Razvoj zelenega in učinkovitega postopka neprekinjenega litja za proizvodnjo jekla za proizvodnjo visoko nosilnih jeklenih kroglic je postal cilj industrije
I.Raziskovalno ozadje in problemi
Nacionalna strategija razvoja »dvojnega ogljika« spodbuja hiter razvoj čiste energije, vrhunske opreme in drugih področij. Na primer, proizvodnja vetrne energije se bo povečala s trenutno manj kot 10 odstotka na več kot 50 odstotkov leta 2060. Velike nosilne jeklene krogle so ključne osrednje komponente večjih projektov in opreme, kot je proizvodnja vetrne energije, in so pomembno jamstvo za uresničevanje nacionalnih strategij, kot sta "made in China" in "energetska varnost". Kot vsi vemo, je tehnična težava kotalnih elementov v ležajnih materialih večja od težavnosti obročev, težavnost jeklenih kroglic pa je večja kot težavnost valjev in igel. V primerjavi z drugimi ležajnimi jeklenimi kroglicami imajo visokoobremenjene jeklene kroglice naslednje tehnične težave: ① večja obremenitev: drobilna obremenitev je večja od 2500 kN, delovna obremenitev pa je večja od 1250 kn, zato so bolj občutljive na odpoved zaradi utrujenosti; ② Večja velikost: velikost jeklene krogle z veliko obremenitvijo do Φ 89 mm (ustrezna specifikacija palice je Φ 60 mm), težko je nadzorovati enotnost jeklene konstrukcije; ③ Slabše delovno okolje: ležaj vetrne elektrarne je brez vzdrževanja v celotnem življenjskem ciklu. Uporablja se pri nizkih temperaturah, koroziji in drugih težkih okoljih. Vsebnost P v jeklu mora biti manjša ali enaka 0,010 odstotka.
Na podlagi zgornjih značilnosti velika nosilna jeklena krogla zahteva, da je število vključkov v jeklu majhno in velikost majhna, karbidi so fini in enotni, vsebnost škodljivih elementov, kot je P, pa nizka. Trenutno lahko domača in tuja proizvodnja sprejmeta samo postopek litja v kalupe, vendar ima ta postopek težave z visoko porabo energije, nizko učinkovitostjo proizvodnje in visokimi proizvodnimi stroški. Zato je razvoj zelenega in učinkovitega postopka neprekinjenega litja za proizvodnjo jekla za jeklene krogle, ki nosijo težke obremenitve, postal cilj industrije. Če ga je mogoče uspešno premagati, lahko zapolni vrzel doma in v tujini, in le izkoristek kovine se bo povečal s približno 83 odstotkov litja v kalupe na več kot 96 odstotkov kontinuiranega litja.
Čeprav z nenehnim napredkom tehnologije v metalurški industriji vsebnost fosforja v ležajnem jeklu in čistost staljenega jekla nista več omejujoči členi za izboljšanje kakovosti ležajnega jekla, lahko nekatera specialna jeklarska podjetja uporabljajo tudi postopek kontinuiranega litja za proizvajajo majhne specifikacije（ Φ Vendar pa obstaja malo raziskovalnih poročil o tem, kako hitro nadzorovati vsebnost P v staljenem jeklu do {{0}}.010 odstotkov in skupni kisik v jeklu do 5 ppm pod visoko učinkovitim pretvornikom (kisik intenzivnost ponudbe doseže 5,0Nm3/ min /t) in način hitrega rafiniranja ter kako s postopkom neprekinjenega litja stabilno proizvajati velike in dolgotrajne ležajne jeklene krogle. Zato si Jiangsu Zhongtian iron and Steel Group Special Steel Co., Ltd. prizadeva za proizvodnjo visoko nosilnega jeklenega krogličnega jekla z zelenim in učinkovitim postopkom kontinuiranega litja za proizvodnjo jekla. Projekt mora rešiti znanstvene in tehnične probleme ter običajne industrijske probleme, kot so visokoučinkovit nadzor pretvornika z nizko vsebnostjo fosforja, visokohitrostno rafiniranje staljenega jekla, nadzor čistosti, nizko središčno segregacijo in nadzor visoke enotnosti organizacije.
Ⅱ.Ideje in tehnične rešitve za reševanje problemov
Velike nosilne jeklene krogle so se dolgo časa uporabljale pri visokih izmeničnih obremenitvah, kot so udarci, stiskanje in strig. Medtem so bili nekateri od njih uporabljeni v hladnih območjih, kot so jeklene kroglice z ležaji vetrnih turbin, ki imajo značilnosti "velike obremenitve, velikih specifikacij in dolge življenjske dobe". Da bi izpolnili stroge zahteve glede kakovosti velikih nosilnih jeklenih kroglic, morajo biti indikatorji kakovosti jekla: ① visoka čistost, majhni vključki (DS manj kot ali enako {{0}}).5) , majhna količina in nizka vsebnost kisika (T) O Manj kot ali enako 5 ppm, nizka vsebnost kalcija [Ca] Manj kot ali enako 2 ppm, kvalificirano visokofrekvenčno ultrazvočno odkrivanje napak s potopitvijo v vodo (10MHz plus 21db ojačanje) ; ② Mikrostruktura in lastnosti so enotne, indeks segregacije ogljika valjane gredice je manjši ali enak 1,05, neto oblika je manjša ali enaka 2,5, oblika pasu pa manjša ali enaka 2,0; ③P Manjše ali enako 0,010 odstotka.
Zato se projekt osredotoča na tri ključne tehnologije "zelene učinkovitosti, super čistoče in visoke organizacijske enotnosti". Glavne raziskovalne ideje in vsebine so naslednje:
1. Študija o tehnologiji nadzora nizke vsebnosti fosforja visokoučinkovitega pretvornika
Tradicionalno pretvorniško taljenje jekla z nizko vsebnostjo fosforja (vsebnost fosforja manjša ali enaka 0,01 odstotka) na splošno uporablja metodo dvojne žlindre ali dvojno kombinirano metodo, intenzivnost dovajanja kisika pa je manjša ali enaka 3,5 nm3 / (min ·t). Proizvodna učinkovitost tega načina taljenja je nizka, cikel taljenja pa se bo podaljšal za več kot 5 minut. Sprejetje metode z eno žlindro in povečanje intenzivnosti dovoda kisika v pretvornik je najučinkovitejši način za skrajšanje talilnega cikla pretvornika. Vendar pa bo to povzročilo vrsto težav, kot je pospešitev stopnje razogljičenja, enostavno sušenje v peči, poslabšanje učinka defosforizacije in povečanje verjetnosti brizganja. Na podlagi težav, ki obstajajo pri visoko intenzivnem taljenju pretvornika, je bil razvit visoko učinkovit in ultra nizko vsebnost fosforja postopek taljenja pretvornika s preučevanjem zakona defosforizacije procesa taljenja pretvornika in združevanjem večfazne tehnologije defosforizacije žlindre.
Glede na mehanizem defosforizacije konverterja se proučuje zakon porazdelitve fosforja v konverterski žlindri. Slika 1 prikazuje mineralno fazno sestavo konverterske žlindre. Vidimo, da P v glavnem obstaja vC2S-C3Pfaza. Zato povečanje deležaC2S-C3Pfaza lahko izboljša učinek defosforizacije konverterske žlindre.
Slika 1 mineralna fazna sestava žlindre iz rotacijske peči
S pomočjo termodinamične programske opremeFdejanjeSstarosti in v kombinaciji s podatki o industrijski proizvodnji se sklepa, da lahko zmanjšanje vsebnosti FeO v žlindri povečaC2S-C3Pfazno razmerje v žlindri. Na primer, če vzamemo 50 odstotkov CaO plus 20 odstotkov SiO2 plus 10 odstotkov MgO plusXFeOplus 5 odstotkov P2O5 kot primer, je ugotovljeno, da jeC2S-C3Pfazno razmerje postopoma narašča z zmanjšanjem vsebnosti FeO v žlindri, kot je prikazano na sliki 2.
Slika 2 Vpliv FeO naC2S-C3Pfazno razmerje
Slika 3 prikazujeC2S-C3Prezultati fazne kontrole konverterske žlindre. Vidimo lahko, da je vsebnost FeO v konverterski žlindri mogoče zmanjšati s 16-20 odstotkov pred optimizacijo na 10-12 odstotkov s pritiskom na pištolo 1-2 min pred koncem vpihovanja. Ob pogoju ustreznega zmanjševanja bazičnosti konverterske žlindre večji deležC2S-C3Pfazo je še mogoče dobiti.
Slika 3C2S-C3Pfazno razmerje v konverterski žlindri pred in po optimizaciji
Slika 4 prikazuje vpliv intenzivnosti dovajanja kisika na čas dovajanja kisika. Vidimo lahko, da ko se intenzivnost dovoda kisika poveča s 3,5Nm3/min/t do 5.0Nm3/t/min se lahko povprečni čas dovajanja kisika skrajša za 3,1 min.
Slika 4 Vpliv intenzivnosti dovajanja kisika na čas dovajanja kisika
Slika 5 Vpliv intenzivnosti dovajanja kisika na defosforizacijo
Slika 5 prikazuje vpliv intenzivnosti dovajanja kisika na defosforizacijo. Vidi se, da s povečanjem deležaC2S-C3Pfazi v konverterski žlindri, tudi če intenzivnost dovajanja kisika povečamo s 3,5Nm3/min/t do 5.0Nm3/t/min je zmogljivost defosforizacije konverterske žlindre še izboljšana v primerjavi s prvotnim postopkom, končno pa je uresničeno visoko učinkovito in poceni taljenje jekla z nizko vsebnostjo fosforja.
2. Študija o hitri ultra čisti zunanji tehnologiji rafiniranja
Tradicionalno se verjame, da je z dolgotrajnim rafiniranjem lažje izboljšati čistost staljenega jekla, zato je čas rafiniranja ležajnega jekla običajno nadzorovan na 80 ~ 120 minut. Ugotovljeno je bilo, da ko čas rafiniranja preseže 30 minut, učinek odstranitve vključkov ni pomemben s podaljšanjem časa rafiniranja. Hkrati bo dolgotrajna reakcija jekla z žlindro povzročila preoblikovanje vključkov iz začetnih trdnih vključkov aluminijevega oksida ali magnezijevega aluminijevega spinela v kalcijev aluminat z nizkim tališčem, kar bo povzročilo neuspeh pri učinkoviti odstranitvi vključkov v nadaljnjem procesu RH. in na koncu vpliva na čistost staljenega jekla.
Ta raziskava ruši tradicionalno razmišljanje. Po eni strani razvija hiter in visoko učinkovit proces rafiniranja za zatiranje reakcije žlindre jekla v procesu rafiniranja z nadzorom časa rafiniranja v 40 minutah. Hkrati proučuje vpliv zlitine na sestavo vključkov in poišče način za odpravo vpliva zlitine na vključke. Končno uresničuje nadzor nad vključki trdnega aluminijevega oksida in magnezijevega aluminijevega spinela. S pomočjo močne vakuumske obdelave RH se izvede visoko učinkovito odstranjevanje trdnih vključkov aluminijevega oksida in magnezijevega aluminijevega spinela. Ker je učinkovitost odstranjevanja trdnih vključkov aluminijevega oksida in magnezijevega aluminijevega spinela izjemno visoka v postopku RH, tudi če je visok vakuum RH (< 67pa) treatment time is shortened from the initial 25-30min to 15min, the average total oxygen of steel can be reduced from the initial 6ppm to 5ppm.
Slika 6 prikazuje učinek implementacije optimiziranega procesa. Vidimo lahko, da se z optimizacijo čas rafiniranja skrajša iz 80-120min na 30-40min v prvotnem postopku, moč mešanja staljenega jekla pa se nadzoruje v procesu rafiniranja. Po rafiniranju se kontrolirajo trdni vključki magnezijevega aluminijevega spinela.
(a) Inkluzijska sestava na koncu LF; (b) Skupni kisik ležajnega jekla (2021)
Slika 6 rezultati nadzora po optimizaciji procesa
3 Študija o novi metalurški tehnologiji vlivnega rezervoarja
Z nadzorovanjem vključkov ležajnega jekla v trdni aluminijev oksid in magnezijev aluminijev oksid bo v procesu kontinuirnega litja prišlo do nodulacije, kar bo vplivalo na nemoteno proizvodnjo (število peči za kontinuirno in stabilno litje je običajno manjše ali enako 6). Istočasno se bo del nodulacij naključno odluščil v jeklo in tvoril makro vključke velikega obsega, kar bo resno poslabšalo čistočo jekla. Glede na to težavo je bila razvita nova vrsta metalurške tehnologije razlivnih posod, to je, da je v razlivni posodi nameščeno vodoravno elektromagnetno mešanje (ime: homogenizator razlivnih posod). Njegov namen je poganjati visoko učinkovit pretok staljenega jekla v medilnem ponvi, spodbujati plavanje vključkov, dodatno izboljšati čistost staljenega jekla, doseči cilj zmanjšanja nodulacije šob in rešiti tehnične težave slabe livnosti ležajnega jekla in nizka stopnja usposobljenosti za makro vključenost. Hkrati je pod delovanjem elektromagnetne sile temperatura med vsakim tokom enakomerna, temperaturna razlika med obema stranema ulivnega korita pa se lahko zmanjša s 3 do 5 stopinj prvotnega postopka na 1 do 2 stopinji.
Slika 7 prikazuje rezultate pregleda števila vključkov v livarski plošči. Vidimo lahko, da se število vključkov v livarski plošči dodatno zmanjša po uporabi elektromagnetnega mešanja v vlivni posodi, kar kaže, da se lahko čistost staljenega jekla še izboljša, ko se na vlivni posodi uporabi elektromagnetno mešanje. Slika 8 prikazuje vpliv elektromagnetnega mešanja na hitrost dviga zamaška v medilnem ponvi. Ker se čistost staljenega jekla v medilnem ponvi še izboljša, se po uporabi elektromagnetnega mešanja hitrost dviga zamaškov znatno zmanjša. Po elektromagnetnem mešanju se lahko število peči za kontinuirano litje staljenega jekla poveča s 6 na 8. Slika 9 prikazuje temperaturno razliko staljenega jekla na obeh straneh razlivalnega korita. Vidimo lahko, da se lahko po elektromagnetnem mešanju na razlivni posodi temperaturna razlika staljenega jekla na obeh koncih razlivne posode zmanjša s 3 ~ 5 stopinj v prvotnem postopku na 1 ~ 2 stopinji.
Slika 7 Vpliv elektromagnetnega mešanja v medilnem ponvi na število vključkov v gredicah
Slika 8 Vpliv elektromagnetnega mešanja v medilnem ponvi na hitrost dviga zamaška
Slika 9 Vpliv elektromagnetnega mešanja v ulivalniku na enakomernost temperature staljenega jekla
4. Raziskave natančnega dinamičnega procesa neprekinjenega litja pod visokim pritiskom in visokotemperaturno difuzijsko tehnologijo
Tradicionalna velika nosilna jeklena krogla se proizvaja s postopkom tlačnega litja. Glavni razlog je, da nadzor neenakomernosti karbidne trdine ležajne jeklene kroglice, proizvedene s postopkom neprekinjenega litja, ne more izpolniti zahtev. S popularizacijo tehnologije mehkega zmanjševanja, čeprav se je nadzorna sposobnost segregacije ogljika izboljšala, se še vedno sooča s problemom, da je nemogoče natančno najti končno točko strjevanja in uporabiti razumno zmanjšanje. V tem projektu je vzpostavljena dinamična simulacija strjevanja cvetenja? V kombinaciji s preizkusom polnjenja s svincem in analizo redukcijske razpoke obvladamo položaj konca strjevanja in zakon spremembe hitrosti trdne snovi, rešimo ključni problem procesne teorije »kje pritisniti in kako pritisniti«, razvijemo večfaktorska povezovalna procesna tehnologija "pregretja, sekundarne hladilne trdnosti, hitrosti in dinamičnega visokega tlaka" in premagati problem nadzora centralne segregacije v procesu kontinuiranega litja. Ko skupno zmanjšanje doseže 20-25 mm, je indeks segregacije ogljika gredice nadzorovan pri 1.06-1.10. S proučevanjem vpliva zadrževalne temperature in časa na učinek visokotemperaturne difuzije je razvit fleksibilen proces z visoko učinkovitostjo in varčevanjem z energijo ter visokotemperaturno difuzijo. Ko je temperatura namakanja plošče za kontinuirno litje pod visokim pritiskom 1240 stopinj C in čas namakanja 8 ur, osrednji indeks segregacije ogljika doseže 1,05 in oblika traku manjša ali enaka 2,0.
Slika 10 prikazuje rezultate kontrole segregacije ogljika lite plošče po uporabi visokega tlaka. Vidimo lahko, da lahko povprečna vrednost indeksa segregacije ogljika lite plošče doseže 1,06 ~ 1,10.
Slika 10 rezultati kontrole segregacije ogljika ležajne jeklene gredice
Slika 11 prikazuje morfologijo strukture karbidnega traku pred in po optimizaciji krogličnega jekla z visoko obremenitvijo z neprekinjenim litjem pod visokim tlakom in postopkom difuzije pri visoki temperaturi (zadrževanje pri 124{{10}} stopinjah 8 ur) . Med njimi se s postopkom visokotemperaturnega difuzijskega žarjenja segregacija ogljika v ulitih gredicah dodatno zmanjša z 1,06 ~ 1,10 na 1,05, struktura karbidnega traku valjanega materiala pa se zmanjša s 3,0 na manj kot ali enako 2,0.
Slika 11 Φ Oblika karbidnega traku pred in po 60 mm izboljšavi:
(a) 100 pred izboljšavo ×; (b) 500 pred izboljšavo ×; (c) 100 odstotkov po izboljšanju ×; (d) 500 po izboljšanju ×
5. Raziskave tehnologije on-line nadzora strukture jeklene palice z velikimi ležaji
Nadzor ogljika v veliki mreži iz neprekinjenega litja, ki nosi jekleno palico, je pogosta tehnična težava v industriji. Glede na ključne težave s teorijo procesov, ki jih povzročajo dejavniki, kot so "črna skrinjica" temperature sredice, velika temperaturna razlika površine sredice, nezadostna zmogljivost nadzora valjanja in zmogljivost nadzora hlajenja, dinamični CCT, dinamična fazna transformacija in temperaturno polje kontroliranega valjanja in proces hlajenja se preučuje s preskusom toplotne simulacije Gleeble, razvito nosilno jekleno palico velike velikosti z nadzorom temperature jedra in spletno tehnologijo nadzora strukture nadzorovanega valjanja v dvofazni coni Fe3C, visokotemperaturno rekristalizacijsko cono in sekcijsko ultra hitro nadzorovano hlajenje po valjanje in stabilen nadzor mrežnega karbida Nižji ali enak razredu 2,5.
Slika 12 mikrostruktura 100crmnsi6-4 po dveh prehodih vročega stiskanja
(a) 850 plus 840 stopinj; (b) 850 plus 800 stopinj; (c) 850 plus 760 stopinj; (d) 850 plus 720 stopinj - 20 stopinj/s, hlajenje na 600 stopinj
Ⅲ.Glavni inovativni dosežki
Projekt je začel postopek neprekinjenega litja za zamenjavo litja v kalupe in uvoz, osredotočen na raziskave procesa in inovacije zmanjšanja zelenih emisij, visoko kakovost in visoko učinkovitost, varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe, uspešno rešil ključno tehnologijo nadzora jekla za velike obremenitve ležajne jeklene kroglice in realizirana industrijska uporaba. Glavne tehnične novosti projekta:
1. To je prvi sklop ključnih tehnologij za proizvodnjo palic za jeklene krogle, ki nosijo težke obremenitve, s kontinuirnim litjem namesto tlačnega litja. Stopnja končnega izdelka se je povečala za približno 13 odstotkov, emisije ogljika v življenjskem ciklu izdelka pa so se zmanjšale za 105,3 kg/t, kar je zmanjšanje za 4,3 odstotka (podatki Kitajskega inštituta za metalurško načrtovanje in raziskave) in obsežna industrijska uporaba je bilo realizirano;
2. Razvita je bila tehnologija hitrega in čistega postopka taljenja, ki združuje "visoko učinkovito defosforizacijo pretvornika in nadzor velikega kota močenja vključkov LF ter močno kroženje RH". Učinkovitost se je povečala za približno 30 odstotke, ležajno jeklo pa DS Manj ali enako 0,5, nizko vsebnost kisika na Manj kot ali enako 5 ppm, nizko vsebnost kalcija [Ca] Manj kot ali enako 2 ppm in visoko - stopnja kvalifikacije frekvenčnega odkrivanja napak s potopitvijo v vodo je bila večja ali enaka 99 odstotkom (10 MHz plus 21 db ojačanje);
3. Razvita je bila večfaktorska povezovalna procesna tehnologija "tehnologije homogenizacije vliva in neprekinjenega litja gredice, natančnega dinamičnega velikega zmanjšanja tlaka in visokotemperaturnega difuzijskega postopka" in rešen je bil tehnični problem centralne segregacije v procesu neprekinjenega litja. Indeks ločevanja ogljika valjane gredice je bil manjši ali enak 1.05 in karbidni pas je bil manjši ali enak 2,0;
4. Razvita nosilna jeklena palica velike velikosti z nadzorom temperature jedra plus Tehnologija on-line nadzora strukture nadzorovanega valjanja v dvofazni coni Fe3C in rekristalizacijskem območju ter sekcijsko ultra hitro nadzorovano hlajenje po valjanju in stabilen nadzor mrežnega karbida Manj kot ali enako do 2,5 razreda.
Ⅳ.Uporaba in učinek
Projekt združuje različne inovativne tehnologije. Je prvi, ki je sprejel potek postopka neprekinjenega litja in valjanja "staljeno železo iz plavža → pretvornik → rafiniranje → vakuumsko razplinjevanje → neprekinjeno litje bloom → ogrevanje in razcvet → nadzorovano valjanje in hlajenje". Uspešno je premagal ključno tehnologijo nadzora jekla za velike nosilne jeklene krogle in izvedel zamenjavo litja v kalupe in uvoz.
Komisija za ocenjevanje dosežkov projekta meni, da je dosežek na splošno dosegel mednarodno vodilno raven. Izdelki projekta se pogosto uporabljajo v velikih nosilnih jeklenih kroglah vetrne energije, ščitnih strojih, velikih bagrih in drugi glavni inženirski opremi, ki zagotavlja visokokakovostne surovine za mednarodne in domače dobro znane kupce ležajnih jeklenih kroglic. V zadnjih treh letih je bilo prodanih skupno 102000 ton, akumulirani čisti dobiček pa je dosegel 153 milijonov juanov. Pozitivno prispevajte k tehnološkemu napredku kitajske verige visokokakovostne industrije proizvodnje ležajev.
Več oWBMJeklena krogla:
Nosilne jeklene krogle so pomembne osnovne komponente v industriji. Ležajne jeklene kroglice imajo dolgo zgodovino uporabe v industriji natančnih ležajev in življenju ter se pogosteje uporabljajo. Lahko rečemo, da jeklene krogle obstajajo na večini krajev, kjer se vrtijo, splošno znane kot jeklene krogle in krogle. Jeklene kroglice se pogosto uporabljajo v ležajih, strojni opremi, elektroniki, železarski umetnosti, mehanski opremi, električni energiji, rudarstvu, metalurgiji in drugih področjih.
WBM ima zdaj možnost dobave celotnega kompleta orodja za linijo za brušenje koničnih valjev Modler.Njihovoorodjesse dobro prilegajo v brezcentrični brusilnik Modler in čelni brusilnik Modler. In pomagajte strankam pri izdelavi visoko natančnih valjev z nizkimi stroški.
WBM je pridobil certifikate ISO9001:2000 in ISO/IATF16949. Izjemen ugled WBM je zgrajen na naših temeljnih načelih upravljanja: tehničnih inovacijah, visoki izhodni kakovosti in učinkovitosti, delavnosti, doseganju in preseganju pričakovanj strank. WBMrezervnisbrez truda pri ustvarjanju največje vrednosti za stranke.