) по управле-
нию потоками расплава в промежуточных ковшах и
кристаллизаторах. Разработанные по данным физи-
ческого моделирования для конкретных условий раз-
ливки промежуточные ковши с шлакоуловительными
перегородками и порогами с различными расположе-
нием и формой щелей и отверстий, а также безнапор-
ные погружаемые стаканы, выходные каналы которых
выполнены со смешением к центральной оси или в
виде диффузора со скошенной стенкой в сторону вра-
щения, все чаще используются для научно-обоснован-
ного проектирования и разработок металлургическо-
го оборудования и технологии разливки.
В настоящем обзоре представлены материалы по
основным направлениям развития технологий внепеч-
ной обработки и непрерывной разливки. Часть докла-
дов и сообщений осталась за пределами обзора, и ре-
дакция журнала готова опубликовать подготовленные
к печати материалы. В ходе обсуждения и при подве-
дении итогов конференции дана ее положительная
оценка, отмечены заинтересованность науки и произ-
водства в регулярных подобных встречах. Неформаль-
ная обстановка таких мероприятий располагает к об-
щению, обмену опытом, установлению профессио-
нальных контактов. Оргкомитет конференции плани-
рует проводить такие тематические конференции еже-
годно, об этом наши читатели будут заблаговременно
проинформированы.
В. М. Паршин, А. В. Куклев, А. В. Ларин
ФГУП ЦНИИчермет
ISSN 0038 -920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
43
УДК 621.74
Процессы плавки, обработки и
отливки, слитки, заготовки1
В Киеве 6-7 июня 2006 г. в Физико-технологичес-
ком институте металлов и сплавов НАН Украины
(ФТИМС НАНУ) проведен Международный научно-
технический конгресс “Процессы плавки, обработки
и разливки металлов: отливки, слитки, заготовки”.
Учредителями конгресса были Национальная акаде-
мия наук Украины, ФТИМС НАНУ, Министерство
образования и науки Украины, МП “Информлитье”.
В работе конгресса приняли участие ученые Укра-
ины и России, которые хорошо знали Виктора Алек-
сеевича Ефимова как выдающегося ученого в области
металлургии стали и литейного производства, работа-
ли с ним или под его руководством.
Перед началом конгресса была открыта мемори-
альная доска В. А. Ефимову. На митинге с вступитель-
ным словом выступил директор ФТИМС НАНУ В. Л.
Найдек, который отметил, что развитие отечественной
металлургической науки второй половины XX в. было
тесно связано с именем В. А. Ефимова, его вкладом в
изучение гидродинамических, теплофизических и
физико-химических процессов при формировании
слитков, отливок и непрерывнолитых заготовок. Ра-
боты Виктора Алексеевича в области гидродинамики
разливки, изучения теплообмена в процессе разливки
и формирования слитка, исследования процессов
массопереноса, кристаллизации, поверхностных явле-
ний, модифицирования стали, литейных свойств обо-
гатили теорию разливки и кристаллизации металла и
приблизили нас к освоению ряда технологических
решений, широко внедренных в производство (раз-
ливка кипящей стали под синтетическим шлаком,
рациональные режимы раскисления углеродистых
сталей, оптимальная конструкция ребристых кристал-
лизаторов и изложниц).
Затем выступил его ученик и коллега канд. техн,
наук Е. Д. Таранов. Он отметил, что в период руковод-
ства В. А. Ефимова институт стал ведущей научно-
исследовательской организацией страны в области
процессов литья и получил широкое признание оте-
чественных и зарубежных специалистов. Одновремен-
но В. А. Ефимов руководил самым крупным в инсти-
туте научным подразделением — отделом литья стали.
Он говорил о незаурядных личных качествах Виктора
Алексеевича, таких как доброжелательность, эруди-
ция, удивительная работоспособность, глубина интер-
претации полученных результатов. Будучи председа-
телем специализированного совета, В. А. Ефимов все-
гда выделял то главное, что определяло значимость
представленной к защите работы, старался научить и
По материалам Международного научно-технического конгресса,
посвященного 85-летию со дня рождения академика НАН Украины
В. А. Ефимова.
разливки металлов:
помочь, поддержать в трудную минуту и вместе пора-
доваться успехам.
С 1965 г. на протяжении 23 лет Виктор Алексеевич
руководил Институтом проблем литья АН УССР
(ныне ФТИМС НАНУ). За это время была проведена
реорганизация института, изменена его структура:
созданы отделы кристаллизации сплавов, магнитной
гидродинамики, технологии литья, новых методов
литья. Именно в этот период получили развитие но-
вые научные направления, связанные с использовани-
ем внешних воздействий на жидкий и кристаллизую-
щейся металл, с изучением физико-химических явле-
ний при модифицировании и легировании сплавов, с
разработкой современных процессов разливки стали
и получением качественных слитков и отливок, созда-
нием новых литых материалов и оборудования для
передовых технологических процессов.
Ученики Виктора Алексеевича чл.-корр. НАН Ук-
раины, проф. В. И. Дубоделов и акад. РЭА А. С. Эль-
дарханов отметили, что значимость научного наследия
В. А. Ефимова заключается не только в огромном
вкладе в теорию и практику металлургии стали, но и
в широкой популярности его публикаций, которые
стали настольными книгами у литейщиков и метал-
лургов. Вряд ли можно встретить книгу по литейной
тематике, где бы не было ссылок на труды В. А. Ефи-
мова. В работе конгресса принял участие заместитель
главного редактора журнала “Сталь” Е. А. Алексеев.
Он рассказал о многолетнем плодотворном сотрудни-
честве Виктора Алексеевича с журналом.
На конгрессе были представлены доклады по сле-
дующей тематике: жидкое состояние и кристаллиза-
ция сплавов; внепечная обработка расплавов; внеш-
ние воздействия на жидкий и кристаллизующийся
металл; литье цветных сплавов; управление процесса-
ми формирования структуры и свойств стальных слит-
ков и отливок; непрерывная разливка стали; техноло-
гия и оборудование для получения слитков и отливок.
Доклады докт. техн, наук, проф. А. Н. Смирнова
(ДонНТУ) посвящены процессам, сопровождающим
затвердевание в условиях наложения виброимпульсов,
а также формированию непрерывнолитой заготовки в
кристаллизаторе современной высокопроизводитель-
ной МНЛЗ. Докт. техн, наук Л. Б. Медовар (ИЭС
НАНУ) рассказал о проблемах энергосбережения при
производстве крупного слитка из высоколегирован-
ных сталей и сплавов. Доклады докт. техн, наук, проф.
Е. А. Казачкова с сотрудниками (Приазовский НТУ)
посвящены процессам коагуляции неметаллических
включений и рафинирования стали при внепечной
обработке и непрерывной разливке. В докладах докт.
техн, наук, проф. О. И. Пономаренко с сотрудниками
(Харьковский НТУ) речь шла об определении модели
44
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
[есте пора-
клексеевич
кн УССР
проведена
Структура:
иагнитной
К методов
Ьитие но-
Ььзовани-
галлизую-
ких явле-
плавов, с
|ки стали
|к, созда-
Вния для
llAH Ук-
I С. Эль-
васледия
ромном
ши, но и
которые
I метал-
итейной
|\. Ефи-
1ститель
иексеев.
врудни-
|io сле-
ллиза-
I внеш-
шийся
luecca-
к слит-
вноло-
шивок.
врнова
|ошим
Ььсов,
|вки в
тел fa-
me
ш при
юван-
1роф.
ПТУ)
1ских
иной
шокт.
ками
вели
вязкоупорного участка заготовки в графитовой втул-
ке кристаллизатора. Докт. техн, наук С. Я. Шипицын
(ФТИМС НАНУ) сообщил о перспективах коренно-
го повышения качества стального литья и проката с
помощью внепечной обработки и технологии нитрид-
ного упрочнения. Доклад докт. техн, наук В. С. Шу-
михина посвящен особенностям кристаллизации
аморфных сплавов системы Си — Zr — Me. В сообще-
нии чл.-корр. В. И. Дубоделова и докт. техн, наук К. С.
Богдана рассмотрены вопросы управления процессом
непрерывной разливки стали магнитовесовым мето-
дом. Докт. техн, наук В. Н. Костяков рассказал о но-
вых технологиях получения сплавов из оксидных ма-
териалов. В докладах чл.-корр. НАНУ В. П. Гаврилю-
ка и докт. техн, наук И. Г. Неижко показано влияние
кремния и изотермической закалки на структуру гра-
фитизированных чугунов. Докт. техн, наук В. Б. Буб-
ликов доложил о результатах исследования тепломас-
сообмена при модифицировании чугуна в проточных
реакторах. Вопросы газогидродинамики и теплофизи-
ки литья отражены в докладах докт. техн, наук И. О.
Шинского. Докт. техн, наук В. М. Соколов изложил
новый подход и методику изучения алюминотермии
украинских титановых руд. Ряд сообщений сделали
молодые сотрудники и аспиранты НИИ и вузов.
Всего было заслушано более 60 содержательных
докладов. Материалы конгресса могут быть полезны
для работников металлургических заводов, научно-
исследовательских институтов, вузов и проектно-тех-
нологических организаций.
Подготовил 3. А. Ярославец,
редактор журнала “Процессы литья”
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СТАТЕЙ
Журнал “Сталь” публикует статьи о новых технологиях и оборудовании, а также о совершенствова-
нии уже применяемых в черной металлургии, о передовом опыте улучшения качества продукции, пу-
тях достижения рентабельности производства, уменьшении вредного воздействия на окружающую
среду и других важных для отрасли вопросах.
В статье следует сообщить цель проведения работы, привести фактические данные, их анализ и дать
заключение (выводы). Текст статьи в двух экземплярах объемом не более 12 страниц должен быть до-
полнен кратким рефератом (в пределах полустраницы и с указанием индекса УДК), а также списком
подписей к рисункам. Библиографический список следует оформлять в соответствии с ГОСТ 7.1—2003.
На труднодоступные источники просьба не ссылаться. Поскольку рисунки в процессе выпуска журна-
ла подвергаются сканированию, они должны быть четкими, упрощенными и не загромождены надпи-
сями. Желательно не наносить на графики масштабную сетку (за исключением номограмм).
Статья должна быть подписана всеми авторами с указанием адреса и номера телефона.
Все материалы статьи редакция просит представлять по возможности и в электронном виде.
__________________________________________________ ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006г.
45
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 621.36:669.713.6
Институту ВНИИЭТО — 60 лет
История ВНИИЭТО (до 1991 г. Всесоюзный научно-
исследовательский, проектно-конструкторский и
технологический институт электротермического обо-
рудования — НПО “Электротерм”) начинается с се-
редины 40-х годов прошлого столетия. В 1946 г. был
образован государственный трест “Электропечь” и
постановлением Совмина СССР организовано при
нем ОКБ для создания специальных электропечей с
проведением НИОКР, а также сформулировано зада-
ние министерствам и ведомствам на изготовление
уже к 10 июня 1946 г. нескольких десятков печей,
дооснащение заводов-изготовителей материалами,
инструментом, оборудованием, жильем, специалис-
тами и рабочим персоналом. К шестидесятым годам
подотрасль электропечестроения имела уже 12 спе-
циализированных заводов по производству электро-
печей и пять СКБ. В 1961 г. ОКБ треста “Электро-
печь” постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР
было преобразовано во ВНИИЭТО с филиалами в
Харькове и Истре.
Научную основу разработок ВНИИЭТО составля-
ют принципы энергосберегающей, экологически чи-
стой и экономически эффективной технологии элек-
тронагрева, которые используются при создании раз-
личных вариантов электротермических технологий и
разнообразного оборудования для электронагрева и
электроплавки при производстве многих материалов,
изделий и услуг. В этих технологиях применяются все
способы преобразования электрической энергии в
тепловую; электросопротивление, электрическая дуга,
индукция, ионная корона, электронный луч, плазма,
лазер, а также их сочетание; используются рабочие
среды; различные газы, вакуум, компрессия; рабочие
температуры — от 30 до 3000 °C.
Основные технологические процессы электрона-
грева могут быть сгруппированы следующим образом:
восстановление металлов из руд; плавление металлов
и материалов; нагрев под пластическую деформацию
(прокатку, ковку, штамповку, прессование); термооб-
работка, спекание, обжиг; нанесение защитных, уп-
рочняющих и других покрытий; выращивание моно-
кристаллов, низкотемпературный нагрев, включая
бытовой.
Высокий научно-технический потенциал ВНИИЭТО
основан на аккумуляции и постоянном обновлении
знаний, базирующихся на многолетних исследовани-
Докт. техн, наук, проф. А. Н. Попов,
генеральный конструктор ВНИИЭТО
ях и разработках, которыми занимались ученые и
инженеры института. В результате было создано, за-
щищено и внедрено много новых технологий и видов
оборудования. Институт обладает патентным фондом
из более чем 150 тыс. экземпляров, выпущено около
2000 отчетов по НИР, разработана техническая доку-
ментация более чем на 2500 типов электропечей, по-
лучено около 1500 авторских свидетельств на изобре-
тения, более 200 патентов на разработки, более 30
лицензий продано за рубеж.
За прошедшие 60 лет разработано более 500 типов
плавильных и переплавных электропечей, более 2000
типов электропечей сопротивления для термообработ-
ки деталей машин, инструмента и проката, сотни ус-
тановок для поверхностной химико-термической,
ионной, плазменной, высокочастотной, электронно-
лучевой обработки и напыления, десятки типов лазе-
ров и установок для спекания порошков и компози-
Подлежит аозерлту в течение 2*-, часов
в Ооовую Группу У-Д.
Совета Министров СССР
СОВ. СЕКРЕТНО
(ОСОБАЯ ПАПКА)
%
СОВЕТ МИНИСТРОВ СССР
ПОСТАНОВЛЕНИЕ К? Ц07-448СС
от .	...- 194~6г. Москва, Кремль.
Об организации проакткроьгнчя и из-
roioaaeiiUF специальных электропечей
3 целях создания оавы со производству совредаянкс вакуум-
ная выгоиочастотнкх м вагредательЕНх электропечей, Совет LL-ищ-
стров Союзе СО? Пи'С'Пйц-,БШТ:
1. Обязать Министерство элехтросро^ыштенкости (т.Кабанове)
i) организовать при тресте "Электропечь" Особое Конструк-
торское Бюро по проектирозекпв специальных электроазчных уста-
новок ’’ОКБ’’ и кеучнс-исследоьательску» лебораторию при нём.
Разрешить т.Кабакову установить штат 0Д6 и лаборатории з
количестве 80 чел. и увеличить, соответственно, обще штата
Министерства электропромышленности;
б) обеспечить ю 10 июня 1946 г. разработку чертежей
эдектропечних установок, в том числе: высокочастотных вакуук-
ншх электропечей по типу печей американской фирм "Аякс”;
19. Сбязать Kffitscrepcw тэрговби СССР (тЛпбпвовп) виьеля» с
1 нэка 3946 г. с?:ег<эоячяо *3-:ппстерстьу элоктроарохизленпостй цопол'.д-
тельно е выделенные о’бу лиюте*: продовсльстпсввсх карточек в ироято
варних лгехтов для рабочих с Лт?, пшо.шягшгх заделия по настояли;;
Сортацоадеяпп,
22. обязать ккнзетра 5задтрэя?ул:тв?1ксси» ?»мбакоза взять вод
ад» по аастэядащ Постановдевив.
рчза ССР Л.Стадид
да»хя
ПЛадаоэ
I
I
I
реклама
46
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006 г.
ГИЯ
Попов,
иэто
зые и
ю, за-
вило в
ЗИЛОМ
около
доку-
й, по-
юбре-
ее 30
типов
: 2000
абог-
1И ус-
ской,
)ННО-
лазе-
този-
I
I
I
I
I
I
тов, выращивания кристаллов и монокристаллов,
миллионы нагревательных устройств, создано более
200 уникальных математических расчетных программ.
В настоящее время электротермическое оборудова-
ние, разработанное ВНИИЭТО, эксплуатируется во
всех отраслях народного хозяйства России и СНГ, в
том числе:
в черной металлургии — дуговые сталеплавильные
печи вместимостью от 5 до 200 т — на заводах Чере-
повецком, Новолипецком, “Красный Октябрь”, Челя-
бинском, Кузнецком, Орско-Халиловском, Златоус-
товском, “Электросталь”, “Амурсталь”, “Серп и мо-
лот”, “Днепроспецсталь”, Донецком, Молдавском,
Узбекском, Ижорском, Ижевском и др., ферросплав-
ные печи на Серовском, ЧЭМК, Кузнецком, Аксус-
ком (Ермаковеком), Актюбинском, Зестафонском,
Запорожском, Никопольском и других ферросплав-
ных заводах и производствах;
в спецметаллургии — дуговые сталеплавильные по-
стоянного тока, индукционные, индукционно-ваку-
умные, индукционные холоднотигельные, электро-
шлакового и вакуумно-дугового переплава, плазмен-
ные и электронно-лучевые печи и установки на заво-
дах “Электросталь”, “Днепроспецсталь”, Златоустов-
ском, Ижевском, Верхне-Салдинском, “Красный
Октябрь”, “Серп и молот”, Красногорском, Мариу-
польском, Челябинском, Серовском, Адмиралтейс-
ком, Ижорском и др.;
в литейных цехах — малая серия дуговых печей,
индукционных тигельных и печей сопротивления для
плавки стали, сплавов, чугуна, цветных металлов на
всех автомобильных заводах (автотранспортной про-
мышленности, машиностроительных различного про-
филя: ЗИЛ, АЗЛК, ГАЗ, УралАЗ, КамАЗ, Волгоградс-
кий, Павлодарский, Челябинский и другие трактор-
ные заводы, “Русский дизель”, Минский, Ярославс-
кий и другие моторные заводы, Станколит, Водопри-
бор, Энергомаш, ХТЗ, КРАЗ, ХЭМЗ, МАЗ и т. д.;
в цветной металлургии — руднотермические печи
для плавки медно-никелевых штейнов, титанистых
шлаков, дуговые и индукционные печи для переплава
никеля, меди, алюминия, титана, вольфрама, ниобия,
молибдена и других металлов, вакуумные печи для
переплава титана и его сплавов на заводах Норильс-
ком, Североникель, Печенганикель, Побужском ни-
келевом, Балхашском, Верхне-Салдинском, на ка-
бельных и алюминиевых заводах и т. д.;
в химической промышленности — крупнейшие руд-
нотермические печи мощностью до 80 МВ • А для
производства желтого фосфора, карбида кальция и
титанистых пигментов на заводах Куйбышевском,
Чимкентском, Джамбулском, Новоджамбулском, Ка-
рагандинском, Усолье-Сибирском, Усть-Каменогорс-
ком, Березниковском титано-магниевом и т. д.;
в трубном и рельсовом производстве — комплексы для
нагрева заготовок и термообработки проката различно-
го типа на Челябинском, Северском и Московском
трубопрокатных заводах, Верхне-Салдинском, Новоси-
бирском металлургических заводах, Нижнетагильском,
Магнитогорском меткомбинатах, Волгоградском,
Южно-Трубном, Харцызском и других заводах;
в производстве композитных и порошковых матери-
алов на заводах “Химволокно” в Рудном, Балаково,
Мытищах, Электроуглях, Светлогорске, на твердо-
сплавных заводах — МКТС и во Владикавказе, Киро-
вограде, Чирчике, Светловодске др.;
в подшипниковой промышленности внедрены элект-
ропечи и агрегаты для нагрева, термического и хими-
ко-термического упрочнения деталей подшипников —
конвейерные, толкательные, рольганговые, барабан-
ные, с пульсирующим подом, ручьевые, камерные, в
том числе вакуумные с нагревом сопротивления и ин-
дукционным на ГПЗ в Москве, Саратове, Куйбышеве,
Томске, Волжском, Вологде, Ростове-на-Дону, Курске,
Ижевске, Екатеринбурге, Краснодаре, Прокопьевске;
Харькове, Виннице, Луцке, Минске, Гомеле и др;
в инструментальной промышленности — ионно-
плазменное нанесение покрытий на кромки режуще-
го инструмента и процессы спекания твердосплавно-
го инструмента на заводах “Фрезер”, “Красный про-
летарий”, ЗИЛ, Оренбургском, Сестрорецком и др.;
в машиностроении — практически на всех заводах
полная гамма всех видов термообработки;
в прецизионном машиностроении — для нанесения
аморфного слоя на поверхности металлических деталей
и инструмента с использованием лазерных технологи-
ческих установок мощностью от 0,5 до 10 кВт в луче на
заводах Люблинском литейно-механическом, ОЗ ИВ-
ТАН, НПО “Техномаш”, ОЗ МАТИ, Коломенском теп-
ловозостроительном, КамАЗе, Борском, Мурманском
судоремонтном, Волгоградском моторном, ХТЗ, заво-
де им. Малышева, Рыбинском насосном и т. д.;
в атомном машиностроении — комплекс вакуумных
электропечей сопротивления для обработки деталей и
узлов из суперсплавов, титана, циркония и др. —
ВСМОЗ, заводы в Глазове, Челябинске, Электростали,
Ангарске, Томске, Красноярске и т. д., а также особо
надежных ТЭН для первого и второго контуров АЭС;
в порошковой металлургии — вакуумные и сверхва-
куумные высокотемпературные печи для спекания
металлических и металлокерамических композиций, а
также газостатические установки на температуры до
1600 — 1800 °C и давления до 2000 атм на заводе твер-
дых сплавов (Москва), “Электроконтакт” (Кинешма),
“Ижмаш”, КУМЗ, “Сибсельмаш”, ОЗКБ спецспла-
вов, “Композит”, “Полимет” и др.;
в электротехнике — для спекания углеграфитовых
изделий, фарфора, отжига кабельной продукции, суш-
ки и прокалки изоляционных изделий и лакокрасоч-
ных покрытий;
в оборонной и космической технике — различные
виды особо надежных нагревателей для летательных
аппаратов, пусковых устройств, морской техники,
особо высокотемпературные иллюминаторы из моно-
кристаллов сапфира, электропечи для плавки и пре-
цизионного охлаждения ситалловых зеркал крупных
телескопов, имитаторы солнечного, планетного и
взрывного облучения для ракетной техники и др.;
48
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
в полупроводниковой промышленности — изготовле-
ние кристаллов и монокристаллов, включая сложно-
легированные и профилированные для микроэлектро-
ники, силовой электроники, твердотельных лазеров,
детекторов радиоактивных и акустических из лейко-
сапфира, рубина, германия, кремния, АИГ (алюмоит-
триевый гранат, легированный неодимом), Тикор и др.
с нанесением контактных металлических слоев и др.;
в светотехнике — кварцевые и сапфировые изделия
для натриевых ламп, волоконной оптики, блоки и др.
— на заводах в Лыткарино, Саранске, Гусь-Хрусталь-
ном, Подольске, Краснодаре, Ереване, Полтаве и др.;
на экспорт были поставлены сотни электропечей и
установок более чем в 30 стран: Францию, Швецию,
Японию, Сингапур, Индию, Пакистан, Египет, Иран,
Ирак, Вьетнам, Китай, КНДР, Республику Корея,
ЧССР, Югославию, Румынию, Болгарию и т. д.
Институт проводит работы в области медицины и
экологии. В течение последних лет создано оборудова-
ние для переработки твердых бытовых, больничных и
токсичных промышленных отходов с обеспечением
газовых выбросов по диоксинам и другим вредным
соединениям не хуже европейских показателей; для
комплексной переработки резинотехнических изделий,
гальваностоков и гальваношламов с получением цен-
ных экологически чистых строительных материалов и
изделий: пирозита, металлофибры, пирозитобетонных
и пирозитопенобетонных блоков, резинотехнических
изделий, фибробетона и т. д. Внедрение этих техноло-
гий и оборудования позволит улучшить экологическую
обстановку в регионах России, СНГ и других странах.
В настоящее время, как и раньше, ВНИИЭТО ос-
тается научным центром в области электротермии и
электротермического оборудования.
Рецензии на книги
УДК 621.365(048)
В. С. Чередниченко, А. С. Аньшаков, М. Г. Кузьмин
Плазменные электротехнологические установки
Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2005. — 508 с.
На современном этапе развития электрометаллургии
разрабатываются новые технологии, создаются новые
электропечи и процессы, объем научной информации
возрастает. К направлениям, существенно расширяю-
щим технологические возможности процессов плав-
ки и обработки материалов, относится применение
концентрированных потоков энергии, которые полу-
чают с помощью плазменной техники.
Металлургическая литература пополнилась учеб-
ным пособием для вузов, ведущих подготовку студен-
тов по направлению “Электротехника, электромеха-
ника, электротехнологии” и магистров по специаль-
ности “Электротехнологические установки и систе-
мы”. Авторы — известные в России и за рубежом уче-
ные: академик РАЕН, докт. техн, наук, проф. В. С.
Чередниченко, докт. техн, наук, проф. А. С. Аньшаков
и канд. техн, наук М. Г. Кузьмин, которые своей науч-
ной и практической деятельностью вносят достойный
вклад в развитие общей теории и разработку оборудо-
вания для плазменных электротехнологических уста-
новок.
В предисловии книги, написанном заслуженным
деятелем науки и техники РФ, академиком-секрета-
рем Российской академии электротехнических наук,
докт. техн, наук, проф. А. С. Васильевым, отмечается,
что рассматриваемые установки в настоящее время
сформировали потенциально перспективное и при-
оритетное направление развития электротехнологи-
ческой техники. Однако в сложившихся условиях про-
мышленное использование низкотемпературной плаз-
мы и расширение областей ее применения сдержива-
ются не только отсутствием завершенной общей те-
ории плазменных процессов, но и недостаточной под-
готовкой инженерных кадров. В связи с этим отделе-
ние “Электротехнологии” Российской академии элек-
тротехнических наук поставило перед ведущими спе-
циалистами страны задачу создания первого учебно-
го пособия по плазменным электротехнологическим
установкам. Эта задача получила поддержку учебно-
методического объединения по образованию в облас-
ти энергетики и электротехнологии Министерства
образования и науки РФ и федеральной целевой про-
граммы “Культура России”.
Предлагаемая книга является первым фундамен-
тальным учебным пособием по развитию плазменной
электротехнологической техники. Она написана на
основе курса лекций, сформированных в Сибирской
научной школе электротехнологов и читаемых автора-
ми в течение двадцати лет студентам, магистрантам,
аспирантам и научным стажерам в Новосибирском
государственном техническом университете, Институ-
те теплофизики СО РАН и ОАО “Сибэлектротерм”
(Новосибирск), являющемся базовым заводом России
по изготовлению крупного электротермического обо-
рудования (в том числе плазменных электропечей и
установок) и использованию плазменных электротех-
нологий (резки и сварки) при производстве электро-
печей различного назначения.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
49
В последние годы отечественное высшее образова-
ние развивается совместно с европейским образова-
тельным сообществом под знаком Болонского про-
цесса. Одно из важнейших направлений реформиро-
вания обучения заключается в ориентации вузов на
конечный результат — глубокие знания выпускников
в области фундаментальных научных направлений в
едином образовательном пространстве. Именно этим
особенностям развития высшей школы отвечает но-
вое учебное пособие, так как содержит объединенные
знания электродинамики, теплофизики, молекуляр-
но-кинетической теории плазменных процессов.
Во введении дана краткая характеристика истории
развития электродуговых и высокочастотных уст-
ройств и определены области приоритетного исполь-
зования плазменной техники, рассмотрены схемы
дуговых и высокочастотных плазмотронов и их при-
менение в электропечах с керамическим тиглем, в
печах для плавки в кристаллизаторе и гарнисажном
тигле, в различных установках для сварки и проведе-
ния плазмохимических процессов с помощью дуго-
вых, ВЧ- и СВЧ-плазмотронов.
В первой части книги, включающей три главы,
изложены физические основы газового разряда,
элементарные процессы взаимодействия зарядов с
электрическим полем, понятия квазинейтральности
и плазменной частоты, электростатического взаи-
модействия зарядов, переноса их в газовых разрядах
и преобразования электрической энергии в тепло-
вую в различных формах газовых разрядов. На ос-
нове фундаментальных понятий описаны процессы
в газообразных проводниках при постоянном элек-
трическом поле. Некоторые параграфы посвящены
элементарным процессам на граничных поверхнос-
тях (электродах). Глава 1 завершается анализом об-
щих свойств газоразрядной плазмы. В главе 2 рас-
смотрены виды электрических разрядов в газе (са-
мостоятельный и несамостоятельный разряды, тле-
ющий, искровой и коронный разряды) и их связь с
вольтамперной характеристикой разрядов. В главе 3
описана дуговая форма разрядов (структура и свой-
ства дугового разряда, его виды, прикатодная об-
ласть, баланс энергии на катоде и аноде, положи-
тельный столб дугового разряда).
Во второй части, состоящей из глав 4 и 5, рассмот-
рены электрические цепи постоянного и переменно-
го тока с дугами; приводится теория устойчивости
системы источник питания — дуга. В главе 5 изложе-
ны основы электродинамики плазмы электрического
разряда, особенности электрических характеристик
дуговых разрядов переменного тока, включая анализ
однофазной цепи переменного тока с дугой.
В третью часть входят главы 6 “Электродуговые
плазмотроны” и 7 “Высокочастотные плазмотроны”.
На основе классификации существующих в промыш-
ленности конструктивных схем приводятся парамет-
ры электродуговых нагревателей газа (струйных плаз-
мотронов), включая плазмотроны с самоустанавлива-
ющейся длиной дуги и с фиксированной, пароводя-
ные и водородные, двухструйные и переменного тока
промышленной частоты. Некоторые разделы посвя-
щены плавильным плазмотронам, плазменным техно-
логическим реакторам, устройствам для напыления и
сварки. Приведены характеристики основных физи-
ческих процессов, эксплуатационные параметры и
методы расчетов плазмотронов различных конструк-
тивных исполнений. В главе 8 дан анализ работы вы-
сокочастотных факельных, индукционных и емкост-
ных плазмотронов, а также сверхвысокочастотных и
трансформаторных.
Четвертая часть имеет прикладной характер, вклю-
чает шесть глав и называется “Плазменные электро-
технологии”. Каждая глава содержит расчеты, резуль-
таты экспериментов на промышленном оборудова-
нии, характеристики рабочих режимов и эколого-эко-
номические показатели. Последовательно излагаются
особенности электротехнологий переработки муници-
пальных и промышленных отходов, воспламенения
пылеугольных потоков, плазменного напыления по-
рошковых материалов, плазменной сварки тонкостен-
ных листов металлов, плазменной обработки строи-
тельных материалов и плазменно-импульсного упроч-
нения деталей машин и механизмов.
Учебное пособие иллюстрировано обширным гра-
фическим материалом и табличными данными. К
достоинствам книги необходимо отнести не только
энциклопедический характер и высокий научный уро-
вень, но и стиль изложения материала, позволяющий
понимать сложные физические процессы на основе
аргументированных теоретических положений и их
связи с конструктивными решениями. По содержа-
нию и научному уровню пособие в полной мере соот-
ветствует требованиям, предъявляемым к учебной ли-
тературе для подготовки специалистов по электротех-
нологическим специальностям, и может быть полез-
но инженерно-техническим работникам при создании
новых плазменных технологий.
Докт. техн, наук Э. К. Урбах
Институт теплофизики СО РАН
50
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
анализ
уговые
роны”.
омыш-
рамет-
<плаз-
влива-
оводя-
Д) тока
посвя-
техно-
Ьния и
физи-
ггры и
струк-
Ы вы-
икост-
ных и
вклю-
|ктро-
езуль-
гдова-
|-эко-
Ьются
ници-
иения
к по-
1стен-
грои-
проч-
I гра-
L К
1лько
lypo-
1щий
1нове
11 их
Ьжа-
|оот-
|ли-
Втех-
|лез-
|нии
УДК 621.365.22:669.15-198
Строение ванн рудовосстановительных
электропечей и методика расчета
их основных параметров
А. Н. Попов
внииэто
йах
’АН
В большинстве статей и трудов о методах расчетов
параметров ферросплавных (рудовосстановительных)
электропечей приводятся результаты исследований их
ванн различными способами. Особый интерес пред-
ставляет изучение подэлектродной зоны, главной в
получении конечного продукта из восстанавливаемых
оксидных рудных материалов. До сих пор продолжа-
ется дискуссия о наличии или отсутствии электричес-
кой дуги под электродом, ее поведении, свойствах и
влиянии на результативность процесса восстановле-
ния руды, что свидетельствует о неправильной интер-
претации результатов осциллографирования дуги. Ра-
зумеется, работа рудовосстановительной печи воз-
можна и в отсутствие дуги, что в свое время было про-
демонстрировано на однофазной печи “МИГЕ” в За-
порожье, которая первоначально работала на напря-
жениях 28 — 56 В при токе до 170 кА с крайне низки-
ми показателями, а после перевода на напряжения
90— 100 В резко улучшила их, поскольку появились
дуга и газовая реакционная тигельная полость. Конеч-
но, внутри этой полости под влиянием трехфазной ча-
стоты 50 Гц после перехода на трехфазный ток дуга
вращается в пределах 120° вокруг вертикальной оси
электрода, но вследствие мощного собственного маг-
нитного поля дуги с токами на крупных печах свыше
100 кА она менее зависима от влияния магнитных
полей других электродов, т. е. отличается от поведе-
ния дуги в электросталеплавильных печах. При этом
необходимо учитывать экранирующий эффект от
шихтовых составляющих, находящихся между фаза-
ми, а также собственную устойчивость дуги, обуслов-
ленную большими токами и собственным мощным
магнитным полем.
По предложенной А. Г. Сисояном классификации
разряд в рудовосстановительной печи представляет
собой длинную дугу с горячим катодом, горящую в
парах (ионах) перерабатываемых материалов и иони-
зированных газов со слабым охлаждением (вследствие
экранирования дуги). Появление газовой полости
вокруг нижнего конца электрода можно объяснить
ФЕРРОСПЛАВЫ
давлением потока электронов в соответствии с фор-
мулой В. Ф. Миткевича:
f=Nmv,	(1)
где/— давление, И; А — число электронов в секунду;
т — масса электрона; г — скорость электрона, про-
порциональная напряжению, м/с.
Температура дуги Т, К, определяется по формуле
Энгеля и Штейнбека:
Т = 800 6/н,	(2)
где UH — потенциал ионизации элемента среды, эВ.
Потенциалы ионизации некоторых элементов,
наиболее типичных и присутствующих в различных
количествах в каждом из рудовосстановительных про-
цессов, составляют, эВ: железа — 7,83; кремния —
7,39; марганца — 7,40; хрома — 6,84; никеля — 7,61;
титана — 6,8; кальция — 6,09; алюминия — 5,96; меди
— 7,69; вольфрама — 7,9; фосфора — 10,3; углерода —
11,2 и т. д. Суммирующий потенциал ионизации в ос-
новном определяется наиболее высоким значением,
т. е. потенциалом ионизации углерода, присутствую-
щего в виде электрода и восстановителя в каждом из
рудовосстановительных углеродотермических процес-
сов. Длина разрядного промежутка может составлять
150 — 350 мм, температура дуги — 5000 — 8000 К, ди-
аметр газовой полости по результатам многочислен-
ных исследований зондами 500 — 1000 мм в зависи-
мости от процесса. Стенки полости представляют со-
бой твердую пористую структуру из карбидов одного
или нескольких основных элементов рудовосстанови-
тельного процесса. При этом карбиды — более туго-
плавкие компоненты, чем металл и шлак. Дуга в та-
кой полости хорошо теплоизолирована, поэтому тем-
пература в тигле практически постоянна. Продолжи-
тельность охлаждения столба дуги от 5000 до 2000 К
составляет несколько секунд. Переменный ток часто-
той 50 Гц изменяется от максимума до нуля за 0,005 с.
В таких условиях не происходит рекомбинации ионов
газа, ионизированных паров металлов и других эле-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
51
ментов, составляющих ионизированную атмосферу
газовой полости.
В 1980-х годах на одном из конгрессов Междуна-
родного союза по электротермии японская делегация
продемонстрировала фильм, снятый через водоохлаж-
даемый зонд, введенный в газовую полость ферроси-
лициевой электропечи. Были хорошо видны стены
полости и стекающие по ним потоки металла и менее
яркие потоки шлака. Верхняя часть полости, судя по
осмотрам и съемкам остановленных и охлажденных
печей, плотно примыкает к погруженному в шихту
электроду на уровне 200 — 300 мм выше его конца, т. е.
имеет прямой электрический контакт и этим шунти-
рует дугу. Стенка полости состоит из трех слоев —
карбидного (пропитанного шлаком и корольками ме-
талла), жидких шлака и металла. Если такие слои об-
разуются только в подэлектродной зоне каждого от-
дельного электрода, эта зона быстро заполняется ме-
таллом и шлаком, что приводит к перемещению дуги
и электрода вверх, захолаживанию подины и разогре-
ву верхних слоев шихты на колошнике, перераспре-
делению тока от подины по направлению к обстано-
вочным блокам и соседним электродам. Для предотв-
ращения такого развития событий требуется добить-
ся создания единой ванны под всеми электродами, в
том числе за счет поддержания несливаемого слоя ме-
талла на подине путем подъема сливного отверстия
для сплава на 150 — 200 мм, что обеспечивает посто-
янный сток металла и шлака и стабильность положе-
ния дуги.
Поскольку металлический продукт находится не
только на поверхности стенки тигля, но и в капилля-
рах ее карбидного слоя, стабильное положение уров-
ня металла на подине способствует его “вытягиванию”
из пористой стенки тигля.
Поверхность газовой полости имеет постоянную
температуру (изотермическая поверхность), посколь-
ку все рудовосстановительные процессы эндотерми-
ческие. При повышении мощности дуги возрастает
скорость восстановительных реакций, что приводит к
увеличению диаметра газовой полости, пока на ее
поверхности не установится оптимальная для прохож-
дения процессов восстановления температура. В этом
случае поперечное суммарное сечение карбидного
слоя, слоев шлака и металла соответственно увеличи-
вается, что приводит к усилению тока в стенках тигля
и соответственно к снижению тока дуги. При много-
шлаковых процессах на размер полости влияет гидро-
статическое давление жидкого шлака, сокращая ее.
Чем меньше диаметр полости, тем ниже степень шун-
тирования дуги токами, проходящими через стенки
газового тигля (карбиды, шлак, металл). Несмотря на
псевдостабильность этих стенок, они двигаются (сра-
батываются) по направлению к подине, при этом ско-
рость движения карбидной части на порядок меньше,
чем шлака, а металла — на порядок больше, чем шла-
ка. В то же время ток, который проходит через стека-
ющий металл, на два порядка больше, чем через шлак,
пропитывающий карбидную структуру, хотя и ток,
проходящий через стенку газовой полости, разогрева-
ет ее и обеспечивает некоторое протекание рудовос-
становительных реакций, но с гораздо меньшей эф-
фективностью. При усилении тока печи, т. е. диамет-
ра электрода, возрастает диаметр газовой полости, что
повышает степень шунтирования дуги, т. е. снижает
эффективность ввода мощности для проведения вос-
становительных реакций.
В ряде исследований предлагались эмпирические
коэффициенты для определения величины напряже-
ния на дуге, в том числе с помощью теории подобия,
но они не могли объяснить, почему напряжения мень-
ше при выплавке ферросилиция, чем желтого фосфо-
ра. Дело в том, что, во-первых, в различных процес-
сах в результате восстановительных реакций образует-
ся разное количество металлического продукта, кото-
рый служит главным шунтом напряжения дуги, во-
вторых, электрические сопротивления этих продуктов
различаются иногда на порядок, в-третьих, активным
шунтом дуги являются и шлаки, как стекающие по
стенкам полости, так и находящиеся в порах карбид-
ной стенки полости, т. е. необходимо учитывать коли-
чества металлического и шлакового продуктов и их
электропроводимость при оптимальной температуре
восстановления данного оксида и от эмпирических
коэффициентов перейти к вычислениям на основе
закона Ома. Наиболее близкой к идеализированной
модели, наименее шунтированной металлом и шлаком
является дуга электропечи для производства желтого
фосфора (отвлекаясь от газообразного фосфора, эту
печь можно представить как печь для получения фер-
рофосфора, сливаемого один раз в четыре месяца,
удельный расход на производство которого на два
порядка превышает расход на производство самых
распространенных ферросплавов).
Этим, а не эмпирическими коэффициентами
объясняется более высокий уровень рабочих напряже-
ний в электропечах для производства желтого фосфо-
ра (как и в карбидных печах, где количество попутно-
го ферросилиция также невелико). С учетом сказан-
ного идеализированная дуга в утепленной газовой
полости имеет динамическую вольт-амперную харак-
теристику в виде прямой линии как для мгновенных,
так и для максимальных значений напряжения и тока;
цепь с рассматриваемой дугой тоже линейна, а диф-
ференциальное сопротивление дуги, в соответствии с
положениями Г А. Сисояна и М. Я. Смелянского,
линейно и постоянно, т. е.
= Д6//Д/= const.	(3)
Обнаружить дугу с такими свойствами методом
осциллографирования практически невозможно. Ре-
альная дуга может отличаться от идеализированной
вследствие отклонений режима ее работы при обвалах
стенок тигельной полости, обломах конца электрода,
попадания брызг металла и шлака. При этом смеща-
ется потенциал нулевой точки и появляются третья и
кратные ей гармонические составляющие напряжения
дуги, что служит сигналом обслуживающему персона-
52
ISSN 0038-920Х. “Сталь № 8. 2006 г.
лу о необходимости принимать меры по корректиров-
ке состава шихты, перепуску электрода и т. д.
Идеальным агрегатом для рудо восстановительно го
процесса была печь “МИГЕ”. Она имела всего одну
пару электродов — самоспекаюшийся и подовый, уг-
леродистую подину и керамическую футеровку стен,
т. е. для тока было всего две цепи: через дугу и через
стенки газовой полости. В современной трехфазной
электропечи добавляются две дополнительные шунти-
рующие цепи: через шихту и полувосстановленную
магму — к двум другим электродам, а также от элек-
трода через шихту и магму к обстановочным углеро-
дистым блокам футеровки стен ванны. Обе цепи с
точки зрения оптимизации рудовосстановительного
процесса неэффективны, но могут поддержать опти-
мум теплового режима печи и подготовку шихты на-
гревом для правильного проведения всех последую-
щих реакций восстановления ведущих компонентов
оксидной части шихты.
Строение шунтирующих цепей прямоугольных
трех- и шестиэлектродных электропечей имеет некото-
рые особенности в зависимости от схем питания элек-
тродов, но в целом распределение их тока соответству-
ет приведенному для круглых электродных печей.
В отличие от подэлектродной тигельной зоны рас-
пределение тока между электродами и между электро-
дом и токопроводящей футеровкой стен ванны может
легко моделироваться математическими методами с
построением линий тока, оптимизацией взаимного
расположения электродов и футеровки стен, т. е. пра-
вильным выбором параметров: диаметра ванны, рас-
пада электродов и т. д. В этом случае легко вычисля-
ются уровни выделения электрической мощности по
зонам печи: в дуге, стенках тигля, зоне между элект-
родами и между ними и футеровкой стен.
Традиционно ферросплавные электропечи в чер-
ной металлургии имели плоскую подину из трех сло-
ев угольных блоков, теплоизолированных от днища
кожуха двумя-тремя слоями магнезитового кирпича,
шестью — десятью слоями шамотного кирпича, 50 —
100-мм засыпкой шамотной крупки и асбестовым
листом. Нижняя часть футеровки стен состояла из
одного слоя угольных или графитированных блоков,
отделенных от стен кожуха слоями магнезитового и
шамотного кирпичей, шамотной засыпкой и асбесто-
вым листом, в верхней части — то же, кроме углеро-
дистых блоков. Такую футеровку приходилось доста-
точно часто менять из-за износа, что приводило к
длительным простоям печей, трудоемким работам по
разбору шихтовой части и перефутеровке шахты. По-
степенно в результате последовательных изменений
сформировалась современная так называемая гарни-
сажная конструкция футеровки ферросплавных печей.
На подине, как и прежде, укладываются три слоя
угольных блоков с тонкими швами (вместо толстых,
до 50 мм, швов), далее два-три слоя магнезитового
кирпича и шесть — десять слоев шамотного. Вместо
засыпки и асбестового кирпича на днище кожуха за-
сыпается демпфирующая высокотеплопроводная мас-
са из графитированного коксика и порошка графита,
пропитанных антраценовым маслом, толщиной 100 —
120 мм. Обстановочные блоки нижней части стен ван-
ны должны быть обязательно графитированными,
между ними и боковой поверхностью кожуха — два-
три слоя магнезитового кирпича и слой высокотеп-
лопроводной массы, как на подине. Верхняя часть фу-
теровки стен может остаться традиционной. Для ох-
лаждения подины, как правило, днище кожуха обду-
вается вдоль промежутков между фундаментными бал-
ками (иногда с впрыскиваниями воды), а боковые
стенки кожуха орошаются водой, стекающей по их
поверхности. Опасения резкого повышения тепло-
вых потерь при такой конструкции футеровки не
подтвердились благодаря тому, что на внутренних по-
верхностях ее углеродистых элементов образовывал-
ся гарнисаж, практически уравнивающий тепловые
потери утепленной футеровки с гарнисажной. В не-
которых случаях при проверке ее состояния через 5 —
7 лет эксплуатации на поверхности углеродистых
блоков были видны следы их механической обработ-
ки, т. е. эрозия от металла, шлака и других факторов
была минимальной.
В цветной металлургии (производство ферронике-
ля, никелевых штейнов, титанистых шлаков и т. д.)
сложилась другая концепция конструирования футе-
ровки подины и стен ванны электропечей. При плос-
ком днище кожуха на нем формируется или сферичес-
кая (для круглых), или цилиндрическая поверхность
(для прямоугольных печей) из жаростойкого бетона,
на которой укладываются слои шамотного и далее
магнезитового кирпича. Эта поверхность непосред-
ственно соприкасается с жидкими металлом и шла-
ком. Для повышения стойкости магнезитовой футе-
ровки в нее помещают водоохлаждаемые бронзовые
или медные плиты (ватержакеты), каждая из которых
имеет стальные трубы для подвода и отвода воды. Из-
за своеобразности магнезита, объемные модификации
которого отличаются друг от друга на десятки процен-
тов (что приводит к “плаванию” плит на десятки сан-
тиметров), отверстия в кожухе печи для вывода каж-
дой пары труб делают с большим зазором вокруг них,
что нарушает герметичность кожуха и приводит к
выбросам печных газов через эти отверстия и резко-
му ухудшению условий труда персонала. Необходимо
постоянно следить за зазором между трубами и кром-
кой отверстия в кожухе. Если вследствие перемеще-
ния плиты труба упрется в стенку кожуха, может про-
изойти ее поломка, и вода попадет в магнезитовую
футеровку. При контакте с водой разогретый магнезит
превращается в гидроксид с увеличением объема в 2
— 3 раза, что иногда приводило к отрыву днища сталь-
ного кожуха от стен (при толщине 30 — 40 мм) и соот-
ветствующему подъему ванны. Такие аварии случались
на ряде заводов, в том числе на Побужском никеле-
вом при производстве ферроникеля, на НЛМК при
производстве синтетического шлака и т. д. На неко-
торых предприятиях удалось убедить руководство в
необходимости перевода печей на гарнисажную угле-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
53
графитовую футеровку даже в рудоплавильных печах
для производства никелевого штейна. Кстати, в этих
электропечах, несмотря на их отличие от рудовосста-
новительных, также может иметь место дуговой режим
под электродом, но в виде тонкой газовой полости под
его нижним торцом с концентрированной или распре-
деленной дугой, при этом параллельно дуге включе-
ны сопротивления шлака и штейна, т. е. напряжение
дуги невелико, несмотря на достаточно высокое на-
пряжение на электроде.
Из рудовосстановительных процессов наименее
эффективным (по количеству металлического про-
дукта) является производство желтого фосфора, где
количество феррофосфора минимально, т. е. дуга в
наименьшей степени шунтирована стенками тигель-
ной зоны. Сопоставительные расчеты сопротивле-
ний дуги и стенок полости показывают, что сопро-
тивление дуги фосфорной печи можно оценить в
8 мОм, и эту величину можно признать постоянной
для дуги любой другой рудовосстановительной
печи, т. е. Лд = 8 мОм = const. При этом сопротив-
ление стенок газовой полости фосфорной печи со-
ставляет 18 мОм (при мощности 48 МВ • А). Коли-
чество металлического продукта в рудовосстанови-
тельном процессе зависит от удельного расхода
электроэнергии (кВт • ч на 1 т продукта).
Проводимость верхних слоев ванны при правиль-
ном ведении рудовосстановительного процесса обыч-
но незначительна из-за низких температур верхних
слоев шихты, поэтому шунтирование дуги по шихте и
шлаку между электродами и футеровкой стен невели-
ко, а мощность, выделяющаяся в этих цепях, не дол-
жна превышать 20 — 30 % общей. В таком случае эта
часть мощности является полезной для предваритель-
ного разогрева шихты перед определяющими реакци-
ями восстановления оксидов. Превышение пределов
такого распределения мощности может привести к
разогреву верхних слоев шихты до 1000 — 1200 К, что
снижает производительность и опасно для узлов элек-
тропечи.
Изменение геометрических параметров электропе-
чи (диаметра ванны и электрода, его распада) не ока-
зывает существенного влияния на распределение
мощности по зонам печи. Попытки влиять на увели-
чение сопротивления ванны специальными восстано-
вителями с повышенным сопротивлением могут доба-
вить до 15 — 20 % сопротивления только в зонах с
температурой не более 1300 К, после которой все уг-
леродистые восстановители имеют практически оди-
наковые свойства по электросопротивлению.
Большое значение для рудовосстановительной элек-
тропечи имеют параметры самоспекающегося (или
другого) электрода. Для основных процессов плотность
тока в стальном кожухе составляет до 1 А/мм2, в спе-
ченной части электрода — 5 - 6 А/см2. Применяемая
конструкция кожуха самоспекающегося электрода до-
статочно противоречива: длина ребер для крупных
электродов достигает 300 - 400 мм, в то время как глу-
бина проникновения тока частотой 50 Гц в электродной
массе — 600 мм, в стальной части кожуха — несколько
миллиметров, что приходит в противоречие с мнени-
ем, что ребра самоспекающегося электрода проводят
ток. Единственная их положительная роль — обеспе-
чение сцепления кожуха и спеченной электродной
массы (и якобы обеспечение повышения тока в элект-
роде), однако вдоль ребер устремляются потоки окис-
ляющего газа, разделяющие внешнюю нижнюю часть
спеченного блока на “дольки”, которые легко отделя-
ются от основного спеченного блока электрода, изме-
няют соотношение восстановителя и рудного материа-
ла. Для расчета допустимого тока в самоспекаюшемся
электроде можно применить формулу:
7Э = 1,5ла(<7э —a)/y[d~ + 7,\5d3F>,	(4)
где 1Э — ток электрода, A; d3 — диаметр электрода, мм;
а — глубина проникновения тока частотой 50 Гц, мм,
равная а = 7,15 • 104д/р, где р — удельное электричес-
кое сопротивление, Ом • м, а = 600 мм; 8 — толщина
стенок кожуха электрода (2,5 — 4,5 мм).
Известно несколько конструкций самоспекающе-
гося электрода без ребер — подвеска блока на перфо-
рированной ленте, расположенной по оси электрода
(фирма “Тальяферри”); зигованный электрод с коль-
цевыми канавками, удерживающими спеченный блок;
с винтовыми канавками и т.д. В последней конструк-
ции фирмы “Элкем” ребра выведены наружу от кожу-
ха, а электрический контакт обеспечивается прижи-
мом контактных щек к этим выступающим ребрам с
двух сторон.
Классической формулой теории подобия являлась:
6/ПОл = С  Р "ол, где Сия - постоянные для данного
процесса. Многие авторы научных работ уточняли
величины Сип вплоть до тысячных после запятой.
Однако эта формула категорически противоречит за-
кону Ома, поскольку с увеличением мощности (а зна-
чит, и сечения проводника — ванны, электрода и т. д.)
якобы возрастает сопротивление печи, т. е. полезное
напряжение.
Последующие модификации формулы с введени-
ем понижающего коэффициента J не могли изменить
ее сути. Несмотря на отсутствие ряда точных данных
о величинах параметров в реальных рудовосстанови-
тельных печах, многие из этих данных можно полу-
чить методами сравнительных расчетов. Проводи-
мость ванны — сумма проводимостей ее отдельных
участков, соединенных параллельно:
1/Яъ= I/Ra +I/R^ +I/Кш +I/R^,	(5)
где 7?д — сопротивление дуги; /?, — сопротивление
стенок газовой области; R,,, — сопротивление шихты
между электродами; 7?ст — то же между электродом и
токопроводящей футеровкой стен ванны.
С учетом стабильности 7?д основной задачей расче-
та параметров печи становится определение сопротив-
ления стенок газовой области /?,, которое для конкрет-
ного сплава можно определить по формуле:
7^ = 25001Ерепд//|рРеР,	(6)
54
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
где 7 — ток электрода, А; И7 — удельный расход элек-
троэнергии на 1 т конкретного металлического про-
дукта, кВт • ч; рспл и pFeP — удельные сопротивления
продукта и феррофосфора (0,13 • 10“3 Ом • см).
В связи с достаточной стабильностью показателей
и Я при нормальном ведении процесса можно
принять, что их сумма для бесшлаковых и малошла-
ковых процессов составляет (3 — 5)7^., а для многошла-
ковых (0,5 — 1)7^, что можно уточнить по величинам
реальных сопротивлений шлаков и шихт при темпе-
ратурах соответствующих зон в ванне печи. В целом
мощность, выделяющаяся в этих зонах, не должна
превышать 25 — 30 % активной мощности печи, по-
вышение может повлиять на проводимость верхних
слоев шихты с соответствующим нарушением нор-
мального распределения температурных полей в печи
и мощности.
Полезная мощность проектируемой печи, кВт,
вычисляется по формуле
Р = GW  (365 • 24/< к ),	(7)
пол.п	v	в м7’	' 7
где G — заданная производительность, т/год; W —
удельный расход электроэнергии для выбранного
сплава, кВт • ч/т; к — коэффициент использования
календарного времени (число часов в году), обычно
равный 0,8 - 0,95; кы — коэффициент использования
максимальной мощности, учитывающий снижение ее
в процессе работы печи из-за технологических при-
чин: колебаний питающего напряжения, наличия пе-
риодов перед остановкой печи и ее запуском после
разгона, а также при перепусках электродов, обычно
it4 = 0,65 - 0,85.
Полезная мощность на один электрод, кВт, равна:
РпоЛ.э = (Рпол.п/«) ' Пэл,	(8)
где п — число электродов; т]эл — электрический к.п.д.
печи, равный 0,88 — 0,98.
Отсюда ток электрода можно определить по фор-
муле
I = Р /U .	(9)
Э ПОЛ.Э7 пол	v '
Линейное напряжение в точке соединения корот-
кой сети с выводами печного трансформатора, В:
ил =73-/, -л/х2 + г2,	(Ю)
где х и г берутся из расчета параметров вторичного
контура.
Номинальная мощность печи, кВ • А:
5= Pa/cosip;	(11)
cos (р = ^1-(/эх/[/ф)2;	(12)
Р = Р /т] .
а пол7 * 1эл
(13)
Ток электрода определяется по формуле (9). Для
вычисления Rr в соответствии с приведенными данны-
ми можно принять, что сумма сопротивлений /(,, и 7?ст
для бесшлаковых и малошлаковых процессов составля-
ет (3 — 5)7^, а для многошлаковых — (0,5 — 1)7^, что
можно уточнить по реальным сопротивлениям шлаков
и шихты при температурах шихт в соответствующих
зонах ванны.
Диаметр электрода можно определить по форму-
ле (4).
После этого рассчитываются максимальные сопро-
тивления 7?ш и 7?ст в ваннах электропечей с электро-
проводящей подиной и стенками для трехэлектродных
электропечей при /), = = (2,6 - 3,5)г/э; Яв = (2 — 3)г/э;
Кэ = (1,2 - 1,7)</э; DB = = (4,6 - 5,5)г/э.
Коэффициент мощности можно рассчитать по
формуле
л =_________________________
,л 7? + 7? + 7? + 7? + 7? ’	(14)
В	К.С	К	1	г р
/?.+7?Ке +/?«+/?,+7?,р
cos <р =------------------------!-----------
Полезное напряжение на трансформаторе опреде-
ляют в зависимости от схемы соединения обмоток,
отсюда можно определить полную мощность транс-
форматора, кВ • А:
5= U2I2C,
где С — количество многоэлектродных трупп.
Разумеется, при проведении расчетов можно ис-
пользовать любые способы, результаты осциллогра-
фирования, методику А. С. Микулинского и других
авторов с учетом того, что подэлектродная тигельная
газовая полость — основной рабочий элемент рудо-
восстановительной электропечи1.
Подробнее можно узнать в издании: Электрические промышленные
печи. Дуговые печи и установки специального нагрева. — М. : Энер-
гоиздат, 1981. С. 158 - 164.
Вниманию специалистов!
12—13 октября 2006 г. в Екатеринбурге проводится
1 Международная конференция по ферросплавам.
Телефоны для справок: (343) 362-30-25; 362-30-17; 362-30-27.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
55
ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
К 15-летию НПО "Доникс"
УДК 62l.77l.23
Программное обеспечение
проектирования технологии прокатки
листов и полос
А. Л. Остапенко, Э. Е. Бейгельзимер,
Н. В. Миненко,
Э. Н. Шебаниц, А. В. Кузьмин
НПО “Доникс”, ЗАО “Спецметаллпром”,
ОАО “Мариупольский металлургический
комбинат им. Ильича”
НПО “Доникс” выполняет комплекс работ по техно-
логическому и математическому обеспечению реше-
ния задач улучшения качества и ресурсосбережения
при производстве полос и листов и располагает паке-
тами программ, разработанными совместно с ЗАО
“Спецметаллпром”. Эти программы позволяют авто-
матизировать процесс проектирования технологии
прокатки на толстолистовых и широкополосных ста-
нах горячей прокатки, станах Стеккеля и литейно-
прокатных модулях.
Базовые математические модели процесса прокат-
ки разработаны авторами в рамках научно-исследова-
тельских работ, выполненных в ДонНИИчермете до
2001 г. Все программное обеспечение можно условно
разделить на две группы: в первую входят пакеты про-
грамм для расчета параметров прокатки, технологичес-
ких требований к оборудованию и технико-экономи-
ческих условий его эксплуатации (пакеты “Толстяк”,
“Рассорт” и “Универсал”); во вторую — для расчета
режимов принудительного охлаждения раскатов, раци-
ональных характеристик основного оборудования сис-
тем ускоренного контролируемого охлаждения (УКО),
а также для имитационного моделирования и управле-
ния работой систем УКО (пакеты “Охла” и “Уколист”).
Программы первой группы позволяют пользователю
скомпоновать полосовой или толстолистовой станы
произвольной конфигурации, в том числе станы, рабо-
тающие в составе литейно-прокатных модулей. Алго-
ритм не предъявляет практически никаких ограниче-
ний к числу объектов, порядку их расположения, пос-
ледовательности выполнения и количеству технологи-
ческих операций. Такая возможность обеспечивается
структурой алгоритма, в которой в качестве модулей
выступают стандартные объекты прокатных станов
(табл. I) с взаимно совместимыми входами и выхода-
ми. Последовательность подключения объектов к рас-
чету управляется специальным массивом, созданным
на основе заданной пользователем схемы прокатки.
Для выполнения расчетов пользователю необходи-
мо ввести в выбранный пакет программ следующие
исходные данные: состав оборудования и его основные
характеристики (диаметр рабочих валков, передаточ-
ные коэффициенты редукторов главных приводов,
номинальные характеристики двигателей главного при-
вода и коэффициенты допустимых перегрузок, допус-
тимые нагрузки по силе и моменту прокатки, диамет-
ры оправок моталок, внутренний диаметр рулона при
безоправочной смотке, расходы воды на гидросбивах,
плотность орошения на участках принудительного ох-
лаждения); взаимное расположение оборудования в
технологическом потоке; схему движения раскатов в
линии стана; режим обжатий (кроме “Рассорт”); ско-
рости прокатки в отдельно стоящих клетях и в одной
из клетей непрерывных групп; вид скоростного режи-
ма (при прокатке с ускорением и торможением); мар-
ку стали; размеры сляба; температуры нагрева сляба и
печной моталки; продолжительность паузы на реверси-
рование валков и кантовку раската; уровень межклете-
вого натяжения полосы; тип койл-бокса (одно- или
двухпозиционный); размерность рассчитываемых пара-
метров (тонна или МН); дискретность расчета энерго-
силовых параметров по длине раската.
Таблица I. Совместимость объектов технологической линии прокатных станов*
Программа	Агрегат	Клети	Гидро- сбив окалины	Установки охлажде- ния	Байпас	Койл- бокс	Моталки	Роль- ганги	Плитовой настил	Экраны
		верти- горизон- кальные тальные					готовой печнь,е полосы			
Универсал	Широкополосный стан горячей прокатки Литейно-прокатный модуль	+ +	+	+	-	+	+ +	+	+	+
Рассорт	Стан Стеккеля	- +	+	+	-	+	+ +	+	+	+
Толстяк * Знак “+”	Толстолистовой стан	—	+ — совместимы, ” — несовместимы.		+	+	+	—	— —	+	+	-
56
ISSN0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
Таблица 2. Оценка погрешности расчета усилия прокатки в условиях чистовой группы стана 2300/1700 ОАО “Мечел”*
Размер полосы, мм	Параметр	—	Номер клети					
		3	4	5	6	7	8
3,53x1000	Л, мм	10,93	8,08	6,32	5,0	4,И	3,53
	г, м/с	1,75	2,37	3,03	3,38	4,66	5,42
	с °с	1076	1046	1015	987	958	929
	Лкч кН	19,2	15.7	15,8	• '	И,2	10,3	7,15
	р,кн	20,25	13,6	11,8	11,9	11,2	9,97
	Погрешность, кН	1,05	—2,1	-4,02	0,66	0,94	2,82
3.5x1050	Л, мм	11,8	8,43	6,08	4,83	4,04	3,58
	г, м/с	1,51	2,23	3,14	3,95	4,76	5,52
	/р, “С	1071	1047	1026	998	968	935
	Лкс> кН	18,0	16,1	17,9	9,47	9,7	8,9
	кн	18,4	16,2	16,2	12,2	10,65	8,4
	Погрешность, кН	0,37	0,06	-1,67	2,7	0,95	-0,96
Диаметр валков, мм		677	677	685	673	693	700
* Сталь 12Х18Н10Т, пакет “Универсал”, температура подката 1120			- 1160/1140	°C, толшина 17,5 мм.			
Программы позволяют пользователю выполнить
расчет характеристик технологии и оборудования (“ + ”
— расчет параметра возможен, ” — невозможен):
Параметр	Универсал		Рассорт	Толстяк
Режим обжатий	—	+	—
Ширина раската	+	-	+
Скоростной режим прокатки	+	+	+
Сила и момент прокатки	+	+	+
Температура раската на всех участках технологического потока	+	+	+
Формоизменение раската в плане и величина прогнозируемой обрези торцов перед чистовой прокаткой	+				
Необходимое число раскатов на байпасе	-	-	+
Ток якоря двигателя главного привода	+	+	+
Мощность, потребляемая двигателями главного привода	+	+	+
Эквивалентная мощность	+	+	+
Сортамент полос, прокатываемых по критериям (усилие, момент, мощность, ширина)		+		
Циклограмма работы основного оборудования	+	+	+
Степень загрузки клетей и привода относительно допустимых параметров	+	+	+
Производительность	+	+	+
Указанные пакеты программ имеют унифициро-
ванное меню, позволяющее пользователю сформиро-
вать на экране стан произвольной конфигурации из
стандартных объектов, выполнить расчет и анализ
процесса прокатки в диалоговом режиме.
Особенностями математического обеспечения явля-
ются: возможность расчета сопротивления деформации
в автоматическом режиме в зависимости от заданной
марки стали и ее химического состава (в качестве ба-
зовых методов расчета сопротивления деформации
приняты методики [1 — 3]), предусмотрена возмож-
ность расширения базы данных; учет зависимости теп-
лофизических характеристик металла от температуры в
функции от заданной марки стали; учет процесса ра-
зупрочнения при расчете сопротивления деформации;
учет сплющивания рабочих валков; возможность рабо-
ты стана по сложной тахограмме прокатки, включаю-
щей участки с постоянной скоростью, чередующиеся с
участками разгона и торможения; учет исходной нерав-
номерности температурного поля по толщине сляба и
обусловленной условиями прокатки (пакет “Толстяк”).
Функциональные возможности программ имеют
следующие особенности:
пакет “Универсал” — расчет режимов деформации
в вертикальных валках и формоизменения раската в
плане при прокатке в вертикальных и горизонтальных
клетях с оценкой относительной величины техноло-
гической обрези перед чистовыми клетями;
пакет “Рассорт” — оптимизация распределения об-
жатия по пропускам в автоматическом режиме и расчет
параметров выкатываемого сортамента полос с учетом
заданных технических характеристик основного обору-
дования и критериев оптимизации (усилие, момент,
мощность прокатки, максимальная ширина полос);
пакет “Толстяк” — возможность прокатки с разбив-
кой ширины и расчет необходимого числа раскатов на
байпасе в зависимости от заданной температуры чис-
товой прокатки.
Оценка соответствия используемых математических
моделей фактическим условиям прокатки выполнена
относительно экспериментальных данных, полученных
на шести прокатных станах. Некоторые результаты
оценки представлены на рис. 1 и в табл. 2 (пакеты “Уни-
версал” и “Рассорт”) и на рис. 2 (пакет “Толстяк”). Ре-
зультаты анализа экспериментальных и расчетных зна-
чений температурных и энергосиловых параметров по-
казали, что средние погрешности расчета подчиняются
нормальному закону распределения (рис. 1). Это позво-
ляет принять за основную оценку средние значения
погрешности, поскольку их дисперсия определяется в
основном дисперсией экспериментальных данных.
Программы второй группы являются усовершенство-
ванным вариантом программного обеспечения расче-
та процесса ускоренного контролируемого охлаждения
ISSN 0038-920Х. "Сталь ”. № 8. 2006 г.
57
Таблица 3. Конструктивные характеристики установок охлаждения
Характеристика	Стан 2000 ОАО НЛМК	Стан 1700 ОАО “Испат-Кармет”
Координата датчика температуры, м: конца прокатки	0	11
смотки	181	141
Шаг роликов рольганга, мм	460	290
Диаметр роликов, мм	300	290
Число роликов	393	448
Круглые струи (К) или завеса (3)	К	з-к-з
Число участков охлаждения	1/1	3/3
Координата оси первого коллектора, м	34,10/33	17,295/16,28
Расстояние между участками по оси соседних коллекторов, м	-/-	1,74/870 - 1160
Общее число секций	5/15	6 — 16 — 6/6 — 16 — 6
Число коллекторов (баков) в одной секции	8/10	1 - 2- 1/6-6-5
Число рядов патрубков в одном коллекторе (баке)	2/1	1 - 2 - 1/2 - 2 - 2
Шаг между коллекторами в секции, мм	763/920	0 - 1160 -0/290 - 290- 290
Расстояние между секциями по осям крайних коллекторов, мм	763/920	2320 - 1160 - 2320/870 - 870 - 1160
Шаг между рядами патрубков, мм	55/-	0 - 580 -0/100- 100- 100
Шаг между патрубками в ряду, мм	50/95	0 - 44,5 - 0/135 - 135 - 135
Число патрубков в ряду	39 - 40/22	0-36-0/12- 12- 12
Расстояние между крайними патрубками в одном коллекторе, мм	1950/1995	1560 -1560 - 1560/1485 - 1485 - 1485
Диаметр выходного сечения патрубка, мм	16/4	8-25-8/12,7- 12,7- 12,7
Высота выходного сечения патрубков верхнего охлаждения	1300	1800 - 1700 - 1800
над рольгангом, мм
* Слева и справа от косой черты — данные для верхнего и нижнего охлаждения соответственно.
полос на отводящих рольгангах широкополосных ста-
нов и концепции управления работой систем охлажде-
ния, обеспечивающих заданную температуру смотки.
Четырехлетняя эксплуатация этого программного
обеспечения при управлении системой ламинарного
охлаждения полос на отводящем рольганге стана 1700
ОАО “Испат-Кармет” (ныне АО “Миттал Стил Темир-
тау”) обеспечила поддержание заданной температуры
смотки с отклонением ± 10 °C для полос толщиной до
4 мм и ± 15 °C более 4 мм на 95 % длины [4].
Для определения температуры листа в любой точ-
ке по длине рольганга рассчитываются локальные ко-
эффициенты теплоотдачи с верхней и нижней поверх-
ностей, а затем решается задача охлаждения твердого
тела с известными коэффициентами (граничные усло-
вия третьего рода). Локальные коэффициенты тепло-
отдачи определяются в зависимости от условий внеш-
него теплообмена в данной точке: на воздухе, под
струей воды (в области падения струи на поверхность),
под слоем растекающейся воды (для верхней поверх-
ности), на контакте с роликами рольганга (для ниж-
ней поверхности). Решение двумерной задачи расте-
кания слоя воды на поверхности раската позволяет
определить коэффициенты теплоотдачи в любой точ-
ке по ширине листа.
Благодаря детальному анализу всех составляющих
теплового баланса и закономерностей растекания
струй по поверхности листа разработанная модель
учитывает очевидные факторы (расход воды, плот-
ность орошения, толщину и скорость движения лис-
та). Кроме того, она отражает физические эффекты
“второго порядка”, которые зачастую перекрывают
влияние основных факторов и не могут игнорировать-
ся при автоматическом управлении: тип ламинарных
струй (круглые или завеса), высота расположения
верхних патрубков, диаметр патрубков (для круглых
струй) или толщина водяной завесы, расстояние меж-
ду струями и рядами струй, ширина листа, температу-
ра охлаждающей воды, зависимость теплофизических
характеристик металла и воды от температуры.
(б) и температуры конца прокатки (в) на стане 1700 ОАО “Мариу-
польский металлургический комбинат им. Ильича” (пакеты “Уни-
версал" и “Рассорт”), цифры у столбцов — число случаев
Рис. 2. Экспериментальные и расчетные значения момента (Mia,
и усилия прокатки (Рхс, Р) стали класса Х70 на толстолистовом ста-
не 5000 (7) [8] и судовой стали на стане 3000 (2, пакет “Толстяк”)
58
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Таблица 4. Результаты проверки модели расчета температуры полосы
Вариант	Размер полосы, мм	Скорость полосы, м/с	Темпе- ратура _ воды,"С	Включенные верхние/нижнис секции расход воды в секции,		Обший расход воды в секциях, м3/ч		Температура*, °C			. Д1, °C
						верхние нижние		Сп	^СМ.ЭКС		
					М~Э/ч						
1	6x1500	7,35	25	Стан 1, 2, 3. 4. 5/—	2 0 0 0 ОАО 550/-	НЛМК 2750	0 '	920	705	721	+ 16
2		7,41	25	1,3,5/-	733,3/-	2200	0	930	715	738	+23
3		7,83	25	1,2, 3/-	716,7/-	2150	0	900	735	742	+7
4	8x1500	6,98	25	1,2,4, 5/—	637,5/-	2550	0	910	775	763	-12
5	10x1500	6,67	25	1,2,4, 5/—	637,5/-	2550	0	935	805	791	-14
6	2,55x1030	10,29	50	Стан 1700 -/-	ОАО “И с । -/-	i а т-К а р м 0	е т” 0	830	730	724	-6
7		12,17	50	-/-	-/-	0	0	850	755	754	-1
8		10,29	50	3, 4, 5, 6/-	120/-	480	0	833	685	662	-23
9	7,9x1310	3,69	27	16, 17, 18-24/	210- 220/150	870	600	855	680	672	-8
10		3,69	27	16, 17, 18-24 17, 18, 20/17, 18, 20	220/150	660	450	855	695	689	—6
* t , t — К 11’ см	температуры конца прокатки и			смотки, М = tcu ж -	^см.р’						
На базе этой модели разработали алгоритм расчета
и оптимизации контролируемого охлаждения листов.
Алгоритм реализует решение трех основных задач:
расчет температуры толстого листа в любой точке от-
водящего рольганга при заданной настройке УКО, т. е.
при заданных расходах воды в верхних и нижних сек-
циях; выбор оптимальной настройки УКО, обеспечи-
вающей требуемую температуру конца охлаждения
при заданных начальной температуре, скорости дви-
жения листа и стратегии охлаждения; формирование
базовой матрицы охлаждения — таблицы, содержащей
данные по оптимальной настройке УКО при разных
значениях технологических параметров в диапазоне их
реально возможных изменений в данной партии.
В соответствии с этими задачами разработали ба-
зовое программное обеспечение, включающее пользо-
вательскую программу для персонального компьюте-
ра и имитационную модель. Пользовательская про-
грамма реализована в среде Delphy-7 и позволяет в
диалоговом режиме определить рациональные харак-
теристики оборудования участка УКО. Имитационная
модель УКО толстолистового стана (пакет “Уколист”)
создана на базе пакета In Touch для стана 2800. Она
позволяет моделировать разные стратегии охлаждения
в зависимости от технологического регламента произ-
водства высококачественных листов с учетом техни-
ческих возможностей и конструктивных особенностей
оборудования. В работе модели имитируется управле-
ние установкой УКО в реальном режиме времени с
изменением технологических параметров. Созданная
имитационная модель может быть принята за основу
для создания АСУ установок охлаждения раскатов и
листов в потоке толстолистовых станов.
Адекватность разработанного математического
обеспечения, которое использовано в пакете программ
“Охла” и имитационной модели, без предварительной
адаптации проверена по двум основным источникам:
на установке охлаждения на отводящем рольганге ста-
на 2000 ОАО НЛМК [5 — 7] и по экспериментальным
данным авторов и сотрудников АО НКМЗ, получен-
ным на УКО стана 1700 ОАО “Испат-Кармет”. Конст-
руктивные характеристики установок приведены в
табл. 3. В качестве начала координат по длине рольганга
стана 2000 принят датчик температуры конца прокат-
ки, а стана 1700 — ось последней клети.
Результаты проверки расчета приведены в табл. 4,
из которой видно, что на стане 2000 погрешность рас-
чета температуры смотки составила от —14 до +23 °C,
на стане 1700 — от —6 до —23 °C. Варианты 6 и 7 (без
водяного охлаждения, табл. 4) приведены для оценки
расчета охлаждения на воздухе. В этом случае погреш-
ность составляла от —1 до —6 °C.
Библиографический список
1.	Зюзин В. И., Бровман М. Я., Мельников А. Ф. Сопротивление
деформации сталей при горячей прокатке. — М. : Металлургия,
1964. - 270 с.
2.	Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов
и сплавов при обработке давлением. — М. : Металлургия, 1973.
- 224 с.
3.	Андреюк Л. В., Тюленев Г. Г. Аналитическая зависимость сопро-
тивления деформации металла от температуры, скорости и сте-
пени деформации // Сталь. 1972. № 9. С. 825 — 828.
4.	Иванцов О. В., Каскин Б. К., Васькин А. М. и др. Стабилизация
механических свойств проката после реконструкции системы
ламинарного охлаждения НШПС 1700 // Металлург. 2005. № 2.
С. 42 - 44.
5.	Герцев А. И., Ломтев Л. Д., Шуйкнн Г. А. Методика сравнения
эффективности установок ускоренного охлаждения полос : сб.
тр. / ВНИИметмаш. 1972. № 33. С. 60 - 67.
6.	Зюзин В. И., Герцев А. И., Ломтев Л. Д. и др. Сравнение эффек-
тивности охлаждения полос ламинарным и струйным способа-
ми на отводяшем рольганге широкополосного стана // Черная
металлургия : Бюл. НТИ. 1971. № 24. С. 31 — 34.
7.	Герцев А. И. Экспериментальная проверка расчета ламинарных
систем охлаждения полосы на отводящем рольганге широкопо-
лосных станов // Конструкция, расчет и исследование новых
линий и агрегатов прокатных станов : сб. тр. / ВНИИметмаш.
1975. С. 10 - 18.
8.	Вехаге X., Шкода-Допп У., Квитман У., Зауэр В. Примеры мо-
делирования режимов обжатий для горячей прокатки листов
// Черные металлы. 1999. Апрель. С. 42 - 43.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
59
ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ
УДК 621.774.004.68
Основные работы по реконструкции	Л. А. Кондратов
производства труб
Повышение качества труб. Среди работ, направленных
на совершенствование технологии производства и
повышение качества металла и труб, в первую очередь
для нефтегазовых предприятий, следует выделить наи-
более крупные:
освоение в ОАО “Северсталь”, ООО “Уральская
Сталь”, ОАО ММК, ООО “ЕвразХолдинг”, ОАО “Ме-
чел”, ОАО ОЭМК производства штрипсов класса
прочности К60 и заготовки более высокого качества
для труб, потребляемых нефтегазовыми и машино-
строительными предприятиями;
повышение качества слитков для изготовления
обсадных и нефтепроводных труб на станах пилигри-
мовой прокатки за счет внедрения установок ковш-
печь и совершенствования технологии выплавки ста-
ли в мартеновских цехах ОАО “Северский трубный
завод”, ОАО “Таганрогский металлургический завод”,
ОАО “Челябинский трубопрокатный завод”; это по-
зволило снизить содержание вредных примесей в ста-
ли и улучшить механические характеристики труб;
ввод в эксплуатацию новых и реконструкция су-
ществующих термических отделений для расшире-
ния производства труб нефтяного сортамента в хла-
достойком и коррозионно-стойком исполнении
(ОАО “Синарский трубный завод”, ОАО “Таганрог-
ский металлургический завод”, ОАО “Северский
трубный завод”);
проведение работ по обновлению оборудования для
отделки, контроля неразрушающими методами, марки-
ровки и упаковки на всех крупных трубных заводах.
Ввод в эксплуатацию нового отделения производ-
ства обсадных и насосно-компрессорных труб по схе-
ме “неподвижная труба — вращающийся инструмент”
позволил значительно увеличить мощности ОАО “Си-
нарский трубный завод”. Наличие резервных мощно-
стей дало возможность освоить производство труб со
сложными высокогерметичными резьбовыми соеди-
нениями. Возросло производство обсадных труб с
безмуфтовыми соединениями в ОАО “Таганрогский
металлургический завод”.
ЗАО “Объединенная металлургическая компания”
в 2005 г. приступило к строительству на площадке ОАО
“Выксунский металлургический завод” литейно-про-
катного комплекса. В 2007 г. планируется освоить
Департамент промышленности
Минпромэнерго России
производство рулонной стали для электросварных
труб диам. до 530 мм. Мощность первой очереди со-
ставит 1200 тыс. т в год.
Созданы новые и расширены существующие мощ-
ности по производству соединительных деталей в ЗАО
“Группа ЧТПЗ”, что позволяет комплектно поставлять
трубы и отводы для строительства трубопроводов.
Производство труб для магистральных газопроводов.
ОАО “Северсталь” проводит поэтапную реконструкцию
стана 5000. Введены в эксплуатацию листоправильная
машина, оборудование для контролируемой прокатки,
установки раскроя и ультразвукового контроля листов.
Заканчивается наладка нагревательной печи. Реконст-
рукция стана и МНЛЗ, введение в эксплуатацию уста-
новки ковш-печь будут закончены в текущем году. Од-
новременно идут работы по освоению на стане проката
для выпуска одно шовных труб диам. 1420 мм с толщи-
ной стенки до 32 мм и длинномерных штрипсов для
стана 2520 ОАО “Волжский трубный завод”. Осваивают
технологию производства штрипсов для толстостенных
труб, применяемых в подводных трубопроводах, а так-
же для труб, стойких против сероводородного растрес-
кивания. На очереди освоение технологии производства
проката классов прочности К65 и К70.
В ОАО “Волжский трубный завод”, входящем в ОАО
“Трубная металлургическая компания”, освоено произ-
водство спирально шовных труб диам. 1420 мм, приме-
няемых для строительства магистральных газопроводов
с рабочим давлением 7,5 — 8,3 МПа. Производство труб
по заказам ОАО “Газпром” и ОАО “АК “Транснефть”
составило, тыс. т: в 2003 г. — 120, в 2004 г. — 150, в 2005 г.
— 430. Трубы с толщиной стенки до 22 мм выпускаются
на стане 2520 из длинномерных штрипсов мариупольс-
ких металлургических комбинатов “Азовсталь” и им.
Ильича, до 16 мм — на ТЭСА 520-1420 из рулонной ста-
ли, поставляемой ОАО “Северсталь”.
ЗАО “Объединенная металлургическая компания”
провело работы по модернизации ТЭСА 530-1020 в ОАО
“Выксунский металлургический завод”. На первом эта-
пе в январе 2004 г. было освоено производство труб диам.
508 — 1067 мм с толщиной стенки до 32 мм. После вто-
рого этапа в I кв. 2005 г. на второй линии стана началось
производство одношовных труб диам. 530 — 1420 мм,
длиной до 12 м и с толщиной стенки (в перспективе) до
60
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
50 мм на рабочее давление до 25 МПа. В 2005 г. выпуще-
но 55 тыс. т труб диам. 1420 мм по заказам ОАО “Газ-
пром”, часть из них была изготовлена из штрипсов, по-
ставленных со стана 5000 ОАО “Северсталь”.
ЗАО “Группа ЧТПЗ” закончило поэтапную рекон-
струкцию трубоэлектросварочного стана 1020-1220. В
I кв. 2005 г. изготовлены прямошовные (с двумя шва-
ми) трубы диам. 1020-1220 мм с толщиной стенки до
22 мм (в конце 2005 г. — 18 тыс. т труб с толщиной
стенки 15 — 22 мм).
В 2004 г. ООО “ЕвразХолдинг” закончило строитель-
ство и ввело в эксплуатацию в ОАО “Нижнетагильский
металлургический комбинат” комплекс оборудования
для производства трубной стали в составе: установки
десульфурации чугуна, ковш-печь и вакуумирования
жидкой стали, широкослябовая МНЛЗ-4 с “мягким”
обжатием и склад слябов. Часть выпускаемых слябов
может поставляться в листопрокатный цех № 3 ОАО
“Северсталь” (г. Колпино) для прокатки на стане 5000.
ОАО “Северсталь” продолжает строительство тру-
боэлектросварочного цеха в ЗАО “Ижорский труб-
ный завод”. Поставку оборудования и освоение про-
изводства на условиях “под ключ” осуществляет
фирма “SMS-Meer” (Германия). Строительство пла-
нируется закончить в июле 2006 г. Цех будет выпус-
кать 450 тыс. т в год труб диам. 610 — 1420 мм с тол-
щиной стенки 7 — 40 мм и длиной до 18,3 м.
В 2005 г. подписано соглашение о стратегическом
партнерстве между ОАО ММК и ЗАО “Группа ЧТПЗ”
на период до 2010 г. В 2004 г. комбинат поставил тру-
бопрокатному заводу 200 тыс. т штрипсов, в следую-
щем году — 190 тыс. т. Комбинат планирует работы
по реконструкции стана 2500 с целью повышения
качества металла.
Программа технического развития стоимостью 300
млн долл., реализуемая ОАО “Уральская Сталь” в 2005
- 2008 гг., предусматривает реконструкцию электро-
сталеплавильного цеха и толстолистового стана 2800,
которая позволит увеличить производство электроста-
ли с 750 тыс. т до 2 млн т и довести выпуск высокока-
чественного толстолистового проката для трубного
производства, мостостроения и тяжелого машино-
строения до 1,2 млн т в год.
ММК “Азовсталь” освоил производство листа для
выпуска труб класса прочности Х80 (К65) и в ближай-
шее время может наладить изготовление металла для
труб классов прочности Х90 и XI00.
На трубных заводах проводятся работы по расши-
рению отделений покрытий, позволяющих выпускать
трубы для магистральных газонефтепроводов с изоля-
цией наружной поверхности. Выпуск труб большого
диаметра с покрытиями в 2005 г. составил: на Волжс-
ком трубном заводе — 67 %, на Выксунском металлур-
гическом заводе — 50 %, на Челябинском трубопро-
катном заводе — 58 %. На Выксунском металлургичес-
ком заводе в 2005 г. введена в эксплуатацию вторая
линия для покрытия наружной поверхности труб и
одна линия для нанесения гладкостного покрытия на
их внутреннюю поверхность. На Челябинском трубо-
прокатном заводе введена в эксплуатацию в 2005 г.
вторая линия для нанесения покрытий.
Совершенствование технологии и расширение сорта-
мента труб. В сентябре 2005 г. в Челябинске в Тринадца-
той международной научно-практической конференции
“Трубы-2005” приняли участие руководители и специа-
листы трубных заводов, металлургических комбинатов,
нефтегазовых компаний, машиностроительных пред-
приятий, научно-исследовательских институтов и техни-
ческих университетов1. В своих сообщениях главные
инженеры (технические руководители) трубных заводов
отметили внедрение ряда крупных работ по реконструк-
ции производства, совершенствованию технологии и
расширению сортамента продукции.
В ОАО “Синарский трубный завод” (технический
директор Ю. В. Бодров) благодаря применению мик-
ролегирования стали и специальных видов термичес-
кой обработки освоено производство труб с высокой
ударной вязкостью в условиях низких температур,
повышенной стойкостью против коррозии, сульфид-
ного коррозионного растрескивания и водородного
охрупчивания. Освоено производство обсадных труб
диам. 168 мм с газоплотным резьбовым соединением
типа “металл — металл”, которое не уступает по экс-
плуатационным характеристикам лучшим зарубеж-
ным аналогам. Изготовление насосно-компрессорных
труб с соединением конструкции ТМК FMT позволя-
ет сократить импорт труб с высокогерметичным со-
единением, в том числе в сероводородостойком ис-
полнении. При участии ООО “ВНИИгаз” и ОАО
“РосНИТИ” налажено производство коррозионно-
стойких нефтепроводных труб группы прочности
X42S и бурильных с приваренными замками группы
X95S. На заводе реализуется программа развития про-
изводства до 2010 г. Инвестиции в 2004 г. составили
156 млн руб., в 2005 г. — 437 млн руб. Среди наиболее
важных работ 2005 г. можно отметить следующие: ос-
воение нового высадочного пресса для производства
насосно-компрессорных труб с высаженными конца-
ми; увеличение производства бурильных труб на
36 тыс. т и обеспечение их качества в соответствии с
требованиями API; ввод гидравлического пресса для
испытания обсадных и насосно-компрессорных труб
давлением до 150 МПа; монтаж и освоение в линии
ТПА 80 обжимного стана, позволяющего использовать
взамен катаной непрерывнолитую заготовку диам.
156 мм. Ведутся подготовительные работы по рекон-
струкции ТПА 140, строительству термического отде-
ления, внедрению установок комплексного неразру-
шающего контроля труб (ультразвуковых, методом
рассеянного потока, магнитолюминесцентных), мон-
тажу второго высадочного пресса.
ОАО “Северский трубный завод” (технический ди-
ректор М. В. Зуев) реализует комплексную программу
развития завода на 2004 — 2014 гг. В 2002 г. была введе-
на установка внепечной обработки стали, что позволи-
ло улучшить качество трубного металла. В 2003 г. для
Информация о конференции опубликована в № 11 за 2005 г.
/SSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
61
ОАО “Газпром” было освоено производство обсадных
труб группы прочности Р с резьбовым соединением
ОТТГ. В 2004 г. в мартеновском цехе начали работать
пресс-ножницы фирмы “AKROS”, что позволило улуч-
шить качество подготовки металлолома. В 2006 г. будут
закончены работы по монтажу и наладке МНЛЗ и но-
вого прошивного стана в трубопрокатном цехе. Ведут-
ся подготовительные работы по реконструкции трубо-
прокатного агрегата, которая включает установку не-
прерывного стана взамен пильгерного, строительство
электросталеплавильного цеха взамен мартеновского.
Намечены работы по реконструкции трубосварочного
производства. Среди них реконструкция ТЭСА 73-219
для увеличения наибольшего диаметра труб с 219 до 273
мм, а также цинковального отделения.
ОАО “Челябинский трубопрокатный завод” (глав-
ный инженер И. А. Романцов) проводит реконструк-
цию производства труб, применяемых для строитель-
ства магистральных трубопроводов. Требования к тех-
ническим характеристикам труб ужесточились: повы-
шение прочностных характеристик металла и одно-
временное увеличение толщины стенки, усовершен-
ствование формы шва, обеспечение ударной вязкос-
ти металла шва при —60 °C. С этой целью были мо-
дернизированы трубоэлектросварочные станы 530-820
и 1020-1220. На стане 820 установили сварочные го-
ловки фирмы “Schwill” и источники питания фирмы
“Lincoln”. Система автоматического поддержания
режимов сварки позволила обеспечить производство
труб с более совершенным сварным швом (ширина 18
— 25 мм, усиление наружных швов до 2 мм с плавным
переходом к основному металлу и гарантированной
величиной провара по всей длине) и тем самым по-
высить надежность трубопроводов. Применение кера-
мического флюса своего производства по технологии
фирмы “Бохлер Тиссен” обеспечило увеличение удар-
ной вязкости металла до 49 Дж/см2 при —60 °C и до
78,4 Дж/см2 при —20 °C, а также улучшение качества
сварного шва. Освоено производство труб класса
прочности К65 (Х80) для строительства трубопрово-
дов в любых климатических зонах страны.
Внедрено ультразвуковое и рентгенотелевизионное
оборудование, установлен новый механический экс-
пандер, модернизированы оборудование плазменной
резки труб, фрезерные станки и гидропресс. Все тру-
бы после сварки проходят полный ультразвуковой
контроль с последующей расшифровкой дефектов на
рентгенотелевизионных установках. Использование
механического экспандера обеспечивает высокие тре-
бования к точности наружного диаметра труб и их
кривизне. В 2005 г. закончен первый этап реконструк-
ции трубоэлектросварочного стана 1020 — 1220. Про-
ведена модернизация оборудования формовки (усилие
прессования доведено до 350 МН), установлены но-
вые сварочные головки и источники питания, сварка
ведется с использованием керамического флюса. Ис-
пользуется экспандер стана 820 и планируется уста-
новка второго. Освоено производство труб диаметра-
ми 1067 и 1220 мм с толщиной стенки до 22 мм для
строительства нефтепровода ВСТО с рабочим давле-
нием 10 МПа. В мае 2006 г. изготовлена и отгружена
партия труб в объеме 4000 т.
Выполняется реконструкция участка отделки агре-
гата пилигримовой прокатки труб диам. 8 — 16". На
участке производства обсадных труб модернизирова-
ны трубонарезные и муфтонаверточный станки, уста-
новлен новый муфтонарезной станок. Это позволило
освоить производство труб диам. 245 — 508 мм с со-
временными резьбами в соответствии с требованиями
API 5СТ. Начаты работы по реконструкции участка
отделки, на котором будут смонтированы гидропресс
для испытания труб, трубоотрезные и торцефасочные
станки, установка ультразвукового контроля концов
труб, оборудование для маркировки и клеймения.
ОАО “Таганрогский металлургический завод” (тех-
нический директор В. В. Мульчин) ведет работы по
техническому перевооружению производства в соот-
ветствии с программой на 2005 — 2010 гг. Общие зат-
раты на ее реализацию составят 8 млрд руб. Для уве-
личения объемов производства высокопрочных труб
обсадных (групп прочности по API 5СТ — L80, С90,
Pl 10) и бурильных (групп прочности по API 5D —
Е75, Х95, G105) необходимо расширение термических
отделений и улучшение качества металла. Имеющие-
ся мощности позволяют выпускать термообработан-
ные трубы в объеме 180 тыс. т и загружены полнос-
тью. В 2007 г. предусматривается строительство термо-
отделения мощностью 200 тыс. т. Внедрение установ-
ки ковш-печь в мартеновском цехе дало возможность
освоить выпуск сталей высокого качества, например
стали 25ХГМА с содержанием серы менее 0,007 % и
фосфора до 0,015 %, из которой изготавливают высо-
копрочные и коррозионно-стойкие трубы. Освоен
выпуск обсадных труб с безмуфтовыми резьбовыми
соединениями (в 2005 г. выпущено 18 тыс. т) и с вы-
сокогерметичными резьбами для ОАО “Газпром” и
нефтегазовых компаний (в 2005 г. — 2,5 тыс. т). Было
разработано газогерметичное резьбовое соединение
обсадных труб типа ТМК GF. Опытная партия труб
успешно прошла испытания в ООО “ВНИИгаз” на
многократное свинчивание — развинчивание и газо-
герметичность в среде сероводорода. В 2006 г. налажен
выпуск обсадных труб размером 168,28x8,94 мм с резь-
бой ТМК GF в объеме до 500 т в месяц. Системати-
ческая работа по улучшению качества металла и труб
позволила предприятию увеличить до 1/3 долю про-
дукции, отгружаемой на экспорт.
Особое внимание заместитель директора по каче-
ству ОАО “Таганрогский металлургический завод”
Ю. А. Бойко обратил на расширение технологических
возможностей производства. Ввод установки внепеч-
ной обработки стали ковш-печь позволил выпускать
бесшовные трубы с повышенной коррозионной и хла-
достойкостью за счет снижения содержания вредных
примесей и неметаллических включений, а также ос-
воения выпуска легированных сталей. В трубопрокат-
ном цехе № 2 был смонтирован редукционно-растяж-
ной стан фирмы “SMS Meer” (Германия), на котором
62
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
изготавливают трубы высокого качества по геометри-
ческим параметрам и чистоте поверхности. Смонти-
ровали автоматизированную линию фирмы “SMS
Meer” в составе четырех трубонарезных и муфтонавер-
точных станов, на которой освоили выпуск труб с
высокогерметичными резьбами.
В ОАО “Первоуральский новотрубный завод” (глав-
ный инженер Д. В. Марков) большое внимание уделя-
ют освоению производства новых видов труб для ма-
шиностроения. Завод располагает основными техноло-
гиями производства труб диаметром от 0,2 до 219 мм с
толщиной стенки от 0,05 до 45 мм из 200 марок стали
и сплавов, а также баллонов. Завод поставляет трубы
1500 предприятиям всех отраслей промышленности.
Пятую часть труб потребляют машиностроители, в том
числе: автомобилестроение — 36 %, тяжелое машино-
строение — 32 %, нефтехимическое машиностроение —
13 %. Завод является поставщиком труб для атомной и
тепловой энергетики, авиастроения и других отраслей.
ПНТЗ поставляет АвтоВАЗу катаные трубы из стали
19ХГН, холоднодеформированные малого диаметра,
холоднокатаные толстостенные 54хвн.35, 69хвн.49 мм
и других размеров. Для повышения экономичности на
стане 160 освоено производство катаных труб с допус-
ками по наружному диаметру ± 0,5 мм, по внутренне-
му ± 0,8 мм, холоднодеформированных — ± 0,5 мм по
наружному и внутреннему диаметрам. Топливопро-
водные трубы для дизельной аппаратуры выпускают
на специализированном участке. Их особенностью яв-
ляются высокие точность и качество поверхности
внутреннего канала. Для обеспечения указанных тре-
бований жестко регламентированы режимы расточки
заготовки, горячей и холодной прокатки, технологи-
ческой смазки, волочения, термической (в печах с
защитной атмосферой) и химической обработки и
отделки труб. Длинномерные трубы выпускаются в
бунтах. О высоком качестве труб свидетельствует
объем их закупки моторостроительными заводами. По
заказам ГПЗ завод поставляет холоднокатаные под-
шипниковые трубы с дополнительными технически-
ми требованиями: сниженным уровнем остаточных
напряжений в металле (специальный режим настрой-
ки правильного стана), равномерной по длине макро-
структурой (использование камерной печи), неразру-
шающим контролем всех труб (использование магнит-
но-индукционного прибора ВД41П), высокой геомет-
рической точностью и более широкого сортамента.
Освоено производство котельных горячекатаных
труб диам. до 32 мм на стане 30-102 вместо холодно-
деформированных. Обеспечение более жесткого ин-
тервала температур перед редуцированием и конца
прокатки позволяет выпускать трубы из сталей 20,
20ПВ, 17ГС и 15ХМ без дополнительного отжига (с
меньшей себестоимостью). Ведутся работы по освое-
нию выпуска горячекатаных котельных труб диам. 42
мм из стали 12X1 МФ.
В ОАО “Волжский трубный завод” (главный про-
катчик В. В. Ананян) приняли решение освоить тех-
нологию прокатки труб диам. 325 - 426 мм с толщи-
ной стенки 9—10 мм на непрерывном стане 159-426.
За последние 10 лет технологические возможности
стана увеличились за счет повышения квалификации
персонала, улучшения качества настройки оборудова-
ния, совершенствования калибровки инструмента.
Появилась потребность в трубах 426x10 мм с высокой
коррозионной и хладостойкостью для обустройства
газовых и нефтяных месторождений в сложных кли-
матических условиях. Себестоимость катаных труб
может конкурировать с себестоимостью сварных труб
большого диаметра. Сначала были усовершенствова-
ны калибровки инструмента, ужесточены интервалы
температур прокатки, применена новая технологичес-
кая смазка. Толщину стенки постепенно уменьшили с
12 до 10,5 мм. Прокатка труб из стали 06ХФ протекала
стабильно. Благодаря дополнительным мероприятиям
появилась возможность выпускать трубы 426x10 мм с
полем допуска по толщине стенки от —15 до +12,5 %,
т. е. в соответствии с требованиями ГОСТ 8732.
Улучшение качества трубного металла. При участии
ФГУП “ЦНИИчермет им. И. П. Бардина” металлурги-
ческие предприятия проводят работы, направленные на
повышение качества металла и труб. По оценке Цент-
ра стали для труб и сварных конструкций ЦНИИчер-
мета (Ю. Д. Морозов, Л. И. Эфрон) наиболее крупны-
ми из них можно считать следующие. По сталелитей-
ному производству, освоение выплавки стали с низким
содержанием вредных примесей и газов (0,001 —
0,002 % S, < 0,007 % N, < 2 ppm Н2), контроль форми-
рования и модифицирование неметаллических включе-
нйй; снижение химической неоднородности непрерыв-
нолитых слябов, в том числе путем применения “мяг-
кого” обжатия. По прокатному производству, переход от
низкотемпературной контролируемой прокатки с ох-
лаждением металла на воздухе к термомеханическому
контролируемому процессу с регламентированным ус-
коренным охлаждением; автоматизация процесса про-
катки и охлаждения; обеспечение равномерности ме-
ханических свойств по площади листа; улучшение ка-
чества поверхности; переход к 100 % ультразвуковому
контролю листа для подводных трубопроводов.
По трубному производству, освоение прокатки труб
с толщиной стенки до 36 — 40 мм класса прочности
К65 и К70 на рабочее давление до 12 МПа (до 22 МПа
для подводных трубопроводов); обеспечение повы-
шенной стойкости к сероводородному растрескива-
нию и на участках, подверженных коррозионному ра-
стрескиванию под напряжением. После ввода Ижор-
ского трубного завода возрастет дефицит прокатных
мощностей по изготовлению штрипсов для труб диам.
1420 мм. Наиболее вероятным направлением решения
этого вопроса становится освоение производства труб
диам. 1420 мм с двумя швами на Выксунском метал-
лургическом заводе. Реконструкция стана 2800, кото-
рую планирует выполнить ООО “Уральская Сталь”,
позволит обеспечить выпуск двухшовных труб с тол-
щиной стенки до 32 мм. Прорабатывается вопрос о
строительстве современного толстолистового стана на
одном из металлургических комбинатов.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
63
Для производства продукции более высокого каче-
ства созданы совместные программы металлургических
комбинатов и трубных компаний. Уже реализуются
программы: ТМК — Северсталь, ТМК — ММК, ОМК
— Северсталь, ОМК — Уральская Сталь, ЧТПЗ — Ураль-
ская Сталь, ЧТПЗ — ММК. В этих программах примут
участие ведущие институты: ФГУП ЦНИИчермет, ОАО
ВНИИСТ, ООО “ВНИИгаз” и ОАО “ВНИИТнефть”,
что позволит улучшить качество металла и труб до со-
временного уровня и снизить объемы импорта.
Изменение объемов производства, экспорта, импорта
и потребления труб. Руководители и специалисты хол-
динговых компаний ОАО “Трубная металлургическая
компания”, ЗАО “Объединенная металлургическая
компания”, ЗАО “Группа ЧТПЗ”, а также предприятий
ОАО “Северсталь”, ОАО “Новосибирский металлурги-
ческий завод” и трубных заводов систематически ведут
работы по совершенствованию технологии производ-
ства, обновлению оборудования и расширению сорта-
мента выпускаемой продукции. Это позволяет своевре-
менно учитывать изменение спроса российского и за-
рубежного рынков на имеющиеся и новые виды труб.
Об эффективности проводимой работы можно су-
дить по изменению объемов и соотношения потреб-
ления, производства, экспорта и импорта стальных
труб, тыс. т:
Показатели	2003 г.	2004 г.	2005 г.	3 мес 2006
Производство	6134	6034	6673	1673
Экспорт:	1122	1553	1682	315
дальнее зарубежье	657	1037	1078	173
СНГ	465	516	604	142
Импорт:	1018	1213	1035	281
дальнее зарубежье	269	647	349	88
СНГ	749	566	686	193
Потребление	6030	5694	6026	1639
Приведенные данные свидетельствуют о том, что
в 2004 г. потребление труб на внутреннем рынке
уменьшилось на 6,6 %. Это было связано с тем, что в
течение года выросли цены на металл и трубы и за-
казчики отложили реализацию ряда проектов на бо-
лее поздние сроки (“отложенный спрос”), так как
заложенные в бюджеты компаний затраты на их при-
обретение были полностью израсходованы. Экспорт
труб вырос на 38,4 %, но это не восполнило сниже-
ние спроса внутреннего рынка, и производство труб
уменьшилось на 1,6 %. Запланированные предприя-
тиями объемы производства труб не были выполнены.
В 2005 г. выпуск труб увеличился по сравнению с
2004 г. на 10,6 % и составил 6673 тыс. т. Выросло про-
изводство труб для предприятий нефтедобывающей
промышленности, машиностроения и строительной
индустрии. Импорт снизился на 14,7 %, что связано в
первую очередь с реализацией инвестиционных про-
ектов и ростом производства труб для магистральных
трубопроводов на Волжском трубном и Выксунском
металлургическом заводах. Уменьшился импорт труб,
экспорт вырос на 8,3 %. Снижение объемов труб, за-
купаемых по импорту, и увеличение экспортных по-
ставок свидетельствуют о правильности выбранных
предприятиями направлений реконструкции произ-
водства. Потребление труб на внутреннем рынке за год
увеличилось на 5,8 %.
Производство труб за 6 мес 2006 г. увеличилось на
16,2 %, в том числе по трубам нефтяного сортамента:
сварным большого диаметра — на 38 %, обсадным —
на 27 %, насосно-компрессорным — на 18 %, нефте-
проводным электросварным — на 28 %.
Производство труб на ведущих трубных предприяти-
ях характеризуется следующими показателями, тыс. т:
Предприятие	2003 г.	2004 г.	2005 г.	5 мес 2006 г.	2006/ /2005, %
Трубы стальные, всего: В том числе:	6134	6034	6673	3615	116,2
Выксунский металлургический завод	885	868	999,7	702,6	158
Челябинский трубопрокатный завод	824	750	782	424	118
Волжский трубный завод	754	785	995	458	95
Первоуральский новотрубный завод	685	690	730	349	100
Таганрогский металлургический завод	571	608	671	345	112
Синарский трубный завод	574	581	591	291	97
Северский трубный завод	561	526	605	322	115
Северсталь	213	213	235	127	119
Новосибирский металлургический завод	214	156	171	88	108
Магнитогорский металлургический комбинат	82	81	79	44	120
В 2005 г. производство труб выросло на всех веду-
щих трубных заводах. Лучших результатов по сравне-
нию с 2004 г. достигли следующие заводы: Волжский
трубный — 127 %, Северский трубный — 112 %, Вык-
сунский металлургический — 115 %, Таганрогский ме-
таллургический — ПО %. Большая часть продукции
указанных заводов закупается нефтегазовыми предпри-
ятиями. Мощности в 2005 г. были загружены на 65 %.
В 2006 г. наиболее высокий рост производства так-
же наблюдается на предприятиях, поставляющих тру-
бы нефтегазовым предприятиям. За 6 мес наилучших
результатов достигли Выксунский металлургический
завод — 155 %, Челябинский трубопрокатный завод —
118 %, Северский трубный завод — 115 %, Таганрог-
ский металлургический завод — 112 %.
Предприятия нефтегазовой промышленности потреб-
ляют до половины выпускаемых труб и во многом
определяют загрузку производственных мощностей
ряда ведущих трубных заводов, тыс. т:
Вид труб	2003 г.	2004 г.	2005 г.	6 мес 2006 г.	2006/ /2005.%
Обсадные	649	725	804	500	127
Насосно-компрессорные	263	293	327	170	118
Бурильные	26,4	28,2	29	14,2	90
Сварные большого диаметра	1174	1030	1374	801	133
Нефтепроводные бесшовные	715	702	668	300	86
Н ефтепроводные					
электросварные	526	507	502	322	128
64
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. №> 8. 2006 г.
В 2005 г. выпуск труб нефтяного сортамента по
сравнению с 2004 г. увеличился: сварные больших
диаметров — 133 %, обсадные — 109,9 %, насосно-
компрессорные — 110,2 %, бурильные — 102,1 %,
нефтепроводные бесшовные — 95 %. За 6 мес 2006 г.
по сравнению с 6 мес 2005 г. — 133, 127, 1 18 % соот-
ветственно, а нефтепроводных электросварных — на
128 %.
Производство труб, применяемых в машиностроении,
тыс. т:
Вид труб	2003 г.	2004 г.	2005 г.	6 мес 2006 г.	2006/ /2005,%
Катаные общего назначения	850	858	871	407	93
Катаные подшипниковые	21	26,5	22,7	8,3	70
Катаные и нефтепроводные для котлов высокого давления	17,9	24	26,2	13,7	100
Тянутые общего назначения	99,3	100,8	97	45	96
Тянутые для котлов высокого давления	13,8	15,1	16,9	Н,1	113
Тянутые подшипниковые	16,1	15,1	12,8	6,0	85
Тонкостенные бесшовные прочие	53,7	48,4	52,3	41	160
В 2005 г. произошло снижение производства труб
подшипниковых и тянутых общего назначения, что
было связано с ростом их поставок по импорту. В
2006 г. наблюдается снижение производства труб ка-
таных и тянутых общего назначения, катаных под-
шипниковых и котельных. Увеличение выпуска тон-
костенных бесшовных труб связано с лучшей загруз-
кой производства на ЧТПЗ.
Изменение объемов импорта труб во многом зави-
сит от уровня конкурентоспособности продукции,
выпускаемой российскими заводами, тыс. т:
Вид труб	2002 г.	2003 г.	2004 г.	2005 г.
Импорт, всего	648	1018	1213	1035
В том числе:				
обсадные и насосно-компрессорные	113	145	146,6	159,4
бурильные	И,1	8,4	7,6	н,о
сварные большого диаметра	312	416	423	325
нефтепроводные бесшовные	7	56	200	201,8
нефтепроводные электросварные	35,4	18	32,5	22
Проводимая работа, направленная на повышение
конкурентоспособности выпускаемых труб, позволи-
ла в 2004 — 2005 гг. снизить импорт по ряду позиций,
но объемы их остаются по прежнему высокими.
В последние годы трубные предприятия проводи-
ли работу по обновлению оборудования, совершен-
ствованию технологии, расширению сортамента вы-
пускаемых труб, сертификации продукции по между-
народным стандартам. С 2000 г. ОАО “Трубная метал-
лургическая компания”, ЗАО “Объединенная метал-
лургическая компания” и ЗАО “Группа ЧТПЗ” зани-
мались работой по созданию зарубежных представи-
тельств и продвижению российских труб на междуна-
родный рынок. Это позволило увеличить объем экс-
портных поставок труб (около половины их экспорти-
руются на рынки стран СНГ), тыс. т:
Вид труб	2001 г.	2002 г.	2003 г.	2004 г.	2005 г.
Экспорт, всего В том числе: обсадные и насосно-	927	956	1122	1553	1682
компрессорные	116	146	184	281	353
бурильные сварные больших диаметров	12,3	9,4	Н,8	20,1	14,4
(под флюсом прямошовные) сварные больших диаметров	65	32	65	71	91,3
(под флюсом спиральношовные)	13	40	14	36	13
нефтепроводные бесшовные	101	34	64	100	120
нефтепроводные электросварные холоднодеформированные	106	39	37	61	58
углеродистые	34,2	34,8	33,4	32,8	45,9
Наибольшее количество обсадных труб поставля-
ется в Китай, Индию, Сирию, Казахстан, Узбекистан,
Корею; бурильных — в Италию, Китай, Туркмению,
Украину; для магистральных газонефтепроводов — в
Казахстан, Узбекистан, Азербайджан; катаных углеро-
дистых — в Германию, Польшу, Италию, Турцию и др.
Наиболее крупными потребителями российских труб
являются Германия, Италия, Китай, Турция, Сирия,
Иран, Индия, Казахстан, Узбекистан, Туркмения.
Работы, направленные на повышение конкурен-
тоспособности выпускаемой продукции, продвижение
труб на зарубежный рынок и замещение импортных
труб отечественными, являются приоритетными, со-
здают возможность для увеличения объемов произ-
водства и более полного использования производ-
ственных мощностей.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
65
Наши юбиляры
Леониду Алексеевичу Кондратову - 70 лет
5 августа 2006 г. исполнилось 70 лет известному спе-
циалисту в области трубного производства Леониду
Алексеевичу Кондратову. По окончании Уральского
политехнического института он работал на Перво-
уральском новотрубном заводе (1960—1986 гг.) снача-
ла инженером-конструктором, ас 1981 г. — главным
механиком. В 1973 г. защитил кандидатскую диссер-
тацию, посвященную вопросам технологии и обору-
дования холодной прокатки труб.
На ПНТЗ Леонид Алексеевич был руководителем
и участником работ по созданию технологии и обору-
дования многониточной холодной прокатки труб,
первой автоматизированной системы управления про-
изводством трубоволочильного цеха № 6, новых кон-
струкций рабочих клетей, приводов и передаточных
устройств. Он также участвовал в строительстве, ос-
воении и реконструкции стана непрерывной прокат-
ки 30-102, цехов по выпуску труб для машинострое-
ния и атомной энергетики. Под его руководством ве-
лись работы по созданию основного, сменного и не-
стандартного оборудования, освоению технологии
изготовления инструмента, реконструкции трубопро-
катных агрегатов, организации централизованной
службы капитального ремонта станов холодной про-
катки и электромостовых кранов.
С 1986 по 1992 г. в должности начальника отдела
ВПО «Союзтрубосталь» участвовал в освоении отече-
ственных аналогов оборудования стана 159-426
Волжского трубного завода, в организации строи-
тельства и освоении ТПА 80 Синарского трубного
завода, отделений по выпуску насосно-компрессор-
ных и бурильных труб на Первоуральском новотруб-
ном и Синарском трубном заводах, отделения по
производству холоднокатаных труб на Челябинском
трубопрокатном заводе, в реорганизации ремонтных
служб предприятий.
В качестве заместителя технического директора
концерна «Трубопром» (1992 - 1997 гг.) занимался
организацией работ по созданию отечественного
оборудования, приобретаемого ранее по импорту.
По его инициативе на трубных предприятиях Урала
внедрены многие головные образцы отечественно-
го оборудования для отделки и неразрушающего
контроля труб.
С 1997 г. работал в Минэкономики России, с 2000 г.
— советник в Департаменте металлургии Минпромна-
уки России, с 2004 г. — консультант в Департаменте
промышленности Минпромэнерго России.
Награжден орденом «Знак Почета» и медалями.
Автор монографии, 23 патентов и изобретений, мно-
гих научных статей. Несколько раз избирался депута-
том Первоуральского городского совета народных де-
путатов. В течение многих лет тесно сотрудничает с
журналом «Сталь» в качестве автора и рецензента пуб-
ликуемых материалов.
Редакция и редколлегия поздравляют Леонида
Алексеевича с юбилеем, желают ему доброго здоровья,
благополучия, дальнейших творческих успехов.

66
ISSN 0038-920Х. “Столь ”. № 8. 2006 г.
МЕТИЗНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 621.771.6
Внедрение установки очистки СОЖ
на станах холодной прокатки ленты
С. М. Вершигора, В. П. Рудаков,
С. В. Герасимов
ОАО “Магнитогорский
калибровочный завод”
Опыт эксплуатации четырехклетевых станов показал, что
работа без системы очистки смазочно-охлаждающей жидко-
сти (СОЖ) не обеспечивает необходимого качества полосы.
Это вызвано тем, что применяемые эмульсолы и водораство-
римые эмульсии на их основе быстро загрязняются и выхо-
дят из строя.
Основными источниками загрязнений и изменения
свойств технологических смазочно-охлаждающих жидкостей
являются: накопление металлических частиц от износа поло-
сы и валков, вынос с полосой из эмульсии поверхностно-
активных веществ, внесение в эмульсию масел и солей после
травления металла, выпаривание воды из эмульсии и поступ-
ление солей жесткости при добавлении воды, попадание по-
сторонних масел из подшипников жидкостного трения и
гидросистем станов. В результате на поверхности ленты ос-
таются загрязнения, которые после отжига проявляются в
виде черного налета. Особенно ухудшают качество поверх-
ности находящиеся в эмульсии механические примеси и
масло, содержащее частицы металла, мыла и грязь, которые
вкатываются в полосу. При увеличении показателя загряз-
ненности эмульсии выше допустимого уровня проводят
полную замену или обновление части эмульсии, это связа-
но с дополнительными простоями станов. Такие простои
только одного стана составляют 4 смены в месяц.
Кроме того, в проекте нового федерального закона “Об
оплате за негативное воздействие на окружающую среду”
предусматривается рост платежей за складирование отходов
примерно в 5 раз.
Отсутствие системы очистки эмульсии от механических
примесей и свободных масел приводит также к снижению
стойкости валков. Таким образом, очистка СОЖ продляет
срок службы эмульсии, способствует охране окружающей
среды и экономии ресурсов (нефтепродуктов, присадок).
От правильного выбора способов очистки и корректиров-
ки состава эмульсии зависят срок ее использования, рас-
ход на 1 т ленты, а также качество продукции и технико-
экономические показатели.
В августе 2003 г. в ЦЛХП была реконструирована эмуль-
сионная система и введена в эксплуатацию установка очи-
стки СОЖ для станов 400 холодной прокатки. Основные
узлы эмульсионной системы после реконструкции: уста-
новка магнитной очистки СОЖ “Вита С-320”, два мас-
лосъемных механизма, чистовая емкость объемом 100 м3,
четыре грязевые емкости по 20 м3, восемь системных на-
сосов, трубопроводы и задвижки.
Установка “Вита С-320” разработана совместно ЗАО
НПК “Волга-Экопром” и Ульяновским государственным
техническим университетом на основе кассетных магнитных
сепараторов для очистки СОЖ от твердых включений и по-
сторонних масел. Сепаратор размещается на траверсе, ко-
торая прикрепляется к стойке бака. Магнитные патроны,
которые состоят из латунной гильзы, заполненной магнит-
ными элементами с магнитопроводящими шайбами между
ними, монтируют на траверсе. Для подъема и опускания
патронов в СОЖ траверса может перемещаться по стойке.
Загрязненная СОЖ проходит через магнитные патроны,
на поверхности которых остается осадок, состоящий из
феррочастиц с маслом и небольшого количества СОЖ. При
достижении заданной толщины осадка или по истечении
определенного времени кассету с магнитными патронами
поднимают и очищают. Когда кассета расположена в верх-
нем положении, гидроцилиндр перемещает скребковые
конвейеры по направляющим под патроны кассеты. Шлам
с патронов сбрасывается в скребковый конвейер, с которо-
го удаляется в специальную емкость. После этого кассета с
магнитными патронами снова опускается в СОЖ.
Маслосъемный механизм служит для снятия с поверхно-
сти СОЖ пенного продукта и масляной пленки. Во время
движения верхнего пенно-масляного слоя вместе с потоком
в сторону маслосъемного механизма пленка и пена захваты-
ваются вращающимся барабаном и снимаются маслосъем-
ным ножом.
Установка “Вита С-320” вмонтирована в эмульсионную
систему станов. Характеристики установки следующие:
Производительность, м3/ч	640
Емкость системы, м3	180
Степень очистки, %	До 99
Тонкость очистки, мкм	2 — 5
Во время эксплуатации установки были использованы
эмульсолы Минимакс-102Б и ТП. Эмульсию на основе
эмульсола Минимакс-102Б готовили на конденсате. Были
определены оптимальные режимы работы магнитного сепа-
ратора и маслосъемных лотков, методика корректировки
эмульсии по содержанию масла. Результаты наблюдений
выявили низкую стабильность эмульсола и высокую корро-
зионную активность (75 %). Для приготовления эмульсии на
основе эмульсола ТП использовали промышленную воду.
В ходе отработки технологии контролировали загряз-
ненность, концентрацию, корродирующее действие и pH
рабочей эмульсии, следили за чистотой поверхности метал-
ла. Оптимизировали режимы работы магнитного сепарато-
ра (цикл 1 ч) и маслосъемных лотков (работают непрерыв-
но) для стабилизации показателей эмульсии по загрязнен-
ности и концентрации.
Использование системы очистки позволило: увеличить
срок службы эмульсии до 6 мес с ежедневной подпиткой;
уменьшить потребление воды для приготовления эмульсий
и применять ее для компенсации безвозвратных потерь;
удалять из эмульсии минеральные масла и механические
примеси; улучшить чистоту поверхности металла. Годовой
эффект от внедрения установки магнитной очистки СОЖ
“Вита С-320” в ЦЛХП составил 6 млн руб., срок окупаемо-
сти затрат — 1,9 года.
/SSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
67
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 621.967.2:621.771.23
Разработка ножниц сдвоенных
кромкообрезных и продольной резки
А. В. Кульвиц, Н. А. Комар
ОАО “Колпинский научно-
исследовательский институт
металлургического машиностроения"
Возрастающие требования к качеству листов, в част-
ности к допускам на размеры обрезанных кромок,
косине реза, перпендикулярности торцов, отсутствию
загибов или подмятин, обусловливают необходимость
совершенствования конструкции ножниц и другого
оборудования.
В настоящее время в линиях резки толстолистово-
го проката применяются: гильотинные ножницы;
ножницы с “катящимся резом” двухкривошипные
(проект фирмы “Мюллер и Нойман”, ныне “SMS
Demag”) и однокривошипные (разработка КО ВНИИ-
метмаш).
По проекту “КО ВНИИметмаш” были изготовлены
опытные однокривошипные ножницы с катящимся
Рис. 1. Кинематические схемы ножниц разработки ВНИИметмаша
(а) и фирмы “SMS Demag” (б)
резом усилием резания 320 кН (рис. 1) для поперечной
резки листов шириной 700 мм и толщиной 10 мм. Про-
ведены научно-исследовательские работы, подтвердив-
шие работоспособность выбранной кинематической
схемы и разработанной методики расчета ножниц. На
следующем этапе провели реконструкцию двух участ-
ков ножниц на стане 2800 ОАО “Уральская Сталь”, вве-
денных в эксплуатацию в декабре 2000 г. и ноябре
2005 г., и на стане 2800 ЛПЦ-1 ОАО “Северсталь”.
Предлагаемая конструкция имеет все преимуще-
ства ножниц с катящимся резом по сравнению с ги-
льотинными. В то же время однокривошипные нож-
ницы работают по новой кинематической схеме и
обладают рядом существенных преимуществ по срав-
нению с двухкривошипными (рис. 2). Ножницы вы-
полнены реверсивными, для одного полного реза эк-
сцентриковый вал поворачивается на 213°, что позво-
ляет увеличить передаточное число редуктора при
сохранении заданного времени реза и снизить уста-
новленную мощность электропривода. Направление
вращения эксцентрикового вала после каждого реза
меняется на противоположное. Таким образом, из
рабочего цикла исключается значительная часть обо-
рота вала, приходящаяся на холостой ход. Кроме того,
ножницы имеют один двухопорный эксцентриковый
вал вместо двух трехопорных, вал установлен на под-
шипниках качения вместо скольжения, масса ножниц
примерно в 1,5 раза меньше, а установленная мощ-
ность привода — примерно в 2 раза. Ножницы осна-
щены механизмом уравновешивания, обеспечиваю-
щим выборку зазоров в направлении усилия резания.
Отсутствие подобного механизма в двухкривошипных
ножницах приводит к разбиванию подшипников
скольжения трехопорных эксцентриковых валов. Так-
же ножницы имеют механизмы регулирования боко-
вого зазора между ножами, прижима листа, крепления
и смены ножей. Техническая характеристика ножниц
поперечной резки (однокривошипных с катящимся
резом) стана 2800:
Максимальное усилие резания, кН	9000
Максимальное раскрытие ножей, мм	250
Число ходов в минуту	15
Число резов в минуту	S
68
ISSN 0038- 920Х. “Стаи”. № 8. 2006г.
ИЕ
Сомар
учно-
титут
жия”
Рис. 2. Общий вид ножниц поперечной резки стана 2800: /, 3 —
нижний и верхний ножи; 2 — станина; 4 — суппорт; 5 — эксцент-
риковый вал; 6 — коромысло
чной
ской
I. На
част-
вве-
>ябре
г ги-
нож-
че и
:рав-
вы-
а эк-
при
уста-
ение
реза
[, из
обо-
Угол резания	2°40' — 3°
Величина регулируемого бокового зазора, мм	0,5 — 4
Перекрытие ножей, мм	5—10
Габаритные размеры ножниц:
длина, мм	6000
ширина, мм	7200
высота над уровнем пола,	м	4700
масса, т	210
Установленная мощность главного привода, кВт	2x400
Изменение кривизны после резки (соответствует
поперечной неплоскостности категории “высокая”
и “особо высокая” по ГОСТ 19903), мм	<15
Размеры разрезаемых листов, мм	2700x7 — 50
Ширина обрези, мм	100 — 500
Максимальное временное сопротивление разрыву
материала листов разной толщины, Н/мм2:
< 35 мм	1200
36-40 мм	1000
41-45 мм	800
45 - 50 мм	700
Рис. 3. Кинематические схемы СКОН фирмы “SMS Demag” (а) и
ОАО “КО ВНИИметмаш” (бу. 1, 3 — начало и завершение продоль-
ного реза; 2 — продольный рез и работа поперечного скрапного
ножа; 4— поперечный рез скрапного ножа
под-
шиц
ющ-
1НИЯ.
Так-
око-
ения
Рассмотренную кинематическую схему использо-
вали при создании ножниц сдвоенных кромкообрез-
ных (СКОН) и продольной резки листов. В СКОН
фирмы “SMS Demag” применяют кинематическую
схему с двухкривошипным механизмом катящегося
верхнего ножа продольной резки и скрапного ножа
поперечной резки, причем их работа осуществляет-
ся одновременно от одного привода (рис. 3, а). Спе-
циалисты КО ВНИИметмаш в рамках эскизного и
технического проектов разработали СКОН с одно-
кривошипным механизмом ножа продольной резки
и разнесенной во времени работой скрапного ножа
поперечной резки. Механизмы кинематически жест-
ко связаны друг с другом и имеют один общий при-
вод (рис. 3, б).
Кромкообрезные ножницы конструкции КО
ВНИИметмаш обладают рядом существенных пре-
имуществ по сравнению со СКОН: кинематическая
схема позволяет выполнять продольный и попереч-
ный резы последовательно, т. е. раздельно за один
рабочий ход ножниц, что значительно уменьшает
общее усилие резания, а следовательно, ножницы
имеют значительно меньшие массу и установленную
мощность главного привода; использование двух
двухопорных эксцентриковых валов, установленных
на подшипниках качения, и механизмов уравнове-
шивания.
Разработанные однокривошипные ножницы с ка-
тящимся резом работают по новой кинематической
схеме, обеспечивают резку всего сортамента толстоли-
стового стана с соблюдением высоких требований,
предъявляемых к качеству листа (в частности, имеют
поперечную неплоскостность категорий “высокая” и
“особо высокая”). Кроме того, на этих станах необ-
ходима замена гильотинных кромкообрезных ножниц
на СКОН с катящимся резом, а поскольку конструк-
ция КО ВНИИметмаш имеет определенные преиму-
щества, то в ближайшем будущем возможна их про-
мышленная эксплуатация.
9000
250
15
8
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
69
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
УДК 669.14.018.295:621.774.3:622.279.51/.245.1
Изыскание состава сталей и режимов
термической обработки обсадных
Н. Т. Тихонцева, П. Ю. Горожанин,
С. Ю. Жукова, М. Н. Лефлер, В. М. Фарбер
ОАО “Синарский трубный завод”, Уральский
государственный технический университет
и насосно-компрессорных труб
высокой прочности
В ОАО “СинТЗ” действует система менеджмента ка-
чества на базе МК ISO 9001—2000. Предприятие вы-
ходит на мировой уровень, успешно осваивая крупно-
серийное производство бесшовных труб по стандар-
там API 5СТ, API 5L, API 5D, DIN, EN, ASTM, а так-
же по отечественным техническим условиям как в
обычном, так и в хладо- и коррозионно-стойком ис-
полнении. В последние годы наряду с необходимос-
тью удовлетворения потребности внутреннего рынка
наблюдается рост экспортных поставок.
Достижение требуемых параметров, в частности
при производстве труб повышенной сероводородо-
стойкости, требует постоянного поиска путей оптими-
зации химического состава стали и технологии обра-
ботки [1, с. 17 — 20].
В работе решались задачи получения комплекса
механических свойств обсадных и насосно-компрес-
сорных труб групп прочности Е и выше, а также вы-
явления ддя стали каждого состава после закалки и
высокого отпуска наивысшей категории прочности.
Для получения использовалась непрерывнолитая
заготовка производства ОАО НТМК из стали трех
составов (табл. 1). В основу выбора химического со-
става легло повышение степени легирования традици-
онно используемой стали элементами, значительно
увеличиваюшими устойчивость переохлажденного
аустенита (Сг, Мо) и обеспечивающими полную про-
каливаемость, а также микролегирование ванадием,
способствующим дисперсионному твердению и задер-
жке разупрочнения при отпуске [2, 3]. Содержание
оксидов, сульфидов и силикатов не превышало балла
1 по методу Ш ГОСТ 1778, количество примесей цвет-
ных металлов — 0,0003 % As, не более чем по 0,001 %
Sn и РЬ, водорода, кислорода и азота — не более со-
ответственно 0,0002, 0,0025 и 0,006 %.
Трубы и муфтовые заготовки подвергали термичес-
кой обработке в цеховых условиях, нагревая до тем-
пературы 890 ± 10 °C и выдерживая в печи с шагаю-
щими балками в течение 1,5 ч. Точка Ас для исследо-
ванных сталей находится в интервале 800 — 820 °C.
Таким образом, температура аустенитизации соответ-
ствовала Ас + 70 °C, что обеспечило равномерный
прогрев трубы по всей длине и сечению и гомогени-
зацию аустенита. Размер исходного зерна, определен-
ный по ГОСТ 5639, для всех сталей соответствовал
№ 10 - И.
Спрейерное устройство из семи автономно регулиру-
емых в широком диапазоне расходов воды секций по-
зволяло последовательно подавать воду на наружную
поверхность трубы по мере ее прохождения через спрей-
ер, обеспечивая равномерность охлаждения по длине и
окружности, а также регулировать скорость охлаждения
в определенных температурных интервалах. Благодаря
ускоренному охлаждению в интервале 890 — 400 °C по-
давлялся распад переохлажденного аустенита в ферри-
то-перлитной и промежуточной областях, а замедленное
охлаждение в интервале температур мартенситного пре-
вращения (400 — 160 °C) минимизировало остаточные
напряжения и, следовательно, искривление изделий.
Средняя скорость охлаждения около 25 °С/с поддержи-
валась во всем интервале температур.
Прокаливаемость металла оценивали на трубах и
муфтовой заготовке следующих размеров, мм: 73,0x5,5
(а), 89,0x13,0 (б), 139,7x10,5 (в) и 108,0x20,0 (г) из ста-
Таблица 1. Химический состав исследованных сталей*
Сталь	С	Si	Мп	S	Р	Сг	Ni	Мо	V	А1	Nb
1	0,25	0,27	0,63	0,005	0,008	1,01	0,08	0,17	0,06	0,03	0,003
2	0,25	0,26	0,60	0,006	0,009	0,89	0,06	0,26	0,05	0,03	0,002
3	0,26	0,24	0,62	0,004	0,010	0,94	0,09	0,53	0,04	0,01	0,003
* Массовые доли элементов, %; содержание меди — 0,013 %, титана - 0,005 %.
70
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Рис. 1. Твердость труб и муфтовых заготовок различного сортамен-
та из исследованных сталей после закалки: изделия а — г — сталь /;
изделия д — сталь 2, изделия е и ж — сталь 3 (нд и вд — наружная
и внутренняя дуга трубы; сд — середина толщины стенки
Рис. 2. Влияние температуры и параметра отпуска на механические
свойства труб размером 139,7x10,54 мм из сталей 1 (♦), 2 () и 3 (*).
Указаны нормы для групп прочности труб Р, М, Л, Е; в случае о02
норма определяется значением о,; в случае K(N ' указан уровень
требований к хладостойким трубам
ли 1, 139,7x10,5 (д) из стали 2 и 139,7x10,5 (е),
153,2x21,0 (ж) из стали 3.
Окончательная термическая обработка — отпуск при
630, 660 или 700 (± 5) °C с суммарной выдержкой в те-
чение 70 мин в печи с шагающими балками — обеспе-
чивала равномерное распределение температуры по дли-
не и сечению трубы и равнопрочность всего объема.
Для испытаний на разрывной машине SP600 отби-
рали сегменты, представлявшие собой полную толщи-
ну стенки трубы размером 139,7x10,54 мм. Ударную
вязкость определяли при —60 °C на маятниковом коп-
ре К.р-450 на образцах продольной ориентации разме-
ром 10x7,5 мм. Твердость металла изделий с толщиной
стенки от 5,51 до 20 мм измеряли по наружной (нд),
серединной (сд) и внутренней (вд) дуге четырех квад-
рантов сечения трубы на установке Тр500. Микро-
структурные исследования металла выполняли на оп-
тическом микроскопе Axiovert 25 фирмы Zeiss. Резуль-
таты измерения твердости закаленных труб и муфто-
вой заготовки (изделия а — ж) с различной толщиной
стенки приведены на рис. 1. Оценка твердости по ре-
комендованному API 5СТ уравнению: HRCmin = 58С +
+ 27, где С — плавочное содержание углерода, пока-
Таблица 2. Режимы отпуска сталей, обеспечивающие получение оп- ределенных групп прочности		
Сталь	Тт„, "с = 70 мин>	Параметр отпуска Р
1 2 3	Группа прочности  630 - 650	Р 18,2- 19,0
1	Группа прочности 630 - 650	М 18,2- 18,6
2	630 - 670	18,2- 19,0
3	640 - 680	18,2 - 19,4
1	Группа прочности 630 - 670	Л 18,2- 19,4
2	640 - 680	18,5- 19,5
3	660 - 700	18,8- 19,7
1	Группа прочности 660 - 700	Е 18,8 - 19,7
2	670 - 700	19,0- 19,7
3	690 - 700	19,3-19,7
зала, что в результате закалки для большинства иссле-
дованных труб и муфтовой заготовки по всему сече-
нию присутствует мартенсит (М) в количестве не ме-
нее 90 % (см. рис. 1). Это подтвердили и микрострук-
турные исследования.
Для стали 1 достижение 90 % мартенситной мик-
роструктуры по всему сечению трубы при односторон-
ней закалке в спрейере возможно для изделий а — в
толщиной до 13 мм включительно. При закалке муф-
товой заготовки размером 108x20 мм (изделие г) в се-
редине и на внутренней дуге значения твердости, со-
ответствующие 90 % мартенсита, достигнуты не были,
что обусловлено сравнительно невысокой прокалива-
емостью стали 7. Это необходимо учитывать при про-
изводстве труб в сероводородостойком исполнении, а
также труб, нормативно-техническая документация на
изготовление которых требует достижения 90 % мар-
тенситной структуры после закалки.
Увеличение содержания молибдена заметно повы-
шает прокаливаемость [4]; так, при 0,26 % Мо (сталь
2) мартенситная структура формируется в трубах раз-
мером 139,7x10,54 мм (см. рис. 1, д). Введение 0,53 %
Мо (сталь 3) обеспечивает получение 90 % мартенси-
та по всему сечению труб с толщиной стенки до 21 мм
(см. рис. 1, е и ж). Исходя из полученной информа-
ции установили, что определяющим параметром при
выборе стали для изготовления труб (муфтовой заго-
товки) может служить толщина стенки, тогда как на-
ружный диаметр — менее значимый фактор.
Для сопоставления сталей и режимов термической
обработки выявляли изменение механических свойств
в зависимости от температуры отпуска Тот и параметра
Р (рис. 2), который оценивали по уравнению [5]:
Р = Тотп(20 + IgT) • 10~3,
где т — время отпуска, ч.
В случае использования при выборе режимов тер-
мической обработки параметра отпуска необходимо
ISSN 0038- 920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
71
принимать во внимание ограничение до 30 мин ми-
нимально допустимой длительности выдержки, необ-
ходимой для выравнивания температуры по длине и
сечению трубы.
В силу технологических особенностей конструк-
ции печи выдержка принималась постоянной
(70 мин), а необходимый параметр отпуска достигал-
ся варьированием температуры (табл. 2). Для получе-
ния более высокой группы прочности необходимо
возрастание минимальных температуры и параметра
отпуска (см. рис. 2, сталь 2).
Влияние температуры (параметра) отпуска на ме-
ханические свойства труб из исследованных сталей
однотипно. Наименьший уровень пластичности (8 =
= 16,8 — 20,3 %) и ударной вязкости при —60 °C (KCN =
= 120 — 176 Дж/см2) соответствует отпуску при 630 °C
(Р = 18,2), при этом временное сопротивление и пре-
дел текучести максимальны. Отметим, что с увеличе-
нием содержания молибдена в стали уровень прочност-
ных свойств возрастает. Так, для сталей I и 3 соот-
ветственно с 0,17 и 0,53 % Мо значения ов составили
901 и 1160 Н/мм2, а значения от — 842 и 1044 Н/мм2.
С повышением температуры отпуска до 660 —
700 °C (Р = 18,8 - 19,6) у всех исследованных сталей
прочность закономерно уменьшается, а пластичность
и вязкость улучшаются (см. рис. 2). Максимум харак-
теристик вязкости (250 — 275 Дж/см2) и пластичности
(85 = 30 %) достигается при температуре отпуска 700 °C
(Р = 19,6), причем временное сопротивление равня-
ется 700 — 800 Н/мм2, предел текучести — 600 — 700
Н/мм2. Таким образом, температуре отпуска 700 °C
обеспечивается наиболее благоприятный комплекс
прочностных и вязкопластических свойств.
Сталь 3 по сравнению со сталью 2 после отпуска
при 700 °C имеет пониженные значения ударной вяз-
кости и относительного удлинения, что объясняется,
по-видимому, различным металлургическим каче-
ством этих заготовок [6]: первая отличается большей
ликвационной неоднородностью.
Анализ найденных зависимостей выявил возмож-
ность использования исследованных сталей для изго-
товления труб как в обычном, так и в хладостойком
исполнении, требующем достижения уровня ударной
вязкости более 98 Дж/см2 при —60 °C, доли вязкой
составляющей в изломе более 70 % (во всех случаях он
превышал 87 %). Поскольку значения ударной вязко-
сти и относительного удлинения достаточно близки и
их уровень всегда значительно превышает нормы для
всех групп прочности, использование сталей для из-
готовления труб определенной группы прочности ли-
митируется только прочностными характеристиками
(ов, о0 2). Максимально возможный уровень прочност-
ных свойств для сталей 1 и 2 — группа прочности М,
для стали 3 — группа прочности Р по ГОСТ 632—80 и
ГОСТ 633—80 (см. табл. 2).
Для более полного устранения остаточных напря-
жений и формирования более однородной структуры
желательно отпускать трубы при максимально воз-
можной температуре. Поэтому, как видно из табл. 2,
/ГСУ-60, Дж/см2
Рис. 3. Соотношение прочности и пластичности после термическо-
го улучшения. Оптимум — область оптимального сочетания свойств
при 7°отп > 660 °C (Р > 18,8 и более) достижение уров-
ня групп прочности Е и Л возможно для всех иссле-
дованных сталей, уровня группы прочности М — толь-
ко для стали 3.
Наилучшее сочетание предела текучести и ударной
вязкости при —60 °C (рис. 3) обеспечивается в резуль-
тате отпуска с 70-мин выдержкой при 680 — 700 °C
(Р = 18,6 - 19,0) для стали 7, при 660 — 680 °C (Р =
= 18,2 — 18,6) для стали 2 и при 640 — 660 °C (Р= 18,8
— 19,2) для стали 3. Оптимальное сочетание времен-
ного сопротивления и относительного удлинения ( см.
рис. 3) достигается при температуре отпуска 650 -
670 °C (Р= 19,2 - 19,6) для стали 7, 630 - 650 °C (Р =
= 18,8 - 19,2) для стали 2 и 660 - 680 °C (Р = 18,4 -
18,8) для стали 3).
Из данных рис. 3 следует, что все исследованные
стали близки по показателям прочности и пластично-
сти, хотя оптимальное сочетание характеристик дос-
тигается у стали 2.
Заключение
Проведено исследование механических свойств труб
из сталей типа 26ХМФА, изготовленных и термичес-
ки обработанных в ОАО “СинТЗ”. Установили, что из-
готовление труб с получением 90 % мартенситной
72
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
структуры при закалке из стали состава 1 (~ 1 % Сг;
0,17 % Мо; 0,06 % V) возможно при толщине стенки не
более 14 мм, а из стали состава 3 (0,94 % Сг; 0,53 % Мо;
0,04 % V) при толщине стенки 21 мм включительно.
Имеется возможность достижения уровня механи-
ческих свойств групп прочности Е, Л и М при изго-
товлении труб в обычном и хладостойком исполнении
с использованием сталей составов 7 и 2 (0,89 % Сг;
0,26 % Мо; 0,05 % V), свойств групп прочности Е, Л,
М и Р — с использованием стали состава 3.
Получаемые значения ударной вязкости при —60 °C
превышают норму (98 Дж/см2) для хладостойких труб
в 1,5 — 3 раза в зависимости от температуры отпуска.
Доля вязкой составляющей в изломе не меньше 87 %.
Величина относительного удлинения также намного
больше требуемых значений.
Библиографический список
I Пумпянский Д. А. Тенденции развития и перспективы трубной
отрасли // Труды ХШ Международной науч.-практ. конф. “Тру-
бы 2005” : сборник докладов в двух частях. — Челябинск: ОАО
“РосНИТИ”. - 268 с.
2.	Стали и сплавы. Марочник : справ, изд. / В. Г. Сорокин и др. ;
науч. ред. В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев. — М. : Интермет
Инжиниринг, 2001. — 608 с.
3.	Гольдштейн М. И., Фарбер В. М. Дисперсионное упрочнение
стали. — М. : Металлургия, 1979. — 208 с.
4.	Качанов Н. Н. Прокаливаемость стали : 2-е изд. — М. : Метал-
лургия, 1978. — 192 с.
5.	Технология термической обработки стали : пер. с нем. Б. Е. Ле-
вина ; под ред. М. Л. Бернштейна. — М. : Металлургия, 1981. —
608 с.
6.	Силин Д. А., Веселов И. Н., Жукова С. Ю. и др. Особенности
микроструктуры и распределения химических элементов в не-
прерывнолитой трубной заготовке // Изв. вузов. Черная метал-
лургия. 2006. № 4. С. 37 - 40.
УДК 669.1.017[539.4+539.52]:620.172.24.001.24
Физико-механический критерий хладноломкости,
учитывающий тип концентратора
напряжений и скорость деформации
В. М. Мишин,
Г. А. Филиппов
ФГУП ЦНИИчермет
Стальные детали в условиях нагружения в сравни-
тельно небольшом температурном интервале — по-
роге хладноломкости — теряют свои механические
свойства: резко падает разрушающая нагрузка и зна-
чительно снижается предел прочности. При темпера-
турах ниже этого интервала разрушение происходит
без остаточной макропластической деформации. На
переход от вязкого разрушения к хрупкому указыва-
ют изменения строения излома и существенное ухуд-
шение вязкости [1]. Изменение механических
свойств со снижением температуры проявляется
главным образом в повышении сопротивления сдви-
гу и последующему развитию пластической деформа-
ции, поскольку создаются условия, затрудняющие
появление пластической зоны в основании надреза
или трещины. Таким образом, снижение температу-
ры — основной фактор, приводящий к охрупчива-
нию стали.
Известные подходы к опенке прочности стали при
снижении температуры основаны на определении па-
раметров, непосредственно не связанных с характери-
стиками сопротивления разрушению и условиями на-
гружения детали (энергия разрушения, различные по
способам выявления критические температуры хрупко-
сти). Использование этих критериев непосредственно
в проектных расчетах не представляется возможным.
Поэтому весьма актуальной считается разработка
критерия вязко-хрупкого перехода стали, пригодного
для расчетов на прочность деталей с учетом концент-
раторов напряжений и их геометрии, который осно-
ван на физико-механических свойствах самого мате-
риала, а не конкретных образцов.
В настоящей статье представлены результаты разра-
ботки физико-механических основ критерия вязко-
хрупкого перехода, который учитывал бы характерис-
тики сопротивления металла деформации и разруше-
нию, а также основной комплекс совокупно действу-
ющих внешних факторов, ответственных за переход
образца или детали из вязкого состояния в хрупкое.
Такой критерий позволил бы прогнозировать критичес-
кую температуру хрупкости образцов произвольной
формы (или деталей) с концентраторами напряжений
по результатам испытаний стандартных образцов. По-
лагали, что в основу формирования критерия хладно-
ломкости может быть положено критическое макси-
мальное локальное растягивающее напряжение (оД
инвариантное (независимое) к таким внешним факто-
рам, как геометрия концентраторов напряжений (далее
в статье — сокращенно концентратор) и образцов, ско-
рость нагружения и температура испытаний [1].
Проанализировав известные методы оценки хлад-
ноломкости сталей, сформулировали основные требо-
вания к критерию вязко-хрупкого перехода:
установление прямой связи между характеристика-
ми нагружения рабочего элемента и сопротивления
стали деформации и разрушению;
учет основных факторов, влияющих на критичес-
кую температуру хрупкости, — скорости нагружения,
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
73
Рис. 1. Схема влияния перенапряжения на критическую темпера-
туру хрупкости: 1 — гладкий образец; 2 — образец с U-надрезом;
3 — образец с V-надрезом; 4 — образец с трещиной
Рис. 2. Температурная зависимость предела текучести стали 10кп
при разной скорости нагружения (цифры у кривых, мм/мин)
геометрии образца и концентратора напряжений, на-
пряженного состояния в зоне локального разрушения;
возможность расчета критической температуры хруп-
кости деталей с концентраторами напряжений по физи-
ко-механическим характеристикам, определяемым ис-
пытаниями лабораторных образцов, т. е. применимость
критерия в инженерных расчетах на прочность.
Изучение инвариантности критерия локального раз-
рушения к температуре, скорости нагружения и геомет-
рии надреза. При хрупком разрушении сколом микро-
трещина зарождается под воздействием сдвиговых на-
пряжений, однако разрушение в целом может контро-
лироваться величиной одной из компонент главных
растягивающих напряжений — максимального ло-
кального напряжения о||тах перед концентратором,
где оно может превосходить предел текучести.
Рост ои локализованного вблизи границы пла-
стической и упругой зон, обусловлен стеснением де-
формации в пластической зоне перед надрезом
(рис. 1). Величина о1|тах в процессе нагружения об-
разца связана с пределом текучести о зависящим от
температуры (7) и скорости деформации (de/df), и с
перенапряжением (Q) как функцией нагрузки, геомет-
рии концентратора, образца и способа нагружения [2]:
=	(2	(О
Перенапряжение характеризует превышение мак-
симальным локальным растягивающим напряжением
предела текучести стали [1, 2]. При нагрузке общей
текучести (Рт) рост о11тах вследствие стеснения де-
формации прекращается, и перенапряжение достига-
ет своего максимального значения Q [1]. Соответ-
ственно, максимальное локальное растягивающее на-
пряжение перед надрезом при нагрузке общей текуче-
сти (см. рис. 1) достигает своего наибольшего значе-
ния — критического максимального локального рас-
тягивающего напряжения (о;):
°Г = ^ПтахС^кр) = °ДКр- <W) ' Got- (2)
К существенным факторам, влияющим на переход
от вязкого характера разрушения стальных образцов к
хрупкому, относятся скорость нагружения и геометрия
концентратора. Ряд исследователей полагают, что ве-
личина о; не зависит от температуры и скорости на-
гружения, а также от геометрии концентраторов и ха-
рактеризует сопротивление стали хрупкому разруше-
нию сколом [1, 2].
В первой части данной работы ставилась задача
проверить это положение. Исследования проводили на
стали Юкп, выплавленной в открытой индукционной
печи. Использовали образцы диам. 8 мм — гладкие, с
кольцевыми (глубина 2 мм, угол раскрытия 30, 60 и
120°) и U-образными надрезами. Образцы, термичес-
ки обработанные по режиму: нагрев до 1000 °C, выдер-
жка 60 мин, охлаждение на воздухе (размер зерна в
стали составлял 30 мкм), испытывали на машине
“Instron” при скорости нагружения 2, 20 и 200 мм/мин
и температуре в диапазоне от —196 до +20 °C. Опреде-
ляли температуру совпадения Гкр разрушающей нагруз-
ки Рр и нагрузки общей текучести РоГ По результатам
испытания гладких образцов определяли температур-
ную зависимость предела текучести при трех исследо-
ванных скоростях нагружения (рис. 2). На рис. 3 пред-
ставлены типичные экспериментальные зависимости
нагрузки разрушающей и общей текучести от темпера-
туры испытаний образцов с разными надрезами в диа-
пазоне скоростей нагружения 2 - 200 мм/мин.
По методике [5] рассчитывали критические мак-
симальные локальные растягивающие напряжения
С учетом этих значений и результатов испытаний
при разной температуре установили, что критичес-
кое максимальное локальное растягивающее напря-
жение <3р практически не зависит от температуры
испытания для стали Юкп (рис. 4, а), т. е. подтвер-
ждены литературные данные [1]. Анализ зависимо-
сти критического максимального локального растя-
гивающего напряжения от геометрии надреза указы-
вает (рис. 4, б) на его независимость и от угла рас-
крытия надреза. Представленные на рис. 4, в данные
показывают, что критическое максимальное локаль-
ное растягивающее напряжение не зависит также от
скорости нагружения.
Таким образом, было подтверждено, что критичес-
кое максимальное локальное растягивающее напряже-
ние (оЛ) не зависит от температуры, скорости нагру-
жения и геометрии концентратора напряжений.
Критерий хладноломкости стали, основанный на кри-
терии локального разрушения Наиболее перспектив-
ным направлением оценки критических температур
хрупкости образцов и деталей представляется подход,
основанный на рассмотрении критического состояния
74
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Рис. 3. Экспериментальные зависимости разрушающей нагрузки
(/>) и нагрузки общей текучести (Р0|) от температуры испытаний
образцов стали Юкп с надрезом 30° при разной скорости нагруже-
ния (цифры у кривых, мм/мин)
 материала в зоне локального разрушения перед вер-
шиной конструктивного концентратора напряжений
или трещины [1,2 — 5].
Хрупкое разрушение сколом образцов с надрезом
зависит от внутренних факторов, отражающих струк-
турно-чувствительные свойства стали (прочность и
текучесть), и внешних факторов, определяющих усло-
вия и характер воздействия на металл (температура,
скорость нагружения, геометрия детали и концентра-
торов напряжений). Полагали возможным связать эти
факторы, считая, что такая связь существует на верх-
ней температурной границе применимости силового
критерия разрушения сколом.
Рассмотрим процессы, происходящие в вершине
концентратора, в условиях нагружения при разных
температурах. После появления пластической зоны
перед концентратором здесь локализуется максималь-
ное растягивающее напряжение 0||тах, превышающее
предел текучести материала.
Существуют температуры (71,, Г2, Г3, Г4, см. рис. 1),
при которых в образцах различных геометрий (с раз-
ными надрезами) о||тах может достигнуть критичес-
кого значения of [1, 2]: ol|max(Tк ) = of (3). При этом
критическая температура (Гр Г2, Т3 или Т4) зависит от
остроты концентратора и скорости нагружения и мо-
жет быть названа температурой хладноломкости (или
критической температурой хрупкости Г ), поскольку
феноменологически соответствует температуре, при
которой нагрузка общей текучести (Р ) достигает раз-
; рушающей нагрузки (Р).
Зависимость предела текучести от = ос(Р, de/df) от
температуры испытаний (7) и скорости нагружения
। (de/df) имеет вид [2]:
! о(Г,б/е/Л) = от(7о’^М)-ехр{[р(1/Г- 1/7ДП (4)
где от(70, de/df) — предел текучести при комнатной
температуре (Го = 293 К), определенный при скорос-
ти нагружения (de/dt)\ |3, п — коэффициенты, опреде-
ляющие наклон и кривизну зависимости о (Г, de/df),
характерные для данного типа стали.
Выразив критическую температуру хрупкости яв-
ным образом из равенства (3) и соотношения (4), по-
Рис. 4. Зависимость критических максимальных локальных растя-
гивающих напряжений в стали Юкп от температуры испытаний (а),
угла раскрытия надреза образца (б) и скорости его нагружения (в)
при критических температурах хрупкости
лучили зависимость Г = F(e> r от; QoT), учитывающую
влияние сопротивления стали сколу, текучести (зави-
сящий от скорости нагружения de/df) и перенапряже-
ния общей текучести, учитывающего влияние геомет-
рии образца, концентратора напряжений и способа
нагружения:
гкр = г 1/Л) + (Ь1(Меот •	de/df))))'//(5)
Полученное выражение (5) дает возможность рас-
четом определить критические температуры хрупкос-
ти стальных образцов или деталей с концентраторами
напряжений разных типов. Для этого необходимо
знать критическое максимальное локальное напряже-
ние (оД, предел текучести стали при комнатной тем-
пературе (Го) (определенный при скорости нагруже-
ния, соответствующей скорости деформации зоны
локального разрушения детали), коэффициенты п и р
и перенапряжение общей текучести исследуемого об-
разца или детали (QOT).
Влияние геометрии концентраторов напряжения
на критическую температуру хрупкости. Жесткость на-
пряженного состояния оказывает влияние на тип раз-
рушения. При нагружении детали в вершине концен-
тратора возникает трехосное напряженное состояние,
которое затрудняет возможность релаксации напряже-
ний в этой области. В случае увеличения толщины
образца также возможно изменение типа разрушения,
так как плосконапряженное состояние переходит к
плоскодеформированному [1]. В формуле (5) учет
жесткости напряженного состояния заложен в пара-
метре 2от — перенапряжении при общей текучести.
Экспериментальное определение критических
температур хрупкости заключалось в установлении
температуры, при которой нагрузка общей текучес-
ти равна разрушающей нагрузке (см. рис. 3). Резуль-
таты экспериментального и расчетного с привлече-
нием формулы (5) определения критической темпе-
ратуры хрупкости для образцов на растяжение с уг-
1SSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
75
Рис. 5. Расчетные (при разных скоростях нагружения — цифры у
кривых, мм/мин) и экспериментально определенные (точки) кри-
тические температуры хрупкости образцов стали Юкп с разными
углами раскрытия надрезом (0)
Рис. 6. Расчетные и экспериментально определенные критические
температуры хрупкости образцов стали Юкп с различными концен-
траторами напряжений
лами раскрытия надрезов 120, 60 и 30° представле-
ны на рис. 5. Из него видно, что увеличение остро-
ты надреза приводит к смещению критической тем-
пературы хрупкости в область более высоких темпе-
ратур. Сравнение расчетных и экспериментальных
данных, представленное на рисунке, показывает
возможность прогнозирования критических темпе-
ратур хрупкости образцов или деталей с учетом их
геометрии по результатам испытаний стандартных
образцов по формуле (5).
Влияние скорости нагружения на критическую тем-
пературу хрупкости. Скорость нагружения, как и тем-
пература испытания, способна привести к смене меха-
низма разрушения от вязкого к хрупкому. Это, главным
образом, вызвано зависимостью предела текучести
ОЦК-металлов от скорости деформации — с ее ростом
предел текучести возрастает. Увеличение скорости де-
формации приводит к повышению критической темпе-
ратуры хрупкости.
Влияние, которое оказывает увеличение скорости
нагружения на критическую температуру хрупкости,
может быть учтено с помощью выражения (5). Рассчи-
тывали критические температуры хрупкости для об-
разцов с углом раскрытия надреза 30, 60 и 120° при
скорости нагружения 2, 20 и 200 мм/мин. Необходи-
мые для расчета значения предела текучести опреде-
ляли из результатов испытаний на растяжение гладких
образцов при тех же скоростях нагружения (у).
Экспериментальная проверка выражения (5) по уче-
ту скорости нагружения, проведенная на образцах ста-
ли Юкп с разными углами раскрытия надрезов при раз-
личных скоростях нагружения, показала (рис. 6), что с
помощью выражения (5) можно оценивать влияние ско-
рости нагружения на критическую температуру хрупко-
сти образцов и деталей с разными концентраторами.
Тем самым показано, что критическая температура
хрупкости образцов с концентраторами напряжений,
определяемая как температура достижения критическо-
го состояния — локального разрушения в вершине
конструктивного концентратора напряжений (о11тах =
= оД связана с характеристиками прочности и текуче-
сти, геометрией образца и способами его нагружения.
Таким образом, критическая температура хрупко-
сти образцов или деталей с концентраторами напря-
жений может быть определена расчетным путем по
экспериментально найденной характеристике прочно-
сти стали — критическому максимальному локально-
му растягивающему напряжению <5р температурной
зависимости предела текучести и перенапряжению
общей текучести.
Выводы
1.	Критерий хладноломкости (вязко-хрупкого перехо-
да) феноменологически определяется как температу-
ра совпадения разрушающей нагрузки и нагрузки об-
щей текучести образца или детали с концентратора-
ми напряжений.
2.	Критическая температура хрупкости 7кр, соответ-
ствующая верхнему порогу температуры достижения
критического состояния — локального разрушения в
вершине конструктивного концентратора напряжений,
непосредственно связана с характеристиками прочно-
сти (оД текучести (д) и перенапряжения (£? ).
3.	Значение Гкр может быть определено расчетом
для образцов или деталей любой формы с учетом вли-
яния концентраторов напряжений для заданных ско-
ростей нагружения по формуле (5), в которой исполь-
зуются результаты испытаний стандартных образцов.
Библиографический список
1.	Нотт Д. Ф. Основы механики разрушения. — М. : Металлургия,
1978. - 256 с.
2.	Мишин В. М., Кислюк И. В., Саррак В. И. Анализ влияния ле-
гирования на порог хладноломкости железа в рамках схемы
Иоффе — Орована // Физика металлов и металловедение. 1991.
№ 7. С. 188 - 192.
3.	1 А. с. 1337718 СССР. Способ определения механических свойств
образцов материалов. / В. М. Мишин, В. И. Саррак // Б. И. 1986.
№8. С. 69 - 71.
4.	Мишин В. М. Моделирование критической температуры хруп-
кости стальных деталей : сб. тр. XV Межд. науч. конф. “Мате-
матические методы в технике и технологиях”. Т. 8. — Тамбов,
2002. С. 9 - 12.
5.	Мишин В. М. Метод определения критической температуры
хрупкости сталей, основанный на критерии локального разру-
шения // Приборостроение : науч. тр. VI Межд. науч.-практ.
конф. “Фундаментальные и прикладные проблемы приборо-
строения”. — М., 2003. С. 152 — 157.
76
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
НОВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 669.131.018.256:621.762:539.538
Износостойкие деформируемые
порошковые белые чугуны
С. И. Астахов, Т. Ф. Волынова,
Т. П. Москвина
ФГУП ЦНИИчермет
До 1970-х годов все виды чугунов, включая ковкий, отно-
сились к пластически недеформируемым материалам.
Считалось, что предельное содержание углерода в сплавах,
способных деформироваться без разрушения, не должно
превышать 1,7 %. В последнее время во всем мире инте-
рес к проблеме деформации чугунов значительно возрос.
В особенности это касается стабильного к графитизации
белого чугуна, по прочности лишь немногим уступающе-
го стали, но отличающегося высокой износостойкостью.
Цель настоящей работы — выбор нового подхода к
принципам легирования белых чугунов и механизмам
воздействия на структуру и свойства, ориентирующего-
ся на повышение износостойкости не традиционным ле-
гированием, а путем использования потенциальных воз-
можностей металлической матрицы и карбидной состав-
ляющей, измельченной до наноструктурного состояния.
Материалом исследования служили белые чугуны с
1,9 — 4,5 % С, полученные по технологии порошковой
металлургии, следующего состава (массовые доли эле-
ментов, %; содержание серы не превышало 0,005 %, фос-
фора — 0,002 %):
Чугун	С	Сг	Мп	Si	О
ПБЧ-1,9	1,9	1,8	1,1	0,6	0,1
ПБЧ-2,5	2,5	1,8	1,1	0,6	0,02
ПБЧ-2,9	2,9	1,9	1,0	0,4	0,1
ПБЧ-3,2	3,2	1,9	1,1	0,6	0,003
ПБЧ-4,5	4,5	1,9	1,1	0,6	0,02
Выбор указанного интервала содержания углерода
определялся возможностью исследовать как до-, так и
заэвтектические составы при выбранной схеме легирова-
ния Fe — Сг — Мп — С, полностью исключить графити-
зацию минимальным содержанием хрома и марганца, а
также ограничением до 0,5 % содержания наиболее опас-
ного в этом отношении кремния, присутствие которого
обусловлено технологией [1, 2].
Порошок белого чугуна выбранных составов (основная
фракция < 50 мкм) получали путем распыления расплава
заданного состава азотом на установке У PC 40-1 (ЦНИИМ)
или водой высокого давления на установке “Дэви-Макки”
(ЦНИИчермет). В зависимости от размера частиц ско-
рость охлаждения при кристаллизации в случае распыле-
ния азотом изменялась от 5000 до 10000 К  с.а в случае
распыления водой была в 2 — 3 раза большей. Порошок
белого чугуна, распыленный азотом, вследствие высокой
жесткости и сферической формы частиц мог быть ском-
понован только путем горячей экструзии свободно насы-
панных капсул, в то время как распыленный водой чугун,
частицы которого имели неправильную форму с весьма
развитой поверхностью (после восстановительного отжи-
га и размола) — тремя способами: А — горячей экструзи-
ей, Б — холодным прессованием с последующим спека-
нием, В — холодным прессованием с последующей горя-
чей штамповкой пористых заготовок [3].
Структура распыленного порошка аналогична струк-
туре литого белого чугуна, но с разницей лишь в размере
ее составляющих: в частицах порошка они в 10 — 100 раз
мельче. Такое измельчение структурных составляющих
уже на этапе получения гранул благоприятно для дости-
жения наноструктурного состояния.
Во всех случаях чугун при < 3,9 % С относится к
доэвтектическим, а с > 4,3 % С — к заэвтектическим, т. е.
при любой скорости охлаждения в процессе кристалли-
зации содержание углерода в эвтектике остается посто-
янным (~ 4,1 %). Количественный фазовый рентгено-
структурный анализ показал возрастание доли аустенита
с повышением скорости кристаллизации и увеличением
в нем содержания углерода от 1,9 до 2,2 %, что больше
равновесного (2 % в присутствии хрома). Порошок, рас-
пыленный водой, подвергали восстановительному отжи-
гу в среде водорода (950 °C, выдержка 1 ч), в результате
чего уменьшилось содержание кислорода от 0,7 до 0,08
— 0,1 %, а углерода — на 0,3 — 0,4 %.
Литой белый чугун считался практически недеформи-
руемым, главным образом из-за наличия в структуре ле-
дебуритной эвтектики, кристаллизующейся в промежут-
ках между аустенитными дендритами в виде каркаса,
толщина и непрерывность которого зависят от содержа-
ния углерода. В процессе пластической деформации же-
сткий ледебуритный каркас в условиях больших сдвиго-
вых напряжений раздробляется, при высокой температу-
ре фрагменты сфероидизируются, утрачивая осколочную
форму. Быстрое охлаждение от температуры деформации
способствует образованию многочисленных центров за-
рождения частиц цементита размером не более 1 — 2 мкм.
Высокая степень дисперсности наследуется структурами,
образующимися при охлаждении.
Для горячей экструзии свободно насыпанных капсул
(универсального метода получения компактных загото-
вок из порошков, распыленных как азотом, так и водой)
применили горизонтальный гидравлический пресс и схе-
му прямого истечения при усилии 15 МН, температуре
1050 °C и степени деформации 90 % (вариант А). При
холодном прессовании (только распыленных водой по-
рошков) давление составляло 700 МПа, температура спе-
кания 1050 °C, выдержка 1 ч, атмосфера — водород (вари-
ант Б). Плотность спеченных заготовок с 1,9 и 2,9 % С
равнялась 6,5 и 5,7 г/см3 соответственно. Пористые заго-
товки (только для распыленных водой порошков), полу-
ченные холодным прессованием при давлении 500 МПа,
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
77
после нагрева в среде диссоциированного аммиака под-
вергали горячей штамповке в закрытом штампе на меха-
ническом молоте с удельной энергией 300 Дж/см3 (вари-
ант В). Плотность заготовок составляла 7,45 и 7,3 г/см3
для ПБЧ с 1,9 и 2,9 % С соответственно.
После компактирования структура ПБЧ представля-
ла собой матрицу в виде сорбитообразного порошка с
карбидами размером <1—2 мкм. Размер зерна соответ-
ствовал номеру >14.
Сравнение порошкового белого чугуна трех способов
получения показало, что по степени измельчения струк-
туры, ее однородности, величине зерна сорбитообразно-
го перлита и матрицы и дисперсности карбидов наибо-
лее привлекательна технология получения компактной
заготовки методом горячей экструзии из распыленных
водой порошков (табл. 1). Структура порошкового бело-
го чугуна после горячей экструзии и отжига (800 °C, 1 ч)
— сорбитообразная матрица (карбиды типа (Fe,Cr)3C
размером менее 1 мкм) с вкраплением в нее крупных
частиц карбидов того же типа. Структура ПБЧ после
горячей штамповки (перлитная матрица с крупными
частицами карбидов) во многом схожа со структурой
чугуна после горячей экструзии, но уступает по плотно-
сти (присутствуют щелевидные поры) и дисперсности
карбидов. Состояние после горячей экструзии отличает
и наибольшее количество карбидов с размерами нанос-
труктурных элементов < 0,1 и 0,01 мкм (см. табл. 1).
Увеличение содержания углерода от 2,5 до 4,5 % при-
водит к падению уровня прочности и ударной вязкости
в 2 — 3 раза. Это обусловлено тем, что с увеличением доли
углерода возрастает объемная доля хрупкой и малоэнер-
гоемкой карбидной фазы, через участки которой наибо-
лее легко движется магистральная трещина.
Установлены оптимальные режимы термической об-
работки, обеспечивающие наиболее благоприятное соче-
тание механических свойств порошкового белого чугуна:
отжиг при 800 °C в течение 1 ч; закалка при 850 °C, от-
пуск при 600 °C. Чугуны, полученные методом горячей
экструзии (вариант А), обладают после отжига более
высокой прочностью при изгибе оизг = 1400 - 1800 Н/
/мм2 и пластичностью (ударной вязкостью) КС = 20 — 25
Дж/см2, а после закалки и высокого отпуска: оизг = 1600
- 1900 Н/мм2, КС= 14 - 15 Дж/см2 (табл. 2). Значитель-
но уступают по прочности ПБЧ, полученные методом
холодного и горячего прессования (варианты Б и В).
Установлена практически линейная зависимость твердо-
сти от содержания углерода и, следовательно, от величи-
ны объемной доли карбидов. С увеличением содержания
углерода от 2,5 до 4,5 % твердость HRC возрастает от 34
до 57 при отжиге и от 57 до 60 — при закалке от 800 °C.
Частичное растворение сравнительно крупных карби-
дов в аустените при нагреве ПБЧ до температуры закал-
ки (850 °C) и последующее выделение большого числа
мелких наноструктурированных карбидов при высоком
отпуске (600 °C) приводят к упрочнению матрицы, повы-
шению твердости и износостойкости материала.
Испытания на разработанной в ЦНИИчермете установ-
ке трения-износа по схеме вал — колодка при удельном
давлении 5, 10 и 25 МПа показали, что с увеличением со-
держания углерода износостойкость возрастает, достигая
максимума у термически улучшенного чугуна (закалка от
850 °C и отпуск при 600 °C) и минимума после закалки и
Таблица 1. Параметры структуры порошкового белого чугуна после
различных режимов компактирования
Чугун	Энергоно- ситель при распылении	Вариант компакти- рования	Количественное соотношение карбидов*, %, размером, мкм		
			<2	<1	0,01 (0,1)
ПБЧ-2,5	Азот	А	30	50	20
ПБЧ-3,2	Азот	А	35	45	20
ПБЧ-1,9	Вода	А	20	70	10
		Б	20	10	(70)
		В	10	80	(Ю)
ПБЧ-2,9	Вода	А	15	75	10
		Б	20	70	10**
		В	10	80	(Ю)
* В том числе наноструктурированных.
** Размером < 0,2 мкм.
Таблица 2. Механические свойства порошкового белого чугуна после
оптимальных режимов термической обработки*
Чугун	Вариант	Отжиг		Термическое улучшение	
		Сизг- Н/мм2	КС, Дж/см2	Н/мм2	АС, Дж/см2
ПБЧ-1,9	А	1600	25'	1900	14
	Б	800	10	850	8
	В	900	20	920	16
ПБЧ-2,5	А	1800	25	1900	15
ПБЧ-2,9	А	1500	20	1600	14
	Б	550	10	600	8
	В	600	15	650	10
ПБЧ-3,2	А	1400	20	1600	14
* Отжиг в течение 1 ч при 800 °C, термическое улучшение					— закалка от
850 "С + отпуск при 600		°C.			
отпуска при 200 °C. С увеличением содержания углерода
более 3,5 % износостойкость практически не зависит от
термической обработки. В результате отжига и высокого
отпуска резко возрастает количество ультрадисперсных
мелких частиц карбидной фазы (< 0,02 мкм), причем после
отпуска их значительно больше. Присутствие нанострукту-
рированных карбидных частиц может служить объяснени-
ем более высоких значений износостойкости.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод,
что наилучшим сочетанием механических свойств и из-
носостойкости обладает порошковый белый чугун, полу-
ченный методом горячей экструзии распыленных по-
рошков с содержанием углерода 2,5 % и наноструктури-
рованными карбидными частицами, после закалки от
850 °C в воде и отпуска при 600 °C в течение 1 ч. Образо-
вание наноподобных структур на основе карбидной фазы
обеспечивает повышение износостойкости по сравнению
со штатно применяемыми материалами в 1,5 — 2 раза.
Оптимизированы массовые доли углерода, хрома и мар-
ганца, что позволило увеличить содержание углерода до
3,5 % и сохранить пластичность (деформируемость), не-
доступные при традиционно применяемых технологиях.
Библиографический список
I.	Гуляев A. IL, Астахов С. И. Особенности структуры распыленного
порошка белого чугуна // МиТОМ. 1991. № 1. С. 334 - 335.
2.	Волынова Т. Ф., Румянцев А. В., Воронин А. В. Новое поколение
износостойких порошковых высокоуглеродистых материалов... //
Материалы конф. “Актуальные проблемы металловедения в метал-
лургии”. Февраль 1997. — Новокузнецк. С. 25 - 27.
3.	Астахов С. И., Москвина Т. П. Влияние пластической деформации
на структуру, свойства и износостойкость белого чугуна // МиТОМ.
1999. № 5. С. 20 - 23.
78
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006 г.
ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
УДК 669.1:658.012.12
Подход к оценке факторов конкурентоспособности
в черной металлургии России
В. В. Христенко
Институт экономики
ФГУП ЦНИИчермет
В условиях рыночной экономики для обеспечения эф-
фективного функционирования металлургических ком-
паний решающее значение имеет формирование кон-
курентных преимуществ, выражаемых наиболее полно
полученным экономическим эффектом в виде прибы-
ли — валовой, как результирующий итог производ-
ственной, финансово-экономической и прочей дея-
тельности, и чистой, как доход, остающийся в распо-
ряжении компании после уплаты налогов. В прибыли
в синтезированном виде аккумулируется соотношение
затрат (оттоков денежной наличности) для осуществ-
ления операционной, финансовой и инвестиционной
деятельности и результатов (притоков денежной налич-
ности) от осуществления этих видов деятельности [1].
От уровня конкурентоспособности зависит успех
компании во всех видах деятельности — операцион-
ной, инвестиционной и финансовой. Более того, ре-
зультат операционной деятельности достигается в ряде
случаев благодаря правильно выработанной инвести-
ционной политике. Однако текущие результаты, свя-
занные с уровнем конкурентоспособности компании,
наиболее полно проявляются в ее операционной дея-
тельности. Приток денежных средств от осуществле-
ния операционной деятельности — это валовая выруч-
ка (В) от реализации продукции, произведенной в
результате этой деятельности. Оттоки денежных
средств складываются из издержек на производство и
реализацию продукции (Зп), налоговых платежей (Н),
выплат процентов по кредитам, привлекаемым ком-
панией в процессе операционной деятельности (Кпр).
Это основные составляющие, которые определяют
результаты операционной деятельности компании и в
итоговом виде отражают ее конкурентоспособность.
Они формируются под влиянием большого числа из-
меняющихся во времени факторов. Поэтому для про-
гнозирования и управления этими факторами важно
их систематизировать, определить в динамике воз-
можные количественные значения и методически
правильно оценить эти изменения.
При структуризации всей системы факторов, опре-
деляющих конкурентоспособность на российском и
зарубежных рынках, можно выделить [2, 3]:
внешние (экзогенные), определяемые общей эконо-
мической ситуацией, конъюнктурой на внутреннем и
мировом рынках металлопродукции, действующими
законодательными нормами в стране-производителе и
странах-импортерах;
внутренние (эндогенные), определяемые экономи-
ческим положением и действиями каждой металлур-
гической компании.
К числу главных внешних факторов относятся:
емкость внутреннего и внешнего рынков;
цены на готовую металлопродукцию и сырье, мате-
риалы и энергоресурсы, формирующие материалоем-
кость производства на российском и мировом рынках;
установленный уровень зарплаты в России в срав-
нении с другими странами-конкурентами;
стоимость заемных (кредитных) ресурсов;
законодательные нормы по защите и стимулирова-
нию продаж на внутреннем рынке стран-импортеров;
требования по налогам и нормам амортизацион-
ных отчислений, установленные законодательными
актами;
экологические и социальные требования и обус-
ловленные их реализацией затраты;
условия реализации продукции на внешних рын-
ках: конъюнктура мирового рынка — валютный курс
и его соотношение с паритетом покупательной спо-
собности, таможенная политика и система защитных
мер стран — импортеров металлопродукции российс-
ких компаний.
К числу главных внутренних факторов, определя-
ющих конкурентоспособность, следует отнести:
производственный потенциал компании, техни-
ческий уровень производства и состояние основных
фондов, определяющих уровень расхода энергетичес-
ких и материальных ресурсов, затраты труда и каче-
ство продукции;
географическое положение компании по отноше-
нию к потребителям металлопродукции;
наличие экономически выгодных природных ре-
сурсов, используемых компанией;
организационно-правовые принципы деятельнос-
ти компаний (степень и характер интеграции).
Методические особенности оценки каждого из
перечисленных факторов определяются условиями его
формирования и степенью влияния на конечные по-
казатели эффективности. Можно выделить следую-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
79
щие зависимости основных факторов и главных со-
ставляющих, определяющих конкурентоспособность
металлопродукции, для расчета притока и оттока де-
нежной наличности и сальдирующего результата.
Приток:
в =ЛЦ;И; Ц =М; кр; у нфл; вк); к=жг кр),
где В — валовая выручка от реализации продукции; Ц
— цена на продукцию; V — объем продаж продукции
и его изменение; X — параметры качества продукции;
Кр — конъюнктура (емкость) рынка внутреннего и
внешнего; Вк — валютный курс; Уинфл — уровень ин-
фляции.
Отток:
Зп =ЛТф; Эф; Зр; Уинфл; Це м; Цс; Сп м; Кп);
зсоц =Ж);н =аз),
где Зп — затраты на производство; Тф — технологичес-
кие факторы, выражаемые в расходе сырья, материа-
лов и энергоресурсов; Эф — экологические факторы;
Зр — уровень зарплаты; Цс — изменение цен на по-
ставки сырья и энергоресурсов; Це — цены на про-
дукцию естественных монополий; С — состояние
производственных мощностей; Зсоц — затраты на со-
циальные цели; N — социальная политика; Н — на-
логовые платежи; 3 — законодательство; Кп — ставка
процента за кредит.
В методическом плане ориентировочная оценка
внешних факторов может быть проведена с использо-
ванием сценарного метода и динамики трендов про-
шлых периодов. Степень влияния внутренних факто-
ров, как правило, определяется на основе конкретных
расчетов.
Влияние емкости внутреннего и внешнего рынков
на конкурентоспособность применительно к отдель-
ным видам продукции различно. В настоящее время
из общего объема производства проката черных метал-
лов российскими металлургическими компаниями
реализуется на внутреннем рынке — 49 %, на внеш-
нем — 51 %. Трубные компании реализуют 78 % сталь-
ных труб на внутреннем рынке и 22 % на внешнем;
железорудные компании на внутренний рынок по-
ставляют 79 % сырья, на внешний — 21 %.
На внутреннем рынке существенным конкурент-
ным преимуществом российских компаний является
транспортный фактор, хотя влияние его существенно
зависит от страны-экспортера и региона-потребителя.
Дополнительные транспортные затраты при поставке
из промышленно развитых стран в расчете на тонну
металлопродукции могут составлять 70 — 100 долл.,
куда входят затраты на перевозку по российской тер-
ритории от портов до металлопотребляющих регионов
России — Центр Европейской части, Поволжье и Урал,
затраты на погрузочно-перевалочные работы в россий-
ских портах и затраты по доставке металлопродукции
до портов отгрузки. Но это преимущество заметно со-
кращается или нивелируется применительно к метал-
лопродукции, импортируемой из Украины.
Важно отметить, что чем выше цена продукции,
например проката из спецстали, тем менее значимо
влияние транспортного фактора. При экспортных
поставках влияние транспортного фактора становит-
ся отрицательным.
При оценке конъюнктуры мирового рынка следу-
ет учитывать, что российские компании не оказыва-
ют на него существенного влияния, поскольку доля
российской металлопродукции как в мировом произ-
водстве, так и в мировом внешнеторговом обороте
невелика. Например, в 2004 г. доля российских метал-
лургических компаний в мировом производстве ста-
ли, труб и железорудного сырья характеризовалась
следующими данными, млн т (%):
Сталь
Трубы
Железная руда
64,3 (6.2)
6,0 (7,7)
92,8 (6,8)
Соответственно доли поставок российских метал-
лургических компаний по основным группам продук-
ции на внутренний и внешний рынки, импорта в
обеспечении потребителей внутреннего рынка и во
внешнеторговом обороте составили, %:
	Прокат	Трубы	Железная руда
Доля поставок:			
на внутренний рынок	51,2	77,9	79,2
на экспорт	48,8	22,1	20,8
Доля импорта в обеспечении			
потребностей внутреннего рынка	9,1	18,5	12,3
Доля российских компаний			
в мировом внешнеторговом обороте	10	6,5	4,0
По прокату черных металлов на внутреннем рын-
ке реализуется немногим более 50 % общего объема
производства, что обеспечивает более 90 % потребно-
сти. Примерно такое же количество реализуется на
внешнем рынке. Поставки проката на внешний рынок
российскими компаниями составляют около 10 %
мирового внешнеторгового оборота проката при доле
производства стали в России около 6 % мирового. По
трубам и железорудному сырью на внутреннем рынке
реализуется около 80 % объема производства. Доля
российских трубных компаний в мировом производ-
стве труб составляет 7,7 % при доле экспорта россий-
ских трубных компаний в мировом внешнеторговом
обороте 6,5 %, а доля российских горнорудных ком-
паний в мировом внешнеторговом обороте железоруд-
ного сырья — 4 %.
Таким образом, доля черной металлургии России
в поставках на внешний рынок выше, чем ее доля в
мировом производстве по прокату черных металлов
(соответственно 10 и 6,2 %), а по трубам и железо-
рудному сырью — ниже (соответственно 6,5 и 7,5 %;
6 и 6,8 %).
Применительно к основным группам продукции —
готовой металлопродукции, железорудному сырью и
стальным трубам степень влияния отдельных факто-
ров конкурентоспособности существенно различает-
80
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
ся. Наиболее полно действие этих факторов проявля-
ется в производстве готовой металлопродукции.
Проведенные расчеты показывают, что влияние
факторов конкурентоспособности российских компа-
ний на внешнем рынке, определяемых общеэкономи-
ческими условиями, будет постепенно ослабевать. В
настоящее время определяющее значение в обеспече-
нии конкурентоспособности металлопродукции рос-
сийских компаний на мировых рынках имеют два спе-
цифических фактора российской экономики — более
низкие по сравнению с промышленно развитыми стра-
нами цены на энергоносители и заработная плата. В
расчете на 1 т холоднокатаного листа затраты на опла-
ту труда с отчислениями у российских металлургичес-
ких компаний меньше, чем в промышленно развитых
странах, примерно на 100 долл. [5, с. 210]. Несколько
меньше и затраты на энергоносители благодаря тому,
что российские компании используют природный газ
в объеме примерно 100 м3 на 1 т чугуна по цене в 2 — 3
раза ниже, чем он реализуется на экспорт.
Очевидно, что положительное влияние этих фак-
торов на конкурентоспособность металлопродукции
российских металлургических компаний носит вре-
менный характер. Систематическое увеличение цен на
энергоносители на мировых рынках, а вслед за ним,
хотя и меньшими темпами, в России наряду с факто-
рами и требованиями, вызванными вступлением Рос-
сии в ВТО, обусловит последовательное сокращение
разницы в стоимости энергоресурсов для отечествен-
ных и зарубежных предприятий. Кроме того, необхо-
димо учитывать, что на многих металлургических за-
водах промышленно развитых стран применяют вду-
вание угольной пыли в доменные печи, что в опреде-
ленной степени эквивалентно вдуванию природного
газа. В результате реальная экономия за счет меньшей
стоимости природного газа меньше.
Таким же образом систематический рост заработ-
ной платы промышленного персонала российских
компаний при укреплении валютного курса рубля так-
же будет последовательно сокращать разрыв в уровне
затрат на оплату труда. Как показывает анализ, за пять
лет (2000 — 2005 гг.) реальная заработная плата в дол-
ларовом исчислении возросла практически втрое: в
целом по промышленности с 0,6 до 1,8 долл./ч; в чер-
ной металлургии с 0,8 до 2,6 долл./ч, по крупным
металлургическим компаниям с 2 до 3,8 долл./ч. Если
каждые последующие пять лет реальная зарплата в
долларовом исчислении будет увеличиваться в 2 раза,
то к 2015 г. по крупным металлургическим компани-
ям она может достичь уровня 10—12 долл./ч. При
таких темпах роста даже при трудозатратах примерно
8 — 10 чел.-ч на 1 т холоднокатаного листа величина
зарплаты достигнет 80 — 100 долл., т. е. уровня про-
мышленно развитых стран.
Бурное развитие черной металлургии Китая с уве-
личением ее доли на мировых рынках при примерно
аналогичных расходах на заработную плату лишает
российские металлургические компании этого пре-
имущества, во всяком случае на региональных рынках
Азии. Вполне вероятны также снижение уровня ва-
лютного курса рубля, ужесточение экологических тре-
бований и обусловленный этим рост затрат на их вы-
полнение.
Ослабление влияния благоприятных факторов
конкурентоспособности будет компенсировано:
снижением стоимости заемных средств до уровня,
принятого в промышленно развитых странах (соглас-
но прогнозам для российской экономики уровень ин-
фляции, в основном определяющий ставку рефинан-
сирования, будет снижаться с 9,3 % в 2006 г. до 6,5 -
8,0 % в 2007 г., 5,5 — 6,0 % в 2008 г. и 4,5 — 5,5 % в
2009 г. [6]; в период 1999 — 2005 гг. ставка рефинанси-
рования ЦБ РФ снизилась с 60 до 11,5 %);
совершенствованием законодательства по защите
отечественных товаропроизводителей на внутреннем
и внешнем рынках.
Систематизация факторов, оценка во времени зна-
чений каждого из них позволяют определить итоговую
конкурентоспособность по основным видам металло-
продукции. Поскольку преимущество таких специфи-
ческих общеэкономических факторов конкурентоспо-
собности российских металлургических компаний,
как меньшая стоимость энергоносителей и более низ-
кий уровень зарплаты, будет последовательно сокра-
щаться, важно с максимальной выгодой реализовать
постоянно действующие факторы инновационного
развития.
Библиографический список
I.	Методические рекомендации по оценке эффективности инвес-
тиционных проектов (вторая редакция). Официальное издание.
— М. : Экономика, 2000. — 421 с.
2.	Федеральный закон от 22.03.91 № 948-1 “О конкуренции и ог-
раничении монополистической деятельности на товарных рын-
ках”.
3.	Фатхутдинов Р. А. Управление конкурентоспособностью орга-
низации : 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Эксмо, 2005. — 544 с.
4.	Российский статистический ежегодник. — М. : Росстат, 2002 —
2004.
5.	Седых А. М„ Юзов А. В., Афонин С. 3. Черная металлургия Рос-
сии на фоне мирового рынка. — М. : Экономика, 2003. — 251 с.
6.	Стабфонд заморожен до победы над инфляцией // Известия.
31.05.2006. С. 7.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
81
ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 621.771.25:621.783.233
Повышение эффективности
использования топлива
в нагревательных печах
К 15-летию НПО "Доникс"
А. М. Теряев, Н. В. Гончаров,
А. Ф. Курочкин, С. В. Гаркавенко, Е. Г. Кудлай
НПО “Доникс”, комбинат “Криворожсталь”
На комбинате “Криворожсталь” повышенное внима-
ние уделяется рациональному использованию в нагре-
вательных печах природного газа1, а также полному
использованию с высокой эффективностью доменно-
го и коксового газов.
Ряд нагревательных печей мелкосортных станов
отапливаются природно-коксодоменной смесью с
удельной теплотой сгорания 10 — 13,4 МДж/м3. Для
этого к коксодоменной смеси с = 5,86 МДж/м3
добавляют соответствующее количество природного
газа. Теплоту сгорания полученной смеси выбирают в
зависимости от производительности печи, ее состоя-
ния, температуры подогрева воздуха и других факто-
ров. Сжигание такой смеси в горелках типа “труба в
трубе” вызывает определенные трудности, так как
даже при коэффициенте расхода воздуха п = 1,2 — 1,3
топливо полностью не сжигается и через окна посада,
выдачи и смотровые выбивается светящееся пламя
разной окраски. С увеличением коэффициента избыт-
ка воздуха повышается расход топлива, может суще-
ственно снизиться температура в рабочем простран-
стве печи и этим усугубить неполное сгорание топли-
ва2. С этим связаны также падение калориметричес-
кой температуры / горения топлива и ослабление из-
лучательной способности продуктов сгорания вслед-
ствие снижения концентрации в них СО2 и Н2О.
На рисунке показана зависимость калориметричес-
кой температуры горения природно-коксодоменной
смеси от ее QH см и коэффициента п при подогреве воз-
духа до 250 °C. Снижение п в большей мере увеличи-
вает / горения газовой смеси, чем повышение ее теп-
лоты сгорания. Это дает возможность усилить интен-
сивность теплообменных процессов в рабочем про-
странстве печи путем уменьшения и, при этом можно
использовать газовую смесь с пониженной теплотой
сгорания.
Например, при сжигании смеси с Q ₽j = 13 МДж/м3
при коэффициенте расхода воздуха п} = 1,3, подогре-
ве его в рекуператоре до /в = 250 °C и температуре ухо-
1 Теряев А. М., Гончаров Н. В., Шеремет В. А. и др. Усовершенствование
тепловой работы нагревательных печей мелкосортного стана 250 ОАО
“Криворожсталь” // Металл и литье Украины. 2004. № 11. С. 24 26.
2 Расчеты нагревательных печей ; под ред. H. Ю. Тайца. — Киев : Техни-
ка, 1969. — 540 с.
дящих из рабочего пространства продуктов сгорания
/ = 1000 °C коэффициент использования топлива г|
составит 0,497 [2]. При коэффициенте расхода возду-
ха и2 = 1,1 и тех же условиях т^ = 0,553. Чтобы в рабо-
чем пространстве печи при сжигании смеси с п= 1,1
осталось такое же количество тепла, как и при п = 1,3,
количество топлива необходимо уменьшить на вели-
чину, которую можно определить из следующего ра-
венства:
где И] и V2 — объемный расход газовой смеси, м3/ч.
Из приведенного равенства следует, что объемный
расход топлива при и = 1,1 составит К, = (0,497:0,553) И, ~
~ 0,9Ир т. е. снизится на 10 %, при этом / горения сме-
си увеличится с 1705 до 1880 °C.
При использовании смеси с (2/2 = 11,7 МДж/м3 и
сжигании ее с п2 = 1,1 при Z = 250 °C Т|2 = 0,55. Из
приведенного соотношения следует, что при замене
смеси с gP, = 13,0 МДж/м3 и сжигании ее с пх = 1,3
на газовую смесь с 0р2 = 11,7 МДж/м3 и п2 = 1,1 ее
объемный расход составит
С = (G Si Ид ,):(еР2П2) = (13 И • 0,497):(11,7 • 0,55) =
т. е. в этом случае объемный расход смеси остается
неизменным, а количество поступающего тепла со-
кращается пропорционально снижению теплоты сго-
рания газовой смеси на (13 - 11,7):13 = 0,1, или на
10 %. Заметим, что это может быть достигнуто исклю-
чительно за счет уменьшения доли природного газа.
Кроме того, ?к горения топлива с О^2 = 11,7 МДж/м3,
п2 = 1,1 и /в = 250 °C составляет 1860 °C, т. е. на 155 °C
выше по сравнению с газовой смесью с 0р = 13 МДж/
/м3 и п = 1,3. При этом содержание СО2 и Н2О в про-
дуктах сгорания составляет соответственно 12,1 и
14,6 % (при 2₽2 = 11,7 МДж/м3, п2 = 1,1) и 10,2 и
14,6 % (при Qp , = 13,0 МДж/м3 и пх = 1,3). Это дает
основание утверждать, что интенсивность теплооб-
менных процессов в рабочем пространстве печи не
только не снизится, но даже несколько увеличится за
счет повышения парциальных давлений излучающих
газов в продуктах сгорания.
На двухзонной методической печи мелкосортно-
го стана реконструировали газовые сопла горелок,
сохранив неизменными их остальные элементы. Га-
82
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
Данные исследования качества сжигания топлива в томильной (числитель) и сварочной (знаменатель) зонах печи
Номер опыта	О' н.см	Тепловая мощность печи, МВт	Расход газовой смеси, м3/ч	п	Состав дымовых газов				
					со2, %	О2, %	СО, ppm	NO*	
								РРт	мг/м3
1	13,0	53,0	3900/10800	1,18/1,14	10,1/10,4	3,2/2,6	67/55	92/87	189/179
2	11,7	48,8	4500/10500	1,08/1,04	11,0/11,4	1,5/0,9	86/55	98/93	201/191
Зависимость калориметрической температуры горения природно-
коксодоменной смеси от ее удельной теплоты сгорания и коэффи-
циента расхода воздуха
зовый поток разделили на отдельные струи и не-
сколько изменили систему подачи воздуха. В новом
конструктивном исполнении основные характерис-
тики горелок регламентируются техническими усло-
виями, которыми предусматривается, что топливо
сжигается с п < 1,1, а содержание СО в продуктах
сгорания не превышает 0,05 %.
При отработке рациональных режимов нагрева за-
готовок исходили из того, что полное сжигание топ-
лива в рабочем пространстве печи должно быть обес-
печено при минимальном коэффициенте п. Последо-
вательным снижением расхода воздуха в зонах печи
при постоянном расходе газа и контролем состава
продуктов сгорания устанавливали минимальные
значения коэффициента п для фиксированных зна-
чений тепловой мощности печи и теплоты сгорания
смеси. Производительность печи при этом осталась
неизменной (110 т/ч). В таблице приведены резуль-
таты исследования.
Из этих данных следует, что горелочные устройства
после модернизации обеспечивают полное сжигание
газовой смеси в широком диапазоне изменения коэф-
фициента п. При этом как при п = 1,18, так и при п =
= 1,04 содержание СО и \ЮЛ в продуктах сгорания
значительно меньше, чем допускается нормативными
документами. Опытами установлено, что даже при п =
= 1,02 концентрация СО составляла 0,012 % (в четы-
ре раза ниже допустимого значения).
Существенным преимуществом является также
возможность управлять тепловой мощностью печи
через изменение удельной теплоты сгорания газовой
смеси. Так, в рассматриваемых случаях при неизмен-
ной производительности печи удельную теплоту сго-
рания смеси снизили на 10 %, а тепловую мощность
— на 7,9 %. Это стало возможным в результате того,
что коэффициент п в целом по печи, если оценивать
его по показателям сварочной зоны, сократился при-
мерно в 1,1 раза. Эффективность использования топ-
лива в печи определяется не только сокращением его
расходов (примерно на 8 %), но и тем, что это про-
изошло исключительно из-за уменьшения доли при-
родного газа в смеси.
Следует отметить, что при регулировании тепловой
мощности печи изменением удельной теплоты сгорания
газовой смеси объемный расход ее через горелки оста-
ется практически постоянным или меняется незначи-
тельно. Этим обеспечиваются стабильные условия исте-
чения газовой смеси и смешивания ее с воздухом, т. е.
процессов горения топлива в целом. Кроме того, пос-
ле модернизации горелочных устройств на них практи-
чески не сказывается влияние неконтролируемого из-
менения теплоты сгорания газовой смеси, обусловлен-
ное колебаниями теплоты сгорания доменного газа.
Печь стана оборудована компьютерной системой
управления нагревом металла3, что сводит к миниму-
му влияние обслуживающего персонала на тепловые
режимы. Однако субъективный фактор все же прояв-
ляется в выборе теплоты сгорания смеси. Признано
целесообразным выбирать ее с учетом производитель-
ности печи, тогда теплота сгорания смеси может ус-
танавливаться автоматически в зависимости от темпа
выдачи заготовок согласно выражению
где бнСМТ ~ текущее значение теплоты сгорания га-
зовой смеси, МДж/м3, соответствующее текущей про-
изводительности Пт, т/ч; Пн — номинальная произво-
дительность, т/ч; Q/ см н — теплота сгорания смеси,
установленная для номинальной производительности,
т/ч; а = 0,85 — 1,15 — коэффициент, зависящий от
производительности (при Пн а = 1).
Теоретически необходимое количество воздуха для
сжигания 1 м3 газовой смеси, используемой в нагре-
вательной печи, с высокой степенью достоверности
коррелируется зависимостью от удельной теплоты сго-
рания в виде соотношения
£ = 0,282 • 10"3QP - 0,352, м3/м3 газа.
Тогда при заданном коэффициенте расхода возду-
ха действительный его расход определяется выраже-
нием
£ = «(0,282 • 10-3брсч - 0,352),
что дает возможность в автоматическом режиме уп-
равлять процессом сгорания газовой смеси при изме-
нении ее расхода и удельной теплоты сгорания.
3 Система разработана Киевским институтом автоматики.
ISSN 0038-920Х. “Сталь ". № 8. 2006г.
83
Заключение
На основе модернизации горелочных устройств нагре-
вательной печи мелкосортного стана разработаны и
освоены новые тепловые режимы, предусматриваю-
щие сжигание природно-коксодоменной смеси с ко-
эффициентом расхода воздуха п < 1,1. Повышена тем-
пература горения топлива, благодаря чему снижены
доля природного газа в смеси и его расход на тонну
годного проката, а также угар металла при нагреве
заготовок в печи, что привело к существенному сокра-
щению накопления окалины на подине.
Результатами длительной эксплуатации печи с но-
выми тепловыми режимами подтверждено снижение
удельного расхода топлива на 5,3 %, которое достиг-
нуто исключительно за счет экономии природного
газа, доля которого в смеси снизилась на 10,2 %, а
доменного и коксового несколько возросла. Потери
металла от окисления при нагреве уменьшились на
4 %. Содержание NO* и СО в дымовых газах не пре-
вышает нормативов, определенных действующими
стандартами и техническими условиями.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
УДК 621.785.01:621.783.233.2:001.891.573
Применение современных методов
математического моделирования
при предпроектных исследованиях
процессов
В. Г. Лисиенко, Г. К. Маликов, М. В. Морозов,
М. В. Зуев, Ю. Г. Губин, А. А. Ананьина
Уральский государственный технический
университет — УПИ,
ОАО “Северский трубный завод”
В современных условиях требования к соотношению
качества металлопродукции и экономии энергоресур-
сов непрерывно возрастают. Так, для процессов нагре-
ва и термической обработки металла резко ужесточе-
ны показатели равномерности прогрева — вплоть до
± 5 °C, что должно учитываться при проектировании
и реконструкции металлургических агрегатов и вы-
нуждает проводить предварительные модельные ис-
следования. Требования к результатам математическо-
го моделирования при этом существенно возрастают.
Например, в случае исследований высокотемператур-
ных процессов необходимо оценивать не только ин-
тегральные характеристики тепломассообмена, но и
детализированные локальные характеристики — пока-
затели равномерности в объеме рабочего пространства
и по сечению обрабатываемых изделий. Одновремен-
но с процессами теплообмена требуется оценивать и
гидроаэродинамику потоков наряду с определением
локальных характеристик.
Появившиеся в последнее время зарубежные ком-
мерческие программные средства (Phoenix, Fluent,
Deform, Ansys и др.) пригодны в той или иной степе-
ни решать указанные проблемы. Однако при исполь-
зовании этих программ часто проявляется отсутствие
достоверной информации о заложенных в них алго-
ритмах, что затрудняет возможности развития и усо-
вершенствования программ пользователем по мере
возникновения новых задач.
Из отечественных методов расчета и программных
средств указанным выше условиям в достаточно пол-
ной мере удовлетворяет разработанный в УГТУ -
УПИ динамический зонально-узловой метод расчета
(ДЗУ-метод). Его описание достаточно подробно при-
ведено в ряде работ (в частности, [1 — 8]). Появление
современных персональных компьютеров (ПК) с бы-
стродействием 3,2 — 3,6 ГГц и более дает возможность
использовать этот метод с постановкой и выделением
многосоттысячного количества различных узлов. Это
позволяет применять метод расчета не только в прак-
тике исследовательских организаций, но и на пред-
приятиях (в частности, имеется опыт его применения
для печи скоростного струй но-факельного нагрева и
печи крип-отжига). В настоящей статье рассматрива-
ются результаты разработки и адаптации математичес-
кой модели кольцевой печи (с вращающимся подом)
с применением ДЗУ-метода и ПК на Северском труб-
54
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
ном заводе, в трубопрокатном цехе которого возник-
] ла необходимость нагрева непрерывнолитой заготов-
I ки перед прошивным станом.
Ранее в наших работах строились трехмерные ма-
i тематические модели кольцевых нагревательных пе-
' чей с использованием зонально-факельных методов.
При этом газодинамика потоков задавалась на осно-
вании опытных данных и логики работы печи, а раз-
витие процессов горения обусловливалось положени-
ями теории горящих факелов [I, 2]. В отличие от этих
методов ДЗУ-метод дает качественно новые возмож-
ности математического моделирования энерготехно-
логических агрегатов.
Построение-сборка математической модели в рамках
ДЗУ-метода осуществлялось с помощью пакета про-
грамм GERB, развитого во ВНИИМТ — УПИ — УГТУ
и проверенного при решении широкого класса задач
теплотехнического плана. Пакет включает в себя ком-
плекс модулей, основанных на достижениях послед-
него десятилетия в численном моделировании процес-
сов тепло- и массообмена. С его помощью возможны
определение гидродинамических и тепловых характе-
ристик при движении высокотемпературной сплош-
ной среды в замкнутых пространствах сложной гео-
метрии, численный расчет факельных процессов с
использованием четырех моделей горения, перенос
лучистой энергии с помощью трехмерной зональной
модели излучения, расчет турбулентного переноса на
базе стандартной к — е-модели турбулентности, а так-
же специфической модели теплопроводности для си-
стемы тел сложной формы, включающих в себя учас-
тки с резко переменными теплофизическими харак-
теристиками как внутри тел, так и на их границах.
Основная сложность моделирования заключалась
в геометрическом и режимном сопряжении четырех
процессов, происходящих в печи. Это базовый и ос-
новной (наиболее сложный) гидродинамический про-
цесс, включающий расчет поля скоростей в печном
пространстве и вокруг заготовок, его турбулентных
характеристик, конвективного теплообмена и процес-
сов горения в поле течений многочисленных факелов.
Второй сложный процесс — лучистый теплообмен. Он
тесно связан с первым и определяет в значительной
мере третий процесс — нагрев движущихся заготовок.
Четвертый нестационарный процесс — передача теп-
ла в движущемся поде печи.
При построении расчетных схем сделали некото-
рые упрощения: внутреннее пространство печи пред-
ставили в виде канала прямоугольного сечения дли-
ной 71,4 м, высотой 2 м и шириной 5 м; заготовки
вместо волнистой имеют форму правильных десяти-
гранников, величина поверхности их контакта с по-
дом равна поверхности одной грани; заготовки распо-
лагаются в два ряда, касаясь торцами, причем их оси
совпадают (что эквивалентно одной заготовке в ряду
с увеличенной вдвое длиной); все заготовки имеют
одинаковую среднюю длину (вместо переменной дли-
ны от 1,5 до 2 м); горелочные устройства распределе-
ны равномерно по длине зоны.
Остановимся на некоторых особенностях постро-
ения модели.
Моделирование турбулентной гидродинамики
(этап 1). Все основные параметры расчетной схемы
(геометрические и режимные) — переменные; прежде
всего, это длина и диаметр заготовки, расстояние меж-
ду осями заготовок и от стенок печи, число горелок в
каждой зоне, а также расходы газа и воздуха по зонам.
Данная расчетная схема включает в себя всю печь как
единое целое со всеми заготовками и горелочными
устройствами. Традиционная практика разбиения
печи на отдельные расчетные участки с последующей
их стыковкой неизбежно ведет к усложнению алгорит-
ма в целом вследствие большого числа программных
интерфейсов, а самое главное, к трудноконтролируе-
мым потерям теплового баланса.
В отличие от ранее разработанных моделей |2| раз-
меры и форма заготовок соответствуют реальным и
рассчитываются скорости обтекания газов вдоль каж-
дой заготовки и всех ее граней. Конвективный пере-
нос энергии от факелов к поду и заготовкам опреде-
ляется в процессе решения уравнений движения и
переноса тепла, а не задается априори в виде коэффи-
циентов теплоотдачи конвекцией.
В качестве граничных приняты следующие условия
схемы гидродинамического процесса:
для скоростей — условия Дирихле на поверхностях
всех стенок печи и заготовок и в выходных сечениях
туннелей горелок;
для температур — условия Дирихле на поверхнос-
тях заготовок и в выходных сечениях туннелей горе-
лок; температуры внутренних стенок печи рассчиты-
ваются из решения уравнений их теплового баланса
(стенка с заданным коэффициентом теплопередачи во
внешнюю среду 1 — 2 Вт/(м2 • К), рассчитаны как
функция геометрических и теплофизических свойств
материала стенок печи и их температуры) на каждой
итерации основного процесса.
Моделирование лучисто-конвективного обмена в
печи (этап 2). Для расчета лучистого обмена печь по
длине разбита на 12 участков — по три в каждой кон-
трольной зоне. Число участков входит в исходные
данные и может быть изменено. Каждый участок
включает в себя 9 зон. На рис. 1 представлен один из
таких участков трехмерной расчетной схемы лучисто-
го теплообмена.
Каждая заготовка имеет пять поверхностных зон:
четыре из них находятся в контакте с газовой средой, а
пятая — с подом (эта зона не участвует в лучистом теп-
лообмене). Принято, что потоки на одинаково ориен-
тированные зоны всех заготовок одного расчетного
участка одинаковы и, следовательно, каждый участок
содержит пять поверхностных зон металла (заготовок).
Торцы заготовок, обращенные к стенкам, разделены на
секторы по границам смежных зон и имеют те же но-
мера. Фактически это означает, что торцы получают
некоторый средний из всех зон заготовки поток тепла.
Каждый участок разделен горизонтальной плоско-
стью на верхнюю и нижнюю части. В нижней части
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
85
расположена одна поверхностная (зона пода) и одна
объемная (газовая); в верхней части — одна поверхно-
стная (зона свода) и одна объемная (газовая) зоны.
Итого расчетная схема зонального лучистого теплооб-
мена содержит 4x12 = 48 зон металла (заготовок) + по
12 поверхностных зон пода и свода + 24 газовые зоны
+ 2 зоны торцевых стенок печи (всего 98 зон, из них 74
— поверхностные и 24 газовые). Число и расположение
зон может при необходимости быть изменено.
Моделирование кондуктивного теплообмена в печи.
Под печи представлен в виде бруса, равного длине
печи и состоящего из двух слоев футеровки. Скорость
пода определяется раскладкой заготовок и производи-
тельностью. На верхней поверхности пода выделены
зоны — следы заготовок, не участвующих в процессе
излучения, и зоны, контактирующие с газовой средой.
Граничные условия — условия Дирихле на верхней
части пода, условия III рода на нижней части подины
и условия IV рода (стыка) для правого и левого тор-
цов пода.
Моделирование нагрева заготовки и пода печи (эта-
пы 3 и 4). Решается задача теплопроводности много-
гранного цилиндра с переменными во времени гра-
ничными условиями II и III рода.
Методы решения. Представленные расчетные схе-
мы процессов, взятые по отдельности, используются
в ранее разработанных пакетах GERB, и каждый про-
цесс может быть решен по отдельности при указанных
граничных условиях. Естественно, применяются в
основном стандартные численные методы с некото-
рыми улучшениями и добавлениями. На базе каждой
расчетной схемы строится неортогональная сетка. Для
получения геометрического баланса и улучшения точ-
ности принят метод контрольных объемов.
Наибольшее время (для компьютера) требуется для
решения гидродинамического (базового) процесса.
Вследствие геометрической громоздкости задачи об-
щее число контрольных объемов весьма значительно
— порядка 150 — 200 тысяч. Для каждого контрольно-
го объема составляется 9 уравнений баланса (3 — ком-
поненты скорости, 1 — давления, два для к — е-моде-
ли турбулентности, одно уравнение энергии (энталь-
пии) и два уравнения химической реакции — горе-
ния). Итого решается около двух миллионов уравне-
ний с соответствующим числом неизвестных. Матема-
тики изобрели десятки методов решения подобных
уравнений, однако в нашей практике наиболее рабо-
тоспособным и устойчивым оказался метод неполной
нижней и верхней факторизации (ILU — Incomplete
Lower-Lipper).
Для решения уравнений давления (типа Пуассо-
на) единственно эффективен метод сопряженных
градиентов (Congugate Gradients). Сочетание этих
методов с методом крупной сетки позволяет достичь
решения указанной гидродинамической задачи на
компьютере с тактовой частотой процессора 3,6 ГГц
за 20 — 30 мин.
Весьма трудоемок этап определения зональных ко-
эффициентов лучистого переноса. Сложность задачи
состоит в том, что коэффициенты переноса всех 12
расчетных участков взаимосвязаны, т. е. необходимо
их вычислять для всей печи одновременно. Это тре-
бует при использовании большинства стандартных
приемов огромных затрат времени. Наилучшим по
быстроте и приемлемой точности решения может
быть назван метод прямого вычисления угловых ко-
эффициентов по известным соотношениям [9]. Одна-
ко в случае близко расположенных элементов (напри-
мер, имеющих общую грань площадок) возможна зна-
чительная неточность в их определении. Для такого
случая была подобрана аппроксимирующая зависи-
мость. С учетом того, что доля таких пар площадок в
86
ISSN0038-920Х. “Сталь”. .N 8. 2006г.
1 Рис. 2. Поле температур в горизонтальном сечении в зоне 4 коль-
цевой печи
общем массиве элементов не превышает 10 % в сред-
нем, погрешность определения угловых коэффициен-
тов не превосходит 10 — 15 %, т. е. их сумма в одной
строке отличается от единицы на 10 — 15 %.
Следующий этап — операция уточнения, или сгла-
живания, с тем, чтобы сумма угловых коэффициентов во
всех строках матрицы отличалась от единицы не более
чем на 3 — 4 %. Главным в этом методе становится пос-
ледовательный подбор минимального числа элементов
в зональной сетке при заданной геометрии, критерием
которого служит приемлемое отклонение суммы угло-
вых коэффициентов в каждой строке матрицы в преде-
лах ± (3 — 5) %. Описанный метод позволяет использо-
вать серую или селективно-серую модель.
Следует отметить, что данный подход на несколько
порядков быстрее и значительно точнее ранее приме-
нявшегося в наших работах метода Монте-Карло. При-
менение используемых в американских коммерческих
программных пакетах методов дискретных ординат
(Discrete Ordinate) или дискретного переноса (Discrete
Transfer) влечет за собой значительное увеличение вре-
мени счета, а главное, неконтролируемую погрешность
в случае сложных и громоздких геометрий.
Трудоемкость процесса в данной работе, несомнен-
но, обусловлена сложностью программного интерфей-
са и структуры файлов обмена данными при одновре-
менно-последовательном запуске всех процессов.
Были определены характеристики процесса нагрева
заготовок:
рассчитана газодинамика всех факелов (это дает
возможность находить температуру в любой отдельной
точке струи любого из факелов 57 горелок);
рассчитано поле скоростей всего печного про-
странства, в том числе вокруг каждой из заготовок
(100 - 170 шт.);
определено температурное поле как внутри каждой
из заготовок, так и во всех точках печного пространства;
определено поле давления во всех точках печного
пространства;
вычислены тепловые потоки на каждую из граней
каждой заготовки, а также на все стены, под и свод
печи.
В отличие от других математических моделей по-
добных печей в данной модели отражены все реаль-
ные процессы, происходящие в кольцевой печи: ре-
альная трехмерная форма печи и заготовок; реальное
движение газов; движение пода; раскладка заготовок,
в том числе их взаиморасположение и расстояние
между ними.
Рассматриваемая программа позволяет:
охватить в процессе расчета всю печь, не разбивая
ее на различного рода участки, которые впоследствии
приходится сращивать, теряя в точности вычислений;
избежать значительных упрощений, касающихся
размеров и формы заготовок (представления металла
в виде листа, квадрата и пр.) и печного пространства;
исключить корректировку зонально-угловых коэф-
фициентов, связанных с упрощением формы и числа
заготовок в печи;
определять зонально-угловые коэффициенты ра-
диационного переноса сразу для всей печи, содержа-
щей сотни заготовок реальной формы;
избежать использования субъективных значений
температур газа, свода, стенок и пода печи в качестве
исходных данных;
выполнять расчеты тепловых процессов оператив-
но, вплоть до применения режима реального времени
и использования модели непосредственно при нагре-
ве заготовок.
Результаты расчета и их сопоставление с опытными
данными. На начальном этапе адаптации рассматрива-
лись и были просчитаны отдельные участки печи при
заданной, порядка 400 — 500 °C, температуре загото-
вок, исследовались характер движения газа в печи и
особенности поля температур. Как видно из представ-
ленных на рис. 2 результатов, поле факелов резко
выделяется в плоскости горелок. В остальном печном
пространстве продукты сгорания перемешиваются
достаточно хорошо.
Результаты расчета сопоставили с опытными дан-
ными Уралэнергочермета, ВН14ИМТ и опытами заво-
да по температурной прогонке заготовок. Пример ре-
зультатов расчетов и опытных данных представлен на
рис. 3 (данные ВНИИМТ). Экспериментальные точки
температур заготовок хорошо совпадают с расчетными;
то же самое можно сказать и о температуре дымовых
газов и свода печи. Тепловой КПД при этом составля-
ет ~59 %. Наибольшая разность температур в опытах и
расчетах совпадает и достигает -300 °C по сечению
заготовки в середине зоны 2. К концу нагрева темпе-
ратурная разность снижается до 50 — 60 °C.
Анализ трехмерного температурного поля заготов-
ки показывает, что за счет поступающих на заготовку
тепловых потоков с торцов заготовки температура на
глубине 300 мм от торца заготовки на 70 — 80 °C (в
зависимости от зоны) ниже, чем средняя температура
торцевой грани. При расчете с учетом движения пода
и без него выявили, что результаты практически не
изменяются. Температура при движении пода в ниж-
ней части заготовки всего лишь на 10 — 20 °C выше,
чем в ее центре.
Тепловой поток на грани заготовки распределяет-
ся весьма неравномерно, достигая максимума на верх-
ISSN 0038-920Х. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
87
нюю часть заготовки; на боковые грани он ниже на 10
— 15 %, а на нижние — на 15 — 20 %. В начале зоны 1
тепловой поток через поверхность контакта заготов-
ки с подом достигает значительной величины: из-за
контакта с перегретым (в зоне 4) подом он составляет
порядка 20 — 25 кВт/м2. Затем величина этого потока
снижается в начале зоны 3 до 0 кВт/м2, а к концу зоны
4 составляет уже ~ 10 кВт/м2. Это значит, что в зонах
3 и 4 под отнимает тепло у заготовок.
Проведенное сравнение с опытными данными по
измерению температуры заготовок и футеровки печи
показало удовлетворительное, а в некоторых случаях и
хорошее совпадение. Сравнения проведены в диапазо-
не производительности 40 — 80 т/ч при расходе газа от
2200 до 3500 м3/ч. Расхождение опытных и расчетных
данных по температуре заготовок не превышает 10 —
15 % в зоне 2 и 3 - 5 % в зоне 4. Расчетные температу-
ры футеровки печи совпадают с экспериментальными
в пределах 2 — 3 %. Расхождение расчетов и опытов
объясняется главным образом неопределенностью дан-
ных о производительности печи, средней длине заго-
товок и коэффициентах расхода воздуха.
С использованием рассмотренной математической
модели выполнен прогноз особенностей нагрева лю-
бой заготовки в кольцевой печи (производительнос-
ти, теплового КПД, равномерности нагрева при раз-
личном диаметре трубных заготовок и их расположе-
нии на поду), который используется в проектных ре-
шениях по реконструкции.
Библиографический список
I.	Лисиенко В. Г., Волков В. В., Маликов Ю. К. Улучшение топли-
воиспользования и управление теплообменом в металлургичес-
ких печах. — М. : Металлургия, 1988. — 231 с.
2.	Лисиенко В. Г., Волков В. В., Гончаров А. Л. Математическое
моделирование теплообмена в печах и агрегатах. — Киев : На-
укова думка, 1984. — 232 с.
3.	Лисиенко В. Г. Интенсификация теплообмена в пламенных пе-
чах. — М. : Металлургия, 1979. — 224 с.
4.	Лисиенко В. Г., Лобанов В. И., Китаев Б. И. Теплофизика ме-
таллургических процессов. — М. : Металлургия, 1982. — 240 с.
5.	Lisienko V. G., Malikov Yu. К. Zone-node Method for Calculating
Radiant Gas Flow in Complex Geometry Ducts. Numerical Heat
Рис. 3. Динамика нагрева заготовок в кольцевой печи. Показатели ра-
боты печи: скорость пода 4,51  |0-3 м/с; производительность 77,7 т/ч;
расход газа общий 3198 м3/ч, в том числе по зонам 462 (С4), 800 (С3)
и 1936 (G2); отношение воздух/газ по зонам — а4 = 1,15; а, = 1,15 и
а2 = 1,1; теплопотери 3,25 %; диаметр заготовки 0,455 м; расстоя-
ние между заготовками 1,03 м; число рядов заготовок 68; тепловой
КПД ~ 59 %. Расчетные данные — кривые, опытные данные —
точки (н — низ, ц — центр, в — верх, с — свод, д — дым)
Transfer // Intern. J. of Computation and Methodology. Part B:
Fundumentals. 1992. Vol. 22. No. I. P. 1 - 24.
6.	Lisienko V. G. Mathematical Modeling of Conjugate Radiative -
Convective and Conductive Heat Transfer in Metallurgical Furnaces
in Dynamic Statement. Mathematical Modeling, Control and
Advanced Technological Processes. Series: Heat and Mass Transfer,
Energy Environment. Collection of Scientific Works. No. 1 / Ed.
V. G. Lisienko. Yekaterinburg: USTU, 1999. P. 75 - 88.
7.	Лисиенко В. Г. Принципы построения трехуровневых АСУТП
нагревом металла. Учебное пособие. — Екатеринбург : УГТУ,
1999. - 73 с.
8.	Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Хрестоматия
энергосбережения. Справочное издание, в 2 книгах ; изд. 2-е,
стереотипное ; книга I / под ред. В. Г. Лисиенко. — М. : Тепло-
техник, 2005. — 688 с.
9.	Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Топливо. Ра-
циональное сжигание, управление и технологическое исполь-
зование. Справочное издание, в 3-х книгах ; книга 1 / под ред.
В. Г. Лисиенко. — М. : Теплотехник, 2003. — 608 с.
10.	Лисиенко В. Г., Гусев О. А., Салихов 3. Г. Моделирование объек-
тов с распределенными параметрами на примере трехуровневых
АСУ нагревом материала : учебное пособие. — Екатеринбург :
УГТУ - УПИ; - М. : МИСиС, 2004. - 163 с.
11.	Невский А. С. Лучистый теплообмен в печах и топках. — М. :
Металлургия, 1971. — 440 с.
88
ISSN 0038-920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.
ЧЛЕНЫ СЕКЦИИ РЕДАКЦИОННОЙ коллегии
ра-
:/ч;
G,)
5 и
оя-
!ОЙ
В:
ces
ind
fer.
Ed.
ГП
ГУ.
‘ИЯ
:-е,
1о-
Ра-
пь-
ед.
гк-
1ЫХ
>г :
1. :
Доменное производство:
Шатлов В. А. (редактор раздела), Александров Л. И.,
Брагин Ю. С., Долматов В. А., Лазуткин А. Е., Свирин С. Е., Сперкач
И. Е., Третяк А. А., Черноусов П. И., Юсфин Ю. С.,
Дьяченко Г. Л. (научный редактор).
Сталеплавильное производство:
Югов П. И. (редактор раздела), Галевский Г. В.,
Еланский Г. Н., Зинченко С. Д., Зинько Б. Ф,, Казаков С. В.,
Косырев К. Л., Кукарцев В. М., Носоченко О. В., Паршин В. М.,
Сарычев А. Ф., Синельников В. А., Смирнов Л. А., Соколов В. В.,
Третьяков М. А., Турунов Д.Н., Чайкин Б. С.,
Шаренко Н. В. (научный редактор).
Электрометаллургия:
Шалимов Ал. Г. (редактор раздела), Буцкий Е. В., Косырев К. Л.,
Перевалов Н. И., Попов А. Н., Смирнов А. Н., Стомахин А. Я.,
Шалимов А. Г., Дьяченко Г. Л. (научный редактор).
Ферросплавы:
Серов Г. В. (редактор раздела), Гладких В. А.,
Дашевский В. Я., Жучков В. И., Ишутин В. И.,
Павлов А. В., Серегин А. И., Дьяченко Г. Л. (научный редактор).
Прокатное производство:
Радюкевич Л. В. (редактор раздела), Антонов С. П.,
Бринза В. В., Колпаков С. С., Лямбах Р. В., Парамонов В. А.,
Позин М. С., Хлопонин В. Н., Целиков Н. А.,
Юнин Г. И., Захарова Г. В. (научный редактор).
Производство труб:
Коликов А. П. (редактор раздела), Голубчик Р. М., Клочков А. А.,
Кондратов Л. А., Нуриахметов Ф. Д.,
Романцев Б, А., Захарова Г В. (научный редактор).
Метизное производство:
Арсеньев В. В. (редактор раздела), Кузнецов Н. А.,
Манушин В. А., Ориничев В. И., Салехова Г. А.,
Яранцев Б. М.. Шаренко Н. В. (научный редактор).
Металлургическое оборудование:
Пасечник Н. В. (редактор раздела), Зарапин Ю. Л.,
Синицкий В. М., Чиченев Н. А.,
Захарова Г. В. (научный редактор).
Металловедение и термическая обработка
Филиппов Г. А. (редактор раздела), Капуткина Л. М.,
Одесский П. Д., Тишаев С. И., Шур Е. А.,
Эфрон Л. И., Вагина Л. П. (научный редактор).
Новые металлические материалы
и процессы:
Молотилов Б. В. (редактор раздела),
Ковнеристый Ю. К, Лазуткин С. Е., Лясоцкий И. В.,
Манегин Ю. В., Свистунова Г. В.,
Серегин А. Н., Вагина Л. П. (научный редактор).
Экономика, управление и организация
производства:
Бродов А. А. (редактор раздела), Агансон Э. Я.,
Иванов И. Н., Караваев Е. П., Лебедев Ю. Г,
Макаров Л. П., Юзов О. В.,
Алексеев Е. А. (научный редактор).
Экология и ресурсосбережение:
Каленский И. В. (редактор раздела), Валавин В. С.,
Клейменова Э. В., Клименко С. В., Максимов Б. Н.,
Шульц Л. А., Шушан Ф. Б., Юсфин Ю.С.,
Дьяченко Г. Л. (научный редактор).
CONTENTS
A. G. Manshilin et al. Research and Production Association N PO
“Donix”: 15 Years of Scientific and Manufacturing Activity. 2
O. A. Tunik et al. NPO “Donix” Production Route:
Iron Ore Stock Yard — Sintering — Iron Production.......... 6
A. N. Smyrnov et al. Version of Reconstruction of Open Hearth
Furnace Shop of Specialized Metallurgical Plant............ 8
A. Yu. Tsuprun et al. Optimization of Bending and Straightening
Parameters for a Concast Bar .............................. 9
E. S. Dmytriev at al. Development of Linear Section
Rolling Mills Reconstruction Versions..................... 12
V. S. Solod et al. Universal Numeric Model of Metal
Deformation in Drawing Passes ............................ 16
E. E. Beigelzimer et al. Integrated Software of Automatic Control
Systems for Controlled Cooling in Sheets Rolling.......... 18
A. V. Svetlytchny. Experience in Automation of Rolling
Division of Company “Zaporozhstal” ....................... 23
IRONMAKING
D. N. Doronin et al. Forecasting Influence of Sintering Equipment
Condition upon Technological Process Values .............. 25
V. I. Golovko et al. Radio Detection of Charged Burden
Materials Surface in Blast Furnace........................ 28
STEELMAKING
S. V. Kolpakov et al. Birth and Progress of BOF Process Worldwide .. 31
V. M. Parshin et al. Modern Practices and Equipment
for Secondary Metallurgy and Continuous Casting of Steel
(after Conference Presentations) ......................... 37
Z. A. Yaroslavets. Metals Melting, Treatment and Casting Processes:
Castings, Ingots, Bars (after Convention Presentation) ... 44
ELECTROMETALLURGY
A. N. Popov. VNIIETO Research Institute
Celebrates Its 60"1 Anniversary .......................... 47
E. K. Urbakh. Review of Book “ Plasma Electrotechnical Machines”
by V. S. Cherednichenko et al............................. 49
FERROALLOYS
A. N. Popov. Construction of Iron Ore Reduction Electric Furnaces’
Bathsand Calculation Method ofTheir Basic Parameters...... 51
ROLLING
A. L. Ostapenko et al. Software for Development of Sheets
and Strips Rolling Techniques.................... 56
PIPES & TUBES PRODUCTION
L. A. Kondratov. Basic Work on Pipes Manufacturing Upgrading .... 60
STEEL PRODUCTS MANUFACTURING
S. M. Vershigora et al. Implementation of Cleaning Facility of Cooling
Liquid System in Narrow Strip Cold Rolling Mills. 66
METALLURGICAL EQUIPMENT
A. V. Kulvits et al. Development of Twin Edge Trimming Shears
and Slitting Knives.............................. 68
PHYSICAL METALLURGY & HEAT TREATMENT
N. T. Tikhontseva et al. Selection of Steel Compositions
and Thermal Treatment Techniques for High Strength Casing,
Pump and Compressor Pipes............................ 70
V. M. Mishin et al. Physical and Mechanical Criterion
of Cold Shortness Incorporating Stress Concentrator Type
and Deformation Speed................................. 73
NEW METALLIC MATERIALS AND PROCESSES
S. I. Astakhov et al. Wear Resistant Deformable Powder
White Pig Iron Grades................................. 77
ECONOMICS, MANAGEMENT AND PRODUCTION
ORGANIZATION
V. V. Khristenko. Approach to Evaluation of Competitiveness
Factors in Iron & Steel Industry of Russia.......... 79
ENVIRONMENTAL PROTECTION & RESOURCES
MANAGEMENT
A. M. Teryaev et al. Boosting Efficiency of Fuel Use in Reheating
Furnaces........................................... 82
GENERAL PROBLEMS
V. G. Lysienko et al. Application of Modern Numeric Modelling
Methods in Preliminary Research of Processes.......... 84
ISSN 0038-920X. “Сталь ”. № 8. 2006 г.
89
Содержание
Маншилин А. Г., Кукуй Д. П., Корина А. А. НПО “Доиикс”:
15 лет научной и производственной деятельности..........2
Туник О. А., Антонов В. В., Шахтер И. А., Михайлов А. А., Азин
Е. Л., Фонотов И. М. НПО “Доникс рудный двор —
агломерация — производство чугуна ...................6
СмирновА. Н., Сафонов В. М., Цупрун А. Ю., Тиунов В. Н.,
Зема В. И., Тимофеев В. А., Салмаш И. Н. Вариант
реконструкции мартеновского цеха специализированного
металлургического завода................................8
Цупрун А. Ю., Смирнов А. Н., Гридин С. В., Пильгаев В. М.
Оптимизация параметров загиба и разгиба
непрерывиолитой заготовки ...........................9
Дмитриев Е. С., Солод В. С., Нефедьев С. П., Вакула Л. А.,
Мягков М. В., Кириченко А. А. Разработка вариантов
реконструкции линейных сортопрокатных станов.........12
Солод В. С., Кулагин Р. Ю., Бейгельзимер Я. Е. Универсальная
математическая модель формоизменения металла
в вытяжных калибрах..................................16
Бейгельзимер Э. Е., Остапенко А. Л.. Кузьмин А. В.,
Козленко Д. А. Комплексное программное обеспечение АСУ
контролируемого охлаждения листового проката........18
Светличный А. В. Опыт автоматизации прокатного
производства ОАО “Запорожсталь” .....................23
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Доронин Д. Н., Зобнин Б. Б., Основин А. В. Прогнозирование
влияния состояния агломерационного оборудования
на показатели технологического процесса..............25
Головко В. И., Кукушкин О. Н.. Михайловский Н. В.,
Листопадов В. С., Потапов А. В., Ручаевский А. Л.
Радиолокация поверхности засыпи шихтовых материалов
в доменной печи........................................28
СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Колпаков С. В., Шахпазов Е. X., Югов П. И. Создание
и развитие кислородно-коивертерного процесса в мире..31
Паршин В. М., Куклев А. В., Ларин А. В. Современные
технологии и оборудование для внепечной обработки
и непрерывной разливки стали (по материалам конференции) 35
Ярославец 3. А. Процессы плавки, обработки и разливки металлов:
отливки, слитки, заготовки (по материалам конгресса).44
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ
Попов А. Н. Институту ВНИИЭТО — 60 лет.................46
Урбах Э. К. Рецензия на книгу В. С. Чередниченко, А. С.
Аныиакова, М. Г. Кузьмина. “Плазменные
электротехнологические установки”...................49
ФЕРРОСПЛАВЫ
Попов А. Н. Строение ванн рудовосстановительных электропечей
и методика расчета их основных параметров............51
ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Остапенко А. Л., Бейгельзимер Э. Е., Миненко Н. В.,
Шебаниц Э. Н., Кузьмин А. В. Программное обеспечение
проектирования технологии прокатки листов и полос.56
ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ
Кондратов Л. А. Основные работы по реконструкции
производства труб.................................60
Л. А. Кондратову — 70 лет..........................66
МЕТИЗНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Вершигора С. М., Рудаков В. П., Герасимов С. В. Внедрение
установки очистки СОЖ на станах холодной
прокатки ленты....................................67
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Кульвиц А. В., Комар Н. А. Разработка ножниц сдвоенных
кромкообрезиых и продольной резки.................68
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Тихонцева Н. Т., Горожанин П. Ю., Жукова С. Ю..
Лефлер М. Н., Фарбер В. М. Изыскание состава сталей
и режимов термической обработки обсадных и насосно-
компрессорных труб высокой прочности...........70
Мишин В. М., Филиппов Г. А. Физико-механический критерий
хладноломкости, учитывающий тип концентратора
напряжений и скорость деформации..................73
НОВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОЦЕССЫ
Астахов С. И., Волынова Т. Ф., Москвина Т. П. Износостойкие
деформируемые порошковые белые чугуны ............77
ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
Христенко В. В. Подход к оценке факторов
конкурентоспособности в черной металлургии России.79
ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
Теряев А. М., Гончаров Н. В., Курочкин А. Ф., Гаркавенко С. В.,
Кудлай Е. Г. Повышение эффективности использования
топлива в нагревательных печах....................82
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Лисиенко В. Г., Маликов Г. К., Морозов М. В., Зуев М. В.,
Губин Ю. Г, Ананьина А. А. Применение современных
методов математического моделирования при предпроектных
исследованиях процессов ..........................84
О подписке на журнал..............................24
Правила оформления статей.........................45
90
ISSN0038—920Х. “Сталь”. № 8. 2006г.