Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні
Вступ. Розвиток залізничного транспорту є необхідним чинником національного розвитку та європейської інтеграції України.
 Проблематика. Станом на сьогодні понад 80 % рейок в коліях вітчизняної залізниці не відповідають вимогам
 швидкісного руху та пропуску великовагових поїздів і пот...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2019 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174111 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні / Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький // Наука та інновації. - 2019. — 2019. — Т. 15, № 6. — С. 37-48. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860244255796101120 |
|---|---|
| author | Медовар, Л.Б. Стовпченко, Г.П. Полішко, Г.О. Сибір, А.В. Коломієць, Д.В. Костецький, Ю.В. |
| author_facet | Медовар, Л.Б. Стовпченко, Г.П. Полішко, Г.О. Сибір, А.В. Коломієць, Д.В. Костецький, Ю.В. |
| citation_txt | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні / Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький // Наука та інновації. - 2019. — 2019. — Т. 15, № 6. — С. 37-48. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Вступ. Розвиток залізничного транспорту є необхідним чинником національного розвитку та європейської інтеграції України.
Проблематика. Станом на сьогодні понад 80 % рейок в коліях вітчизняної залізниці не відповідають вимогам
швидкісного руху та пропуску великовагових поїздів і потребують заміни. Наразі ПАТ «Укрзалізниця» купує рейки
за кордоном, що потребує суттєвих валютних затрат, а тому налагодження в країні виробництва високоякісних
магіст ральних та вістрякових рейок стає нагальною необхідністю.
Мета. Розробка інноваційних варіантів організації виробництва рейок преміум класу в Україні.
Матеріали й методи. Рейкова сталь. Експериментальні плавки і металографічні дослідження (оптична та електронна мікроскопія).
Результати. Експериментально доведено високу однорідність (високу чистоту границь та дисперсність первинних зерен, малу міжламельну відстань перліту) та підвищений рівень властивостей рейкового металу, який виготовлено традиційним електрошлаковим переплавленням (ЕШП), та аналогічні показники металу зі зливків, вироблених
ЕШП в струмопідвідному кристалізаторі з вдвічі вищою швидкістю формування. Експериментами зі швидкісним ЕШП
та випробуванням фторидного шлаку в кристалізаторі реальної машини безперервного лиття заготовок (МБЛЗ)
створено технологічне підґрунтя гібридного процесу безперервного литва з електрошлаковим підігрівом меніску
струмопідвідним кристалізатором (БЛ+ЕШП).
Висновки. ЕШП дозволяє зменшити мінімальну порогову швидкість розливу на МБЛЗ, покращити щільність та однорідність металу осьової зони й зберегти високу якість поверхні заготівки. Розроблені й запропоновані перспективні варіанти технологічних схем електрошлакового переплавленняу відпрацьованих рейок з одержанням заготовок з перетином, наближеним до профілю рейки, з використанням декількох сучасних печей ЕШП спеціальної конструкції забезпечать потребу ПАТ «Укрзалізниця» в магістральних та/або вістрякових рейках преміум якості.
Introduction. The development of railway transport is a necessary factor in the national development and European
integration of Ukraine.
Problem Statement. Nowadays, over 80% of rail tracks in the national railway do not meet the requirements for bearing
high-speed and heavy-load trains and require replacement. At present, Ukrainian Railways corporation buys rails in foreign
countries, which requires significant foreign exchange costs, and therefore the manufacture of high-quality mainstream and
switch point rails in our country becomes an urgent need.
Purpose. To develop innovative options for organizing the production of premium rails in Ukraine.
Materials and Methods. Rail steel. Experimental melting and metallographic studies (using the optical and electron
microscopy methods).
Results. A high homogeneity (high purity of boundaries and dispersion of primary grains, small inter-lamellar distance
of perlite), enhanced properties of the rail metal ensured by conventional electroslag remelting (ESR), and similar
characteristic of ingot steel produced by ESR in the current-supplying mold with twice as fast speed of formation have been
experimentally proved. Experiments with high-speed ESR and test of fluoride slag in the mold on real continuous casting
machine has created the technological framework for a hybrid process of continuous casting with electroslag heating of the
meniscus in current-supplying mold (CC + ESR).
Conclusions. ESR enables to reduce the minimum hump speed for casting, to improve the density and uniformity of the
metal of the axial zone, and to maintain a high quality of the ingot surface. Promising options of technological schemes of
waste rail ESR for obtaining the billets with cross-section close to the rail profile have been developed and proposed. Using
several modern ESR furnaces with special design will enable to satisfy needs of Ukrainian Railways corporation in highquality
mainstream and switch point rails.
Вступление. Развитие железнодорожного транспорта является необходимым фактором национального развития
и европейской интеграции Украины.
Проблематика. На сегодня более 80 % рельсов в путях отечественной железной дороги не соответствуют требованиям скоростного движения и пропуска тяжеловесных поездов и требуют замены. Сейчас ОАО «Укрзализныця»
покупает рельсы за рубежом, что требует существенных валютных затрат, а поэтому налаживание в стране производства высококачественных магистральных и остряковых рельсов становится насущной необходимостью.
Цель. Разработка инновационных вариантов организации производства рельсов премиум класса в Украине.
Материалы и методы. Рельсовая сталь. Экспериментальные плавки и металлографические исследования
(оптическая и электронная микроскопия).
Результаты. Экспериментально доказана высокая однородность (высокую чистоту границ и дисперсность
первичных зерен, малое межламельное расстояние в перлите) и повышенный уровень свойств рельсового металла,
изготовленного традиционным электрошлаковым переплавом (ЭШП), и аналогичные показатели металла из слитков, произведенных путем ЭШП в токоподводящем кристаллизаторе с вдвое более высокой скоростью формирования. Экспериментами со скоростным ЭШП и испытанием фторидного шлака в кристаллизаторе реальной машины
непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) создана технологическая основа гибридного процесса непрерывного литья с
электрошлаковым подогревом мениска токоподводящим кристаллизатором (НЛ + ЭШП).
Выводы. ЭШП позволяет уменьшить минимальную пороговую скорость разливки на МНЛЗ, улучшить плотность и однородность металла осевой зоны и сохранить высокое качество поверхности заготовки. Разработаные и
предложеные перспективные варианты технологических схем электрошлакового переплава отработанных рельсов
с получением заготовок сечением, приближенным к профилю рельса, с использованием нескольких современных печей ЭШП специальной конструкции позволят обеспечить потребность ОАО «Укрзализныця» в магистральных и/или остряковых рельсах премиум качества.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:34:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
37
Л.Б. Медовар 1, Г.П. Стовпченко 1, 2, Г.О. Полішко 1,
А.В. Сибір 3, Д.В. Коломієць 1, Ю.В. Костецький 1
1 Інститут електрозварювання ім. Є.О Патона НАН України,
вул. Казимира Малевича, 11, Київ, 03150, Україна,
+38(044) 200-47-79, office@paton.kiev.ua
2 Інжинірингова компанія «ЕЛМЕТ-РОЛ»,
а/с 259, Київ, 03150, Україна,
+38(044) 337-30-81, office@elmet-roll.com.ua
3 Національна металургійна академія України,
просп. Гагаріна, 4, Дніпро, 49600, Україна,
+38(056) 745-31-56, nmetau@nmetau.edu.ua
ІННОВАЦІЙНІ РІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ ОРГАНІЗАЦІЇ
ВИРОБНИЦТВА РЕЙОК НАЙВИЩОГО ҐАТУНКУ В УКРАЇНІ
© МЕДОВАР Л.Б., СТОВПЧЕНКО Г.П., ПОЛІШКО Г.О.,
СИБІР А.В., КОЛОМІЄЦЬ Д.В., КОСТЕЦЬКИЙ Ю.В., 2019
Вступ. Розвиток залізничного транспорту є необхідним чинником національного розвитку та європейської інтег-
рації України.
Проблематика. Станом на сьогодні понад 80 % рейок в коліях вітчизняної залізниці не відповідають вимогам
швидкісного руху та пропуску великовагових поїздів і потребують заміни. Наразі ПАТ «Укрзалізниця» купує рейки
за кордоном, що потребує суттєвих валютних затрат, а тому налагодження в країні виробництва високоякісних
магіст ральних та вістрякових рейок стає нагальною необхідністю.
Мета. Розробка інноваційних варіантів організації виробництва рейок преміум класу в Україні.
Матеріали й методи. Рейкова сталь. Експериментальні плавки і металографічні дослідження (оптична та елект-
ронна мікроскопія).
Результати. Експериментально доведено високу однорідність (високу чистоту границь та дисперсність первин-
них зерен, малу міжламельну відстань перліту) та підвищений рівень властивостей рейкового металу, який виготов-
лено традиційним електрошлаковим переплавленням (ЕШП), та аналогічні показники металу зі зливків, вироблених
ЕШП в струмопідвідному кристалізаторі з вдвічі вищою швидкістю формування. Експериментами зі швидкісним ЕШП
та випробуванням фторидного шлаку в кристалізаторі реальної машини безперервного лиття заготовок (МБЛЗ)
створено технологічне підґрунтя гібридного процесу безперервного литва з електрошлаковим підігрівом меніску
струмопідвідним кристалізатором (БЛ+ЕШП).
Висновки. ЕШП дозволяє зменшити мінімальну порогову швидкість розливу на МБЛЗ, покращити щільність та
однорідність металу осьової зони й зберегти високу якість поверхні заготівки. Розроблені й запропоновані перс-
пективні варіанти технологічних схем електрошлакового переплавленняу відпрацьованих рейок з одержанням за-
готовок з перетином, наближеним до профілю рейки, з використанням декількох сучасних печей ЕШП спеціальної
конструкції забезпечать потребу ПАТ «Укрзалізниця» в магістральних та/або вістрякових рейках преміум якості.
К л ю ч о в і с л о в а: залізничні магістральні рейки, вістрякові рейки, рейкові сталі, МБЛЗ, ЕШП, гібридний процес,
переробка відпрацьованих рейок.
Розвиток транспортної інфраструктури сьо-
годні в багатьох закордонних країнах є пріори-
тетним напрямком і рушійною силою еконо-
мічного розвитку країни. Відповідно до амбіт-
них цілей Національної транспортної стратегії
«Drive Ukraine 2030» на період до 2030 року [1]
розвиток транспорту також має стати одним з
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15(6), 37—48 https://doi.org/10.15407/scin15.06.037
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
38 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
ключових чинників національного розвитку
та європейської інтеграції України. Стратегією
передбачено створення умов для впроваджен-
ня на залізничному транспорті високошвид-
кісного пасажирського руху (зі швидкістю ру-
ху до 400 км/год), експрес-доставки цінних
вантажів (зі швидкістю руху до 350 км/год),
прискореної доставки контейнерів (зі швид-
кістю руху не менш як 200 км/год), а також
з’єднання обласних центрів мережею швид-
кісних (від 160 до 200 км/год — до 2025 року)
та високошвидкісних (від 250 до 400 км/год—
до 2030 року) залізниць, зокрема на основі
державно-приватного партнерства.
Зрозуміло, що все це потребуватиме вве-
дення в дію нових ділянок залізничної колії з
рейками високої якості для створення безпе ки
руху. Господарський підхід до реалізації запла-
нованого має передбачати максимальне вико-
ристання продукції вітчизняних виробників,
яка, безумовно, має бути на рівні кращих світо-
вих зразків.
Виробництво рейок преміум якості потре-
буватиме оновлення наявних металургійних
потужностей та, ймовірно, створення нових під-
приємств, технології і обладнання яких базу-
ватимуться на інноваційних розробках Націо-
нальної академії наук України та провідних ус-
танов із за лученням приватних підприємств з
метою мак симально ефективного використан-
ня переваг державно-приватного партнерства.
Базові підходи до такого перспективного ін-
новаційного проекту, який спрямовано на ви-
рішення поставлених Стратегією завдань, роз-
глянуто нижче.
ВИРОБНИЦТВО РЕЙОК
В УКРАЇНІ НА СЬОГОДНІ
Загальновідомо, що в країнах з розвиненим
швидкісним рухом пасажирських поїздів на
швидкісних магістралях використовують рей-
ки тільки вищої категорії якості, довжина яких
сягає понад 100 м. Це зумовлено необхідніс тю
забезпечення максимальної прямолінійності
рейок, мінімальної кількості стиків для покра-
щення умов взаємодії рухомого складу із за-
лізничною колією та забезпечення плавності
руху поїздів [2, 3]. Наразі в нашій країні понад
80 % загальної кількості рейок, що укладено в
залізничні колії ПАТ «Укрзалізниця», було ви-
готовлено в різний час на ПАТ «Металургій-
ний комбінат «Азовсталь» (МК «Азовсталь»)
і належать вони до першої категорії якості [4].
Зважаючи на це, необхідність підвищення тех-
нічних характеристик рейок є актуальним зав-
данням сьогодення, оскільки ПАТ «Укрзаліз-
ниця» змушено закуповувати рейки за кор-
доном, особливо для навантажених ділянок
шляху. Організація ж швидкісного руху буде по-
т ребувати ще більшого обсягу імпорту рейок.
Програмою «Метінвест Холдингу», частиною
якого є ПАТ «МК «Азовсталь», передбачено
перехід на виготовлення рейок вищої категорії
якості довжиною 50—100 метрів, але це потре-
бує і суттєвих капітальних витрат, і часу на ре-
конструкцію або встановлення нового осна-
щення [5]. На сьогодні рейки не є пріоритетом
виробника, але вони залишаються в портфелі
продукції компанії. Це пов’язано як з кон’юнк-
турою ринку, так, на наш погляд, і з тим, що
невирішеними є деякі питання технології їх
сталеплавильного виробництва, про які йшла
мова в роботах [6, 7].
Окрім вирішення проблеми виготовлення
якісних магістральних рейок в Україні, важли-
вим є й пошук ефективних технологій вироб-
ництва вістрякових рейок, які використовують
для виготовлення стрілочних переводів. Най-
частіше вістрякові рейки виготовляють шля-
хом стругання рейкових деталей або фрезеру-
ванням, що потребує суттєвих часових та ма-
теріальних витрат [8, 9]. Тому необхідним є
пошук нових підходів, серед яких, вважаємо,
перспективним рішенням може стати засто-
сування електрошлакових технологій для під-
вищення якості рейкової сталі. Застосування
гібридної технології виплавки/розливки рей-
кового металу, що поєд нує переваги безперерв-
ного литва та електрошлакового переплавлен-
ня, відкриває нові мож ливості для отримання
Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого ґатунку в Україні
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6) 39
високоякісного рейкового металу, зокрема й
сучасних заевтектоїдних марок [10—13]. За-
пропоновані нові технічні рішення [14] дають
реальну можливість вітчизняним виробникам
вже сьогодні організувати випуск рейок вищої
категорії якості.
ГІБРИДНИЙ ПРОЦЕС БЕЗПЕРЕВНОГО
ЛИТТЯ З ЕЛЕКТРОШЛАКОВИМ ПІДІГРІВОМ
МЕНІСКУ (БЛ + ЕШП)
Однією з проблем якості рейок є поява де-
фектів в осьовій частині заготовки, спричине-
них ліквацією та усадкою в металі, який тверд-
не, та які суттєво зменшують термін служби
рейок. Виникнення останніх пов’язано з від-
сутністю достатнього перемішування та під-
живлення останніх порцій рідкого металу в гли-
бокій лунці заготовки. Висока швидкість роз-
ливу безперервнолитої заготовки (від 0,5 м до
декількох метрів за хвилину, залежно від її пе-
рерізу) призводить до утворення дуже глибо-
кої рідкої лунки: навіть для заготовки квадра-
ту 200 × 200 мм, довжина рідкої лунки сягає до
7 м при різній швидкості витягування. При-
родно, що за таких умов підживлення усадки
безперервнолитої заготовки в її осьовій части-
ні є обмеженим і, як наслідок, з’являються де-
фекти ліквації та пористість. Однак, значно
зменшити глибину рідкої лунки неможливо,
адже існує певна нижня межа швидкості роз-
ливання на машинах безперевного лиття заго-
товок, поза якою відбувається підморожуван-
ня меніску й поверхня заготовки стає непри-
датною для подальшої прокатки [15, 16].
Тому, щоб знизити зазначений поріг міні-
мальної швидкості розливу й запобігти утворен-
ню гофрів, запропоновано використати елект-
рошлаковий обігрів меніску й зони контакту
шлакової суміші з кристалізатором. Таке рішен-
ня дозволить зберегти якість поверхні безпе-
рервнолитої заготовки при одночасному по-
кращенні щільності й однорідності осьової зо-
ни за рахунок зменшення швидкості розливу і,
відповідно, призведе до зменшення глибини
двофазної зони та глибини рідкометалевої ван-
ни (металургійної довжини безперевно литої
заготовки).
Результати математичного моделювання фор-
мування круглої безперервнолитої заготовки
діаметром 500 мм з вуглецевої сталі при різ-
них швидкостях розливу (200—500 мм/хв з кро-
ком 100 мм/хв) показали практично прямолі-
нійну залежність глибини як рідкометалевої
ванни, так і двофазної зони від швидкості роз-
ливу [17]. Важливим є й встановлений факт,
що пряма залежність металургійної довжини
глибини рідкометалевої ванни швидкості роз-
ливання збереглася навіть при врахуванні
впливу чотирьох зон вторинного охолоджен-
ня (довжини зон розпилення вторинного охо-
лодження прийняті рівними: зона 1 — 5000 мм;
зона 2 — 6000 мм; зона 3 — 11 000 мм; зона 4 —
11 000 мм (дві останні — це послідовно розта-
шовані секції охолодження, що відрізняються
інтенсивністю подачі води), що відповідає гео-
метрії МБЛЗ ДМК, м. Кам'янське).
Одержана за розрахунками величина змен-
шення глибини двофазної зони з 29 м до 11 м
(зменшення майже втричі) при зниженні
швидкості розливу в кристалізатор діаметром
500 мм до 300 мм/хв, дозволяє припустити,
що гібридний процес розливу з електрошла-
ковим обігрівом [17] може дати друге життя
напівбезперервній розливці ковальських злив-
ків великого перерізу на вертикальних маши-
нах [18]. Істотне зменшення част ки рідкого
металу, що перебуває в двофазній зоні, свід-
чить про перспективність запропонованого
спо собу зниження швидкості розливу для по-
передження утворення осьової неодноріднос ті
та усадкових ефектів.
Результати порівняльного дослідження мак-
роструктури й всебічної оцінки мікрострукту-
ри модельних зливків ЕШП, які також було
отримано при різній швидкості витягування
(20 і 40 мм/хв відповідно) дали підстави для
аналогічних висновків.
В обох зливках спостерігається наявність
пластинчастого перліту й ділянки глобуляр-
ного перліту, де зустрічаються фрагменти це-
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
40 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
ментитної фази, які зазнають перетворення в
глобулярні форми цементиту (рис. 1). Це, ймо-
вірно, пов’язано з нерівномірністю розподілу
елементів і тривалістю перебування металу в
температурному інтервалі перлітного перетво-
рення (від 650 до 550 °С). Загалом мікрострук-
тура обох зливків однорідна, щільна, без будь-
яких виділень фаз по границях зерен. Відстань
між первинними і вторинними осями дендри-
тів в першому й другому зливках дещо відріз-
няється (табл. 1).
Відомо, що чим більш подрібнена структура
металу, тим більш однорідним він є, кращими
є його властивості в литому стані і, відповідно,
в кінцевому продукті. Відстань між первинни-
ми і вторинними осями гілок дендритів є пря-
мим показником дрібності первинної дендрит-
ної структури.
Виявлено типову перлітну мікроструктуру
з тонкої ламеллю цементиту в обох зливках
ЕШП. Кількісна оцінка міжпластинчастої від-
стані в перліті показала, що обидва зливки
ЕШП рейкової сталі К76Ф практично іден-
тичні (відстань 0,54 і 0,76 мкм відповідно). Ці
значення є вищими, порівняно з міжпластин-
а б
в г
Таблиця 1
Розмір структурних складових в ЕШП
зливках рейкової сталі діаметром 180 мм
Швидкість
витяжки
зливка,
мм/хв
Відстань між
первинними
осями,
мкм
Відстань між
вторинними
осями,
мкм
Міжпластинчаста
відстань в перліті,
мкм
20 248 82 0,74
40 162 43 0,56
Рис. 1. Мікроструктура зразків
ме талу модельних зливків ЕШП,
сформованих з різною швидкіс-
тю витяжки: 1 — 20 мм/хв; 2 —
40 мм/хв; а, в — зображення під
оптичним мікроскопом; б, г —
СЕМ (збільшення ×100)
частою відстанню в зразках рейкової сталі пре-
міум класу після деформації та термічної об-
робки (відстань становить близько 0,2 мкм), ос-
кільки дослідження було виконано на литому
металі без будь-якої деформації та термічної
обробки, які підвищують дисперсність перліту.
Розмір перлітних зерен в зливку ЕШП зі
швидкістю витягування 20 мм/хв становить
100—120 мкм, субзерен — 20—30 мкм, тоді як
розмір перлітних зерен в зливку, отриманому
за швидкості витягування 40 мм/хв досягає
60—100 мкм, а субзерен — 10—15 мкм. Тобто,
навіть незначне зниження швидкості подачі
ме талу при поступовому формуванні зливка
чинить позитивний вплив на його структуру.
Також підвищується і щільність металу зливка
Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого ґатунку в Україні
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6) 41
Рис. 2. Технологічна схема гібридного процесу розли-
вання металу на агрегаті БЛ +ЕШП
Нова рейка
Прокат блюма
Різання заготовки
Безперервнолита
заготовка (блюм)
320 × 320 мм
Кристалізатор
МБЛЗ з
електрошлаковим
підігрівом меніску
за рахунок покращення підживлення усадки,
що сприяє усуненню центральної неоднорід-
ності зливка. Висновки математичного моделю-
вання підтверджуються й результатами дослі-
дження металу зливків ЕШП, які було одержа-
но із застосуванням струмопідвідних кристалі-
заторів (Ø110—620 мм) в лабораторних умовах
Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона
НАН України в різний час [19—21].
Зважаючи на вищевикладені результати, бу-
ло розроблено декілька оригінальних технічних
рішень процесу електрошлакового переплав-
лення, які є доцільними для впровадження у
виробництво рейок і повністю відповідають кон-
цепції «кругової економіки» [22]. На сьогодні
всі інновації проходять процедуру перевірки
патентної чистоти для одержання національ-
ного пріоритету.
Запропоновану технологічну лінію гібридно-
го процесу БЛ+ЕШП схематично наведено на
рис. 2. Технічні рішення, покладені в ос нову
цієї технології, було випробувано на промис-
ловій МБЛЗ на етапі можливості використан-
ня шлаку ЕШП для розливання сталі, та в ла-
бораторних умовах на етапі використання
електрошлакового нагріву для попередження
кристалізації меніску при електрошлаковому
процесі з використанням рідкого металу.
Ключовим питанням реалізації комбінова-
ного процесу БЛ+ЕШП може стати логісти-
ка процесу розливання «плавка на плавку»
на машині безперервного лиття, які зазвичай
мають дві-шість ліній витягування (струмки).
Розрахунок для діючої МБЛЗ МК «Азов-
сталь», де середня вага плавок становить 350 т,
показує, що для гібридного процесу можна за-
діяти тільки один струмок, оскільки суттєве
зниження продуктивності не дасть змогу пов-
ністю розлити плавку протягом визначеного
часу. З огляду на те, що потреба в рейках най-
вищого ґатунку для України на рік сягає біля
10 % (10 000—15 000 т) від загальної потреби
України в магістральних рейках, вищезазначе-
ного процесу може бути достатньо для її за-
доволення. При переведенні всієї машини на
зниження швидкості в 5 разів для забезпечен-
ня адекватного часу розливання потрібно або
скоротити об’єм металу, що випускається з ду-
гової сталеплавильної печі (ДСП) в ківш, або
здійснювати ділення плавки на дві частини з
їх послідовною подачею на установку ківш-піч
(УКП) та вакуумування, або ж виконувати до-
датковий підігрів металу в ковші або промков-
ші при одночасному збільшенні перерізу заго-
товки, що розливається. Логістика операцій
при впровадженні нової технології розливан-
ня БЛ+ЕШП потребуватиме чіткого розрахун-
ку та налагодження, але принципова суміс-
ність поєднання різних швидкостей розливу
на багатострумковій МБЛЗ або загальне зни-
ження її про дуктивності є очевидними.
Таким чином, гібридний процес БЛ+ЕШП
може бути реалізовано як на одному струмку
діючої МБЛЗ, так і на всій діючій МБЛЗ і, во-
чевидь, на новому агрегаті, конструкцію якого
може бути виготовлено в декількох варіантах.
Процес підігріву меніску для попередження
утворення поверхневих дефектів при зниже-
ній швидкості розливу можна реалізувати у
струмопідвідному кристалізаторі (СПК) з по-
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
42 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
стійним перетином (рис. 3, а) або ширенням
(рис. 3, б) при нижньому підводі струму через
тягнучий пристрій, або за схемою з замикан-
ням струму між секціями струмопідвідного
кристалізатора (рис. 3, в).
Останній варіант електричної схеми є най-
більш перспективним як за простотою реалі-
зації, так і за мінімальними витратами елект-
роенергії, але може супроводжуватися підви-
щеною ерозією мідного кристалізатора, якої
можна уникнути використанням інших мате-
ріалів для виготовлення верхньої секції, оцін-
ка ефективності використання яких, з точки
зору терміну служби та мінімального забруд-
нення металу, що розливають, потребує про-
ведення натурних випробувань на пілотному
зразку новоствореного кристалізатора.
Безумовно, для впровадження в промис-
ловість нового процесу БЛ+ЕШП необхідно
бу де здійснити всі необхідні кваліфікаційні ви-
пробування рейок: визначення в’язкості руй-
нування (статичної та циклічної тріщиностій-
кості), характеристик втоми, залишкової напру-
ги в підошві рейок тощо, з метою гарантування
їх високих експлуатаційних показників та еко-
номічної ефективності.
ЕФЕКТИВНА ЕЛЕКТРОШЛАКОВА
ПЕРЕРОБКА ВІДПРАЦЬОВАНИХ РЕЙОК
Пошуки можливостей виготовлення рейок
найвищого ґатунку в Україні призвели до фор-
мулювання ще кількох варіантів ефективної
промислової реалізації електрошлакової техно-
логії, які ґрунтуються на сучасних тенденціях
циркулярної економіки і ключових початкових
положеннях:
Україна має як нагальну необхідність ство-
рення, так і реальні можливості для органі-
зації власного виробництва сучасних рейок;
ключовим чинником підвищення якості рейок
в сучасному технологічному циклі є впро-
ва д ження процесу безперервного розливу,
а ЕШП є дієвим методом обігріву металу в
кристалізаторі МБЛЗ, що дозволяє знизити
швидкість розливання/витягування зливка
й приз водить до зниження центральної неод-
норідності БЛЗ;
існує технічна можливість переплавлення
рейок, знятих з колій після закінчення тер-
міну служби;
для виробництва сучасних рейкових сталей
електрошлаковим способом необхідно реалі-
зувати переплавлення в захисній атмосфері
електродів з низьким вмістом водню (1 ppm)
й кисню (5—10 ppm) і, відповідно, зі збере-
женням цього рівня в зливках;
незважаючи на те, що свого часу висока со-
бівартість ЕШП призупинила його застосу-
вання при виробництві рейок (порівняльна
а
б
в
Рис. 3. Варіанти реалізації гібридного процесу БЛ + ЕШП
з підключенням струму до тягнучих роликів машини з
використання струмопідвідного кристалізатора постій-
ного перетину (а), з ширенням (б), а також зі замикан-
ням струму між секціями струмопідвідного кристаліза-
тора (в)
Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого ґатунку в Україні
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6) 43
оцінка 1990-х років за результатами виготов-
лення дослідно-промислової партії рейок з
металу ЕШП, показала, що собівартість ви-
робництва рейок з металу ЕШП і аналогічних
за традиційною технологією (у цінах 1990 р.)
становила 332—339 руб/т та 160 руб/т від-
повідно). Сьогодні, за загальносвітовим до-
свідом, при застосуванні електрошлакових
технологій можна очікувати збільшення со-
бівартості рейок не більше, ніж на 0,2—
0,3 дол. США на 1 кг рейок, що є найбіль-
шим показником навіть при традиційних
швидкостях формування зливка в електро-
шлаковому переплавленні витратних елект-
родів), що робить виправданим та доціль-
ним впровадження їх для виробництва рейок
преміум-якості.
Зрозуміло, що використання струмопідвід-
них кристалізаторів в гібридному процесі і, тим
більше, печей ЕШП для переробки відпрацьо-
ваних рейок, потребують певних енергозатрат.
Попередні розрахунки необхідної потужнос ті,
яка визначає витрати енергоносіїв при реаліза-
ції рекомендованого в цьому досліджені про -
цесів ЕШП рейок (також і для комбінованого
процесу розливання рейкових сталей БЛ + ЕШП)
показали, що для кристалізатора квад ратного
перерізу 320 × 320 мм вони станов лять не біль-
ше 400 кВ · А. Таким чином, пере плавлен ня від-
працьованих рейок на сучасно му обладнанні
ЕШП, навіть за песимістичним прогнозом, за-
безпечить зниження їх собівартості, порівня-
но зі стандартною технологією переплавлен-
ня ЕШП, щонайменше на трети ну. Однак, при
ви користанні новітніх технологій і обладнан-
ня переплавлення та за умови вилучених із
колії рейок як витратних елект родів, ситуація
буде на користь запропонованих технічних
рішень, оскільки зазвичай вартість електроду
складає біля половини собівар тості рейки.
В ході роботи розроблено й запропоновано
декілька варіантів технологічних схем вироб-
ництва рейок преміум якості, які дозволяють
організувати процес переплавлення відпра-
цьованих рейок з одержанням заготовки, роз-
міри яких або відповідають розмірам заготов-
ки МБЛЗ, яку використовують для прокату
рейок, або є максимально наближеними до
профілю рейки для зменшення витрат на де-
формування.
Перший варіант організації процесу наведе-
но на рисунку 4.
В Україні наразі відсутні печі ЕШП сучас-
ної конструкції з захисною атмосферою й змі-
Рис. 4. Схема ЕШП на сучасній печі ЕШП із захисною атмосферою та зміною ста-
рих рейок, як витратних електродів
Нова рейка
Прокат блюма
Різання заготовки
Зливок ЕШП (блюм)
320 × 320 мм
Зношена
(відпрацьована)
рейка
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
44 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
ною електродів, що, з одного боку, ускладнює
реалізацію запропонованого процесу пере-
плавленняу рейок, а з іншого — дозволяє за-
пропонувати спеціалізовану конструкцію печі
ЕШП з додатковими устаткуваннями, що да-
ють змогу перетворити процес переплавлення
на напівбезперервний. Концепція спеціалізо-
ваної печі ЕШП для переплавлення відпра-
цьованих рейок полягає в тому, що в кристалі-
затор, зокрема й струмопідвідний (рис. 5), без-
перервно подається відпрацьована рейка через
горизонтальний пристрій індукційного нагрі-
ву з наступним загином її на 90°.
Переплавлення старих рейок у нові в захис-
ній атмосфері не супроводжується суттєвими
втратами легуючих елементів, заліза тощо, а
шлакова обробка металу забезпечує чистоту
сталі та сприятливу морфологію неметалевих
включень.
Орієнтовні показники ваги, довжини й швид-
кості подачі рейок Р65 (100 м такої рейки має
вагу 6,5 т), що будуть передані на переплав-
лення, а також швидкості витягування зливка
ЕШП різного розміру наведено в табл. 2.
Зважаючи на численні обговорення з фахів-
цями «Укрзалізниці», як було вже зазначено,
останніми роками потреба країни в рейках най-
вищого ґатунку щороку складає біля 10 000—
15 000 т, або ж приблизно 70—110 км колії з
рейок Р65. Таку кількість металу ЕШП віль-
Таблиця 2
Орієнтовні розмірні й вагові показники
відпрацьованих рейок для процесу ЕШП
Характеристики
Розмір зливка ЕШП, мм × мм
320 × 320 400 × 400 400 × 500
Вага одного метра
зливка, т 0,8 1,25 1,57
Швидкість ЕШП,
кг/год 600 1000 1500
Лінійна швидкість
витягування ЕШП,
м/год 0,6—0,85 0,75—0,90 0,90—1,05
Лінійна швидкість
подачі рейок на пе-
реплавленняу, м/год 8—10 13—15 20—25
но може забезпечити 4—6 сучасних спеціалізо-
ваних установок електрошлакового переплав-
лення в захисній атмосфері, а використання
щонайменше подвійної швидкості переплав-
лення без зниження якості металу сприятиме
формуванню цінової конкурентоздатності за-
значеної продукції. Такий мікрозавод доціль-
но б побудувати у складі ПАТ «Укрзалізниця»,
яке знімає відпрацьовані магістральні рейки із
залізничного шляху, або ж на металургійному
заводі, що має прокатний стан для виготов-
лення рейок. На жаль, на сьогодні обидва про-
катних стани, які можуть в Україні виготовля-
ти рейки, є застарілими й потребують суттєвої
модернізації або заміни.
Рис. 5. Схема напівбезперервного ЕШП відпрацьованих рейок
Нова рейка
Прокат блюма
Різання заготовки
Зливок ЕШП (блюм)
320 × 320 мм
Стикове зварювання Нагрів рейки-електроду
Зношена
(відпрацьована)
рейка
Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого ґатунку в Україні
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6) 45
Найефективнішим використанням запро-
понованого методу може стати виробництво
вістрякових рейок із заготовок з максимально
наближеним до необхідного розміру перети-
ном. При переробці старих рейок структура
металу ЕШП має високу щільність і якість, що
забезпечить виняткові властивості вістряко-
вих рейок за невисокої собівартості останніх
при переробці старих рейок. Використання
елект рошлакових технологій для виготовлен-
ня віст рякових рейок може суттєво знизити й
витрати на їх механічну обробку та підвищити
термін експлуатації відповідальних вузлів
рейкового полотна за рахунок високої якості
металу ЕШП.
Таким чином, для гібридного процесу БЛ +
+ ЕШП, який дозволяє суттєво знизити швид-
кість витягування заготовки за рахунок піді-
г ріву меніску й покращити щільність та однорід-
ність металу заготовки за збереження якості її
поверхні, розроблено схеми його практичної
реалізації з використанням струмопідвідного
кристалізатора.
Металографічними дослідженнями металу
ЕШП доведено, що завдяки вищій чистоті гра-
ниць зерен відсутні зернограничі виділення
домішок, що забезпечує підвищений рівень
властивостей металу, зокрема пластичності.
Запропоновано нові перспективні схеми ви-
робництва нових рейок методом електрош ла-
кового переплавлення на спеціалізованому мік -
розаводі (умовно — мікрозавод у складі «Укр-
залізниці»), які, за використання декількох
сучасних печей ЕШП спеціальної конструкції,
дозволять забезпечити переплавленняу ста-
рих рейок з мінімальними затратами легуючих
та одержанням заготовок для магістральних
та/або вістрякових рейок преміум якості.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Про схвалення Національної транспортної стратегії України на період до 2030 року. URL: https://www.kmu.
gov.ua/ua/npas/pro-shvalennya-nacionalnoyi-transportnoyi-strategiyi-ukrayini-na-period-do-2030-roku (дата звернен-
ня: 13.06.2018).
2. Sirong Yi. Dynamic Analysis of High-Speed Railway Alignment: Theory and Practice. URL: https://www.scien ce-
direct.com/science/book/9780128128879 (дата звернення: 15.06.2018).
3. Рынок рельсов: российская продукция вытесняет импорт. URL: http://www.indexbox.ru/news/rossijskie-relsy-
vytesnyayut-import/2016: Index box (дата звернення: 15.06.2018).
4. «Укрзализныця» переходит на рельсы высшей категории, которые изготовлены «Азовсталью». URL: http://
mrpl.city/news/view/ukrzaliznytsya-perehodit-na-relsy-vysshej-kategorii-kotorye-izgotovleny-azovstalyu (дата звернен-
ня: 31.07.2018).
5. АЗОВСТАЛЬ планирует освоить производство рельсов нового образца. URL: http:// https://azovstal.metin-
vestholding.com/ru/press/news/show/2589 (дата звернення: 31.07.2018).
6. Медовар Л.Б., Стовпченко Г.П., Полішко Г.О., Педченко Є.О., Зайцев В.А. Cучасні рейкові сталі і можливості
ЕШП (Огляд) Повідомлення 1. Сучасні умови експлуатації рейок і дефекти, що зменшують строк їх служби. Сов-
ременная электрометаллургия. 2018. № 1. С. 3—7. https://doi.org/10.15407/sem2018.01.01
7. Медовар Л.Б., Стовпченко Г.П., Полішко Г.О., Коломієць Д.О., Педченко Є.О., Зайцев В.А. Сучасні рейкові
сталі і можливості ЕШП (Огляд) Повідомлення 2. Вимоги стандартів до хімічного складу сталі для залізних. Сов-
ременная электрометаллургия. 2018. № 2. С. 28—36. https://doi.org/10.15407/sem2018.02.03
8. ГОСТ Р 55820-2013 Рельсы железнодорожные остряковые. Технические условия.
9. Максимов А.Б., Гофман Л.Д., Кибалов А.А. Система управления качеством производства остряковых рельсов.
Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2008. № 1. С. 125—128.
10. Ordóñez Olivares R., Garcia C.I., Robles Henr ndez F.C. Metallurgy of high-carbon steels for railroad applications.
J. S. Afr. Inst. Min. Metall., V. 113, no. 2. P. 155—162, Feb. 2013 . Available at: http://www.scielo.org.za/scielo.php?script=sci_
arttext&pid=S2225-62532013000200016&lng=en&nrm=iso Accessed on: 31 July 2018.
11. Girsch G., Jörg A., Schoech W. Managing rail life to match performance and cut costs. Railway Gazette International,
2010 (August), 45—48. URL: https://www.speno.ch/images/speno-docs/english/RGIN-1008-rail%20steels%20article-hi%20
res.pdf Accessed on: 31 July 2018.
12. Ordonez R., Garcia C.I., Deardo A., Kalay S. New rail steels for the 21st century. Materials Science and Technology
Conference and Exhibition 2009, MS and T’09. 3. 1614—1624.
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
46 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
13. Pointner P. High strength rail steels — The importance of material properties in contact mechanics problems. Wear,
2008. V. 265, no. 9—10. P. 1373—1379.
14. Кучук-Яценко С.И., Дидковский А.В., Швец В.И., Руденко П.М., Антипин Е.В. Контактная стыковая сварка
высокопрочных рельсов современного производства. Автоматическая сварка. 2016. № 5—6. С. 7—16. https://doi.
org/10.15407/as2016.06.01
15. Lee G.-G., Thomas B.G., Kim S.-H., Shin H.-J., Baek S.-K., Choi C.-H., Kim D.-S., Yu S.-J. Microstructure Near
Corners of Continuous-Cast Steel Slabs Showing Three-Dimensional Frozen Meniscus at Hooks. Acta Materialia. 2007.
V. 55, no. 20. P. 6705—6712.
16. Lee G.-G., Shin H.-J., Thomas B.G., Kim S.-H., Kim D.-S., Yu S.-J. Three-dimensional Microstructure of Frozen Me-
niscus and Hook in Continuous-cast Ultra-low-carbon Steel Slabs. AISTech 2007, Steelmaking Conference Proc., (May 7—10,
2007, Indianapolis, IN), AIST, Warrendale, PA. Vol. 1. P. 1—10.
17. Медовар Л.Б., Стовпченко А.П., Сибирь А.В., Волченков Е.А., Педченко Е.А., Полишко А.А., Лебедь В.А.
Моделирование непрерывной разливки комбинированным процессом МНЛЗ + ЭШП. Современная электроме тал-
лургия. 2017. № 4. С. 3—7. https://doi.org/10.15407/sem2017.04.01
18. JUMBO BLOOM VERTICAL CASTER. URL: http://www.timkensteel.com/what-we-make/high-performance-
steel/jumbo-bloom-vertical-caster (дата звернення: 31.07.2018)
19. Медовар Л.Б., Цыкуленко А.К., Федоровский Б.Б., Шевченко В.Е., Лацман И.А., Грабовский Ц.Ф., Ус В.И.,
Петренко В.Л. О формировании поверхности слитков из никелевых суперсплавов при ЭШП в токопроводящем крис-
таллизаторе. Проблемы СЭМ. 2000. № 4. С. 7—14.
20. Медовар Л.Б., Саенко В.Я., Стовпченко А.П., Цыкуленко А.К., Шевченко Н.Т., Журавель В.М., Полишко А.А, …,
Лебедь В.А. Электрошлаковые технологии получения крупных кузнечных слитков. Современная электроме тал лур-
гия. 2010. № 3. С. 5—10.
21. Полишко А.А. Укрупнение слитков последовательным кольцевым электрошлаковым наплавлением. Совре-
менная электрометаллургия. 2012. Т. 2, № 107. С. 14—16.
22. Jouni Korhonena, Antero Honkasalob, Jyri Seppäläc. Circular Economy: The Concept and its Limitations. Ecological
Economics. 2018. № 143. С. 37—46.
REFERENCES
1. About the praise of the National Transport Strategy of Ukraine for the period until 2030. URL: https://www.kmu.
gov.ua/ua/npas/pro-shvalennya-nacionalnoyi-transportnoyi-strategiyi-ukrayini-na-period-do-2030-roku (Last accessed:
13.06.2018).
2. Sirong Yi. Dynamic Analysis of High-Speed Railway Alignment: Theory and Practice. URL: https://www.scien-
cedirect.com/science/book/9780128128879 (Last accessed: 15.06.2018).
3. Rail market: Russian products crowd out imports. URL: http://www.indexbox.ru/news/rossijskie-relsy-vytesnyayut-
import/2016: Index box (Last accessed: 15.06.2018).
4. “Ukrzaliznytsia” passes to the rails of the highest category, which are made by “Azovstal”. URL: http://mrpl.city/
news/view/ukrzaliznytsya-perehodit-na-relsy-vysshej-kategorii-kotorye-izgotovleny-azovstalyu (Last accessed: 31.07.2018).
5. AZOVSTAL plans to master the production of a new type of rail. URL: https://azovstal.metinvestholding.com/ru/
press/news/show/2589 (Last accessed: 31.07.2018).
6. Medovar, L. B., Stovpchenko, G. P., Polishko, G. O., Pedchenko, E. A., Zaitsev, V. A. (2018). Modern rail steels and
solutions ESR (Review). Information 1. Operating conditions and defects observed. Sovremennaya electrometallurgiya, 1,
3—7. https://doi.org/10.15407/sem2018.01.01 [in Ukrainian].
7. Medovar, L. B., Stovpchenko, A. P., Polishko, A. A., Kolomiets, D. A., Pedchenko, E. A., Zaitsev, V. A. (2018). Modern
rail steels. application of ESR (Review). Information 2. Requirements of standards to chemical composition of steels for
railway rails of main-line tracks. Sovremennaya electrometallurgiya, 2, 28—36. https://doi.org/10.15407/sem2018.02.03 [in
Ukrainian].
8. GOST R 55820-2013 Switch and crossing rails. Specifications.
9. Maksymov, A. B., Gofman, L.,D., Kibalov, A. A. (2008). Quality management system for switch rails. Innovative
Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 1, 125—128 [in Russian].
10. Ordóñez Olivares, R., Garcia, C. I., Robles Henrández, F. C. (2013). Metallurgy of high-carbon steels for railroad
applications. J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 113(2), 155—162. URL: http://www.scielo.org.za/scielo.php?script=sci_art-
text&pid=S2225-62532013000200016&lng=en&nrm=iso Accessed on: 31 July 2018.
11. Girsch, G., Jörg, A., Schoech, W. Managing rail life to match performance and cut costs. Railway Gazette International,
2010 (August), 45—48. URL: https://www.speno.ch/images/speno-docs/english/RGIN-1008-rail%20steels%20article-
hi%20res.pdf Accessed on: 31 July 2018.
Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого ґатунку в Україні
ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6) 47
12. Ordonez, R., Garcia, C. I., Deardo, A., Kalay, S. (2009). New rail steels for the 21st century. Materials Science and
Technology Conference and Exhibition 2009, MS and T’09. V. 3. 1614—1624.
13. Pointner, P. (2008). High strength rail steels. The importance of material properties in contact mechanics problems.
Wear, 265 (9—10), 1373—1379.
14. Kuchuk-Yatsenko, S. I., Didkovsky, A. V., Shvets, V. I., Rudenko, P. M., Antipin, E. V. (2016). Flash-butt welding of high-
strength rails of nowadays production. Avtomaticheskaya svarka, 5—6, 7—16. https://doi.org/10.15407/as2016.06.01 [in Russian].
15. Lee, G.-G., Thomas, B. G., Kim, S.-H., Shin, H.-J., Baek, S.-K., Choi, C.-H., Kim, D.-S., Yu, S.-J. (2007). Micro struc-
ture Near Corners of Continuous-Cast Steel Slabs Showing Three-Dimensional Frozen Meniscus at Hooks. Acta Materialia,
55 (20), 6705—6712.
16. Lee, G.-G., Shin, H.-J., Thomas, B. G., Kim, S.-H., Kim, D.-S., Yu, S.-J. (2007). Three-dimensional Microstructure
of Frozen Meniscus and Hook in Continuous-cast Ultra-low-carbon Steel Slabs. AISTech 2007, Steelmaking Conference
Proc., (May 7—10, 2007, Indianapolis, IN), AIST, Warrendale, PA., v. 1, 1—10.
17. Medovar, L. B., Stovpchenko, A. P., Sibir, A. V., Volchenkov, Ye. A., Pedchenko, E. A., Polishko, A. A., Lebed, V. A.
(2017). Modeling of continuous casting by combined process of MCCB + ESR. Sovremennaya electrometallurgiya, 4, 3—7.
https://doi.org/10.15407/sem2017.04.01 [in Russian].
18. JUMBO BLOOM VERTICAL CASTER. URL: http://www.timkensteel.com/what-we-make/high-performance-
steel/jumbo-bloom-vertical-caster (Last accessed: 31.07.2018).
19. Medovar, L. B., Tsykulenko, A. K., Fedorovskii, B. B., Shevchenko, N. T., Latsman, I. A., Grabovskiy, Ts. F., Petren-
ko, V. L. (2000). About formation of the surface of nickel superalloy ingots during ESR in a current conductive mold. Prob-
lemy SEM, 4, 7—14 [in Russian].
20. Medovar, L. B., Saenko, V. Ya., Stovpchenko, A. P., Tsykulenko, A. K., Shevchenko, N. T., Zhuravel, V. M., Polish-
ko, A. A., …, Lebed, V. A. (2010). Electroslag technology of production of large forging ingots. Sovremennaya electrometallur-
giya, 3, 5—10 [in Russian].
21. Polishko, А. А. (2012). Enlarging ingots by successive circumferential electroslag surfacing. Sovremennaya electro-
metallurgiya, 2 (107), 14—16 [in Russian].
22. Korhonena, Jouni, Honkasalob, Antero, Seppäläc, Jyri. (2018). Circular Economy: The Concept and its Limitations.
Ecological Economics, 143, 37—46.
Стаття надійшла до редакції / Received 20.02.19
Статтю прорецензовано / Revised 21.04.19
Статтю підписано до друку / Accepted 24.06.19
Medovar, L. 1, Stovpchenko, G. 1 ,2, Polishko, G. 1, Sybir, A. 3,
Kolomiets, D. 1, and Kostetsky, Yu. 1
1 Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine,
11, Kazymyra Malevycha St., Kyiv, 03150, Ukraine,
+38 044 200 47 79, office@paton.kiev.ua
2 ELMET-ROLL Engineering Company,
P.O. Box 259, Kyiv, 03150, Ukraine,
+38 044 337 30 81, office@elmet-roll.com.ua
3 National Metallurgical Academy of Ukraine,
Gagarina Ave., 4, Dnipro, Ukraine,
+38 056 745 31 56, nmetau@nmetau.edu.ua
INNOVATIVE SOLUTIONS FOR MANUFACTURING
HIGH-QUALITY RAILS IN UKRAINE
Introduction. The development of railway transport is a necessary factor in the national development and European
integration of Ukraine.
Problem Statement. Nowadays, over 80% of rail tracks in the national railway do not meet the requirements for bearing
high-speed and heavy-load trains and require replacement. At present, Ukrainian Railways corporation buys rails in foreign
countries, which requires significant foreign exchange costs, and therefore the manufacture of high-quality mainstream and
switch point rails in our country becomes an urgent need.
Purpose. To develop innovative options for organizing the production of premium rails in Ukraine.
Materials and Methods. Rail steel. Experimental melting and metallographic studies (using the optical and electron
microscopy methods).
Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький
48 ISSN 1815-2066. Nauka innov., 2019, 15 (6)
Results. A high homogeneity (high purity of boundaries and dispersion of primary grains, small inter-lamellar distance
of perlite), enhanced properties of the rail metal ensured by conventional electroslag remelting (ESR), and similar
characteristic of ingot steel produced by ESR in the current-supplying mold with twice as fast speed of formation have been
experimentally proved. Experiments with high-speed ESR and test of fluoride slag in the mold on real continuous casting
machine has created the technological framework for a hybrid process of continuous casting with electroslag heating of the
meniscus in current-supplying mold (CC + ESR).
Conclusions. ESR enables to reduce the minimum hump speed for casting, to improve the density and uniformity of the
metal of the axial zone, and to maintain a high quality of the ingot surface. Promising options of technological schemes of
waste rail ESR for obtaining the billets with cross-section close to the rail profile have been developed and proposed. Using
several modern ESR furnaces with special design will enable to satisfy needs of Ukrainian Railways corporation in high-
quality mainstream and switch point rails.
Keywords: railway, main rail, switch rail, rail steel, CC, ESR, hybrid process, and recycling of used rails.
Л.Б. Медовар 1, А.П. Стовпченко 1, 2, А.А. Полишко 1, А.В. Сибирь 3,
Д.В. Коломиец 1, Ю.В. Костецкий 1
1 Институт электросварки им. Е.О Патона НАН Украины,
ул. Казимира Малевича, 11, Киев, 03150, Украина,
+38 044 200 47 79, office@paton.kiev.ua
2 Инжиниринговая компания «ЭЛМЕТ-РОЛ»,
а/я 259, Киев, 03150, Украина,
+38 044 337 30 81, office@elmet-roll.com.ua
3 Национальная металлургическая академия Украины,
просп. Гагарина, 4, Днипро, Украина,
+38 056 745 31 56, nmetau@nmetau.edu.ua
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМИ
ОРГАНИЗАЦИИ В УКРАИНЕ ПРОИЗВОДСТВА
РЕЛЬСОВ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА
Вступление. Развитие железнодорожного транспорта является необходимым фактором национального развития
и европейской интеграции Украины.
Проблематика. На сегодня более 80 % рельсов в путях отечественной железной дороги не соответствуют тре бо-
ваниям скоростного движения и пропуска тяжеловесных поездов и требуют замены. Сейчас ОАО «Укрзализныця»
покупает рельсы за рубежом, что требует существенных валютных затрат, а поэтому налаживание в стране произ-
водства высококачественных магистральных и остряковых рельсов становится насущной необходимостью.
Цель. Разработка инновационных вариантов организации производства рельсов премиум класса в Украине.
Материалы и методы. Рельсовая сталь. Экспериментальные плавки и металлографические исследования
(оптическая и электронная микроскопия).
Результаты. Экспериментально доказана высокая однородность (высокую чистоту границ и дисперсность
первичных зерен, малое межламельное расстояние в перлите) и повышенный уровень свойств рельсового металла,
изготовленного традиционным электрошлаковым переплавом (ЭШП), и аналогичные показатели металла из слит-
ков, произведенных путем ЭШП в токоподводящем кристаллизаторе с вдвое более высокой скоростью формирова-
ния. Экспериментами со скоростным ЭШП и испытанием фторидного шлака в кристаллизаторе реальной маши ны
непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) создана технологическая основа гибридного процесса непрерывного литья с
электрошлаковым подогревом мениска токоподводящим кристаллизатором (НЛ + ЭШП).
Выводы. ЭШП позволяет уменьшить минимальную пороговую скорость разливки на МНЛЗ, улучшить плот-
ность и однородность металла осевой зоны и сохранить высокое качество поверхности заготовки. Разработаные и
предложеные перспективные варианты технологических схем электрошлакового переплава отработанных рельсов
с получением заготовок сечением, приближенным к профилю рельса, с использованием нескольких современных
печей ЭШП специальной конструкции позволят обеспечить потребность ОАО «Укрзализныця» в магистральных и/
или остряковых рельсах премиум качества.
Ключевые слова: железнодорожные магистральные рельсы, остряки рельсы, рельсовые стали, МНЛЗ, ЭШП,
гибридный процесс, переработка отработанных рельсов.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-174111 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:34:34Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Медовар, Л.Б. Стовпченко, Г.П. Полішко, Г.О. Сибір, А.В. Коломієць, Д.В. Костецький, Ю.В. 2021-01-03T17:54:48Z 2021-01-03T17:54:48Z 2019 Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні / Л.Б. Медовар, Г.П. Стовпченко, Г.О. Полішко, А.В. Сибір, Д.В. Коломієць, Ю.В. Костецький // Наука та інновації. - 2019. — 2019. — Т. 15, № 6. — С. 37-48. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin15.06.037 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174111 Вступ. Розвиток залізничного транспорту є необхідним чинником національного розвитку та європейської інтеграції України.
 Проблематика. Станом на сьогодні понад 80 % рейок в коліях вітчизняної залізниці не відповідають вимогам
 швидкісного руху та пропуску великовагових поїздів і потребують заміни. Наразі ПАТ «Укрзалізниця» купує рейки
 за кордоном, що потребує суттєвих валютних затрат, а тому налагодження в країні виробництва високоякісних
 магіст ральних та вістрякових рейок стає нагальною необхідністю.
 Мета. Розробка інноваційних варіантів організації виробництва рейок преміум класу в Україні.
 Матеріали й методи. Рейкова сталь. Експериментальні плавки і металографічні дослідження (оптична та електронна мікроскопія).
 Результати. Експериментально доведено високу однорідність (високу чистоту границь та дисперсність первинних зерен, малу міжламельну відстань перліту) та підвищений рівень властивостей рейкового металу, який виготовлено традиційним електрошлаковим переплавленням (ЕШП), та аналогічні показники металу зі зливків, вироблених
 ЕШП в струмопідвідному кристалізаторі з вдвічі вищою швидкістю формування. Експериментами зі швидкісним ЕШП
 та випробуванням фторидного шлаку в кристалізаторі реальної машини безперервного лиття заготовок (МБЛЗ)
 створено технологічне підґрунтя гібридного процесу безперервного литва з електрошлаковим підігрівом меніску
 струмопідвідним кристалізатором (БЛ+ЕШП).
 Висновки. ЕШП дозволяє зменшити мінімальну порогову швидкість розливу на МБЛЗ, покращити щільність та однорідність металу осьової зони й зберегти високу якість поверхні заготівки. Розроблені й запропоновані перспективні варіанти технологічних схем електрошлакового переплавленняу відпрацьованих рейок з одержанням заготовок з перетином, наближеним до профілю рейки, з використанням декількох сучасних печей ЕШП спеціальної конструкції забезпечать потребу ПАТ «Укрзалізниця» в магістральних та/або вістрякових рейках преміум якості. Introduction. The development of railway transport is a necessary factor in the national development and European
 integration of Ukraine.
 Problem Statement. Nowadays, over 80% of rail tracks in the national railway do not meet the requirements for bearing
 high-speed and heavy-load trains and require replacement. At present, Ukrainian Railways corporation buys rails in foreign
 countries, which requires significant foreign exchange costs, and therefore the manufacture of high-quality mainstream and
 switch point rails in our country becomes an urgent need.
 Purpose. To develop innovative options for organizing the production of premium rails in Ukraine.
 Materials and Methods. Rail steel. Experimental melting and metallographic studies (using the optical and electron
 microscopy methods).
 Results. A high homogeneity (high purity of boundaries and dispersion of primary grains, small inter-lamellar distance
 of perlite), enhanced properties of the rail metal ensured by conventional electroslag remelting (ESR), and similar
 characteristic of ingot steel produced by ESR in the current-supplying mold with twice as fast speed of formation have been
 experimentally proved. Experiments with high-speed ESR and test of fluoride slag in the mold on real continuous casting
 machine has created the technological framework for a hybrid process of continuous casting with electroslag heating of the
 meniscus in current-supplying mold (CC + ESR).
 Conclusions. ESR enables to reduce the minimum hump speed for casting, to improve the density and uniformity of the
 metal of the axial zone, and to maintain a high quality of the ingot surface. Promising options of technological schemes of
 waste rail ESR for obtaining the billets with cross-section close to the rail profile have been developed and proposed. Using
 several modern ESR furnaces with special design will enable to satisfy needs of Ukrainian Railways corporation in highquality
 mainstream and switch point rails. Вступление. Развитие железнодорожного транспорта является необходимым фактором национального развития
 и европейской интеграции Украины.
 Проблематика. На сегодня более 80 % рельсов в путях отечественной железной дороги не соответствуют требованиям скоростного движения и пропуска тяжеловесных поездов и требуют замены. Сейчас ОАО «Укрзализныця»
 покупает рельсы за рубежом, что требует существенных валютных затрат, а поэтому налаживание в стране производства высококачественных магистральных и остряковых рельсов становится насущной необходимостью.
 Цель. Разработка инновационных вариантов организации производства рельсов премиум класса в Украине.
 Материалы и методы. Рельсовая сталь. Экспериментальные плавки и металлографические исследования
 (оптическая и электронная микроскопия).
 Результаты. Экспериментально доказана высокая однородность (высокую чистоту границ и дисперсность
 первичных зерен, малое межламельное расстояние в перлите) и повышенный уровень свойств рельсового металла,
 изготовленного традиционным электрошлаковым переплавом (ЭШП), и аналогичные показатели металла из слитков, произведенных путем ЭШП в токоподводящем кристаллизаторе с вдвое более высокой скоростью формирования. Экспериментами со скоростным ЭШП и испытанием фторидного шлака в кристаллизаторе реальной машины
 непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) создана технологическая основа гибридного процесса непрерывного литья с
 электрошлаковым подогревом мениска токоподводящим кристаллизатором (НЛ + ЭШП).
 Выводы. ЭШП позволяет уменьшить минимальную пороговую скорость разливки на МНЛЗ, улучшить плотность и однородность металла осевой зоны и сохранить высокое качество поверхности заготовки. Разработаные и
 предложеные перспективные варианты технологических схем электрошлакового переплава отработанных рельсов
 с получением заготовок сечением, приближенным к профилю рельса, с использованием нескольких современных печей ЭШП специальной конструкции позволят обеспечить потребность ОАО «Укрзализныця» в магистральных и/или остряковых рельсах премиум качества. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні Innovative Solutions for Manufacturing High-Quality Rails in Ukraine Инновационные решения проблемы организации в Украине производства рельсов высокого качества Article published earlier |
| spellingShingle | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні Медовар, Л.Б. Стовпченко, Г.П. Полішко, Г.О. Сибір, А.В. Коломієць, Д.В. Костецький, Ю.В. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні |
| title_alt | Innovative Solutions for Manufacturing High-Quality Rails in Ukraine Инновационные решения проблемы организации в Украине производства рельсов высокого качества |
| title_full | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні |
| title_fullStr | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні |
| title_full_unstemmed | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні |
| title_short | Інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в Україні |
| title_sort | інноваційні рішення проблеми організації виробництва рейок найвищого гатунку в україні |
| topic | Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet | Наукові основи інноваційної діяльності |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/174111 |
| work_keys_str_mv | AT medovarlb ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT stovpčenkogp ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT políškogo ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT sibírav ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT kolomíêcʹdv ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT kostecʹkiiûv ínnovacíiníríšennâproblemiorganízacíívirobnictvareioknaiviŝogogatunkuvukraíní AT medovarlb innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT stovpčenkogp innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT políškogo innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT sibírav innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT kolomíêcʹdv innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT kostecʹkiiûv innovativesolutionsformanufacturinghighqualityrailsinukraine AT medovarlb innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva AT stovpčenkogp innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva AT políškogo innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva AT sibírav innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva AT kolomíêcʹdv innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva AT kostecʹkiiûv innovacionnyerešeniâproblemyorganizaciivukraineproizvodstvarelʹsovvysokogokačestva |