CC BY
12
УДК 669.715:621.74.06:658.589
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВОГО И МОДЕРНИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЗАО «АЛКОА МЕТАЛЛУРГ РУС» ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПЛОСКИХ СЛИТКОВ ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
А.П. Хромов (ЗАО «Алкоа Металлург Рус», ^^^^^^^^^^^^^^ 347045, г. Белая Калитва, Ростовская область, ул. Заводская, 1)
Показано современное состояние литейного производства на одном из крупных металлургических заводов России «Алкоа Металлург Рус» (бывший БКМЗ). Приведены данные по влиянию современных средств рафинирования расплава на чистоту плоских слитков конструкционных алюминиевых сплавов (7075, 2024, В95оч, 1163, АК4-1ч, АМг6).
Ключевые слова: слитки, алюминиевые сплавы, плавильно-литейный агрегат, рафинирование расплава, чистота слитков.
The Experience of the Use of New and Updated Equipment for Production of Flat-Shaped High Aluminium Alloy Ingots at Alcoa Metallurg Rus Close Stock Co. A.P. Khromov.
Current state of foundry at one of the Russian large metallurgical works «Alkoa Metallurg Rus» (the former BKMZ) is shown. Data on the effect of up-to-date melt refining means on purity of structural 7075, 2024, V95och, 1163, AK4-1ch and AMg6 aluminium alloy ingots are presented.
Key words: ingots, aluminium alloys, melting-and-casting unit, melt refining, ingot purity.
ЗАО «Алкоа Металлург Рус» (АМР) - предприятие на юге России, специализирующееся на производстве полуфабрикатов из алюминия и алюминиевых сплавов. Основу выпуска составляет плоский прокат (плиты, листы, рулоны) и продукция кузнечно-прессового производства (трубы, прутки, профили, поковки и штамповки).
Номенклатура плавильно-литейного производства включает в себя слитки плоские, цилиндрические сплошные и полые из более чем 60 сплавов по отечественной и зарубежной нормативной документации.
Значительная часть в общем объеме производства составляет продукция из высоколегированных сплавов. К данной группе условно отнесены сплавы с содержанием легирующих компонентов более 6 %. В основном, слитки из высоколегированных сплавов используются для продукции специального назначения в таких областях, как авиа- и судо-
строение, ракетная и военная техника. В связи с этим определены и высокие требования по качеству слитков:
- регламентированный в узких пределах химический состав;
- однородность макроструктуры;
- регламентированное содержание водорода;
- ограниченное содержание включений.
В плавильно-литейном производстве АМР
в период 2005-2008 гг. реализован ряд проектов по модернизации действующего и установке нового оборудования.
1. Ряд плавильно-литейных агрегатов оснащен стандартным для предприятий фирмы «Алкоа» комплексом оборудования:
- установка модифицирования металла лигатурным прутком;
- установка внепечного рафинирования;
- блок для фильтрации металла через пенокерамические фильтры;
- литеиная оснастка для групповой отливки плоских и/или цилиндрических слитков;
- система автоматизированного управления параметрами процесса литья.
2. Модернизировано оборудование для обеспечения установок внепечного рафинирования (УВР) аргоном и смесью аргон-хлор.
3. Приобретены и смонтированы две новые печи гомогенизации.
4. Смонтирован и проходит пуско-наладоч-ные работы плавильно-литейный агрегат (ПЛА) современной конструкции.
Центральная заводская лаборатория до-оснащена комплектами стандартных образцов для контроля химического состава; оборудованием для контроля содержания водорода по твердой пробе и непосредственно в процессе литья; оборудованием для оценки загрязненности сплавов.
В целях сокращения сроков внедрения новых технологий проводили обучение персонала, включающее ознакомление специалистов с эксплуатацией аналогичного оборудования на родственных предприятиях компании и двухнедельную стажировку операторов.
Для производства слитков из высоколегированных сплавов на АМР используются пла-вильно-литейные агрегаты четырех типов в следующем составе.
Серийная технология:
- индукционная печь - вакуумный миксер - электрофлюсовое рафинирование (рис. 1, а);
- газовая отражательная печь - вакуумный миксер - электрофлюсовое рафинирование (рис. 1, б).
Опытно-промышленная технология:
- газовая отражательная печь - электрический миксер - УВР-ПКФ (рис. 1, в);
- газовая отражательная печь - газовый миксер - УВР-ПКФ (рис. 1, г).
В условиях постоянного роста цен на энергоносители одним из первоочередных вопросов оптимизации затрат на производство слитков является использование энергосберегающих технологий. Если условно принять за 100 % энергопотребление электрического плавильно-литейного агрегата (индукционная печь - вакуумный миксер), то при использовании газового оборудования в комплексе с установкой внепечного рафинирования можно сократить энергозатраты практически в 3 раза (см. рис. 1).
Одним из приоритетных направлений технического развития АМР является расширение производства плит. При этом за последние 4 года доля продукции из высоколегированных сплавов постоянно увеличивалась с 46 до 65 %, росла доля слитков данных сплавов в плавильно-литейном производстве (рис. 2).
Рис. 1. Сравнение энергозатрат по типам ПЛА
Рис. 2. Изменение доли слитков высоколегированных сплавов в общем объеме производства
C марта 2007 г. проводятся работы по освоению производства плоских слитков из высоколегированных сплавов на модернизированном оборудовании.
По результатам серии плавок из сплавов 7075 и 2024 проведено исследование качества слитков, составлен пакет данных и направлен на рассмотрение специалистов фирмы «Боинг» и с января 2008 г. плавильно-литейное производство АМР является одобренным по-
ставщиком данных сплавов для фирмы «Боинг». Опытная партия плоских слитков из сплава 7050 изготовлена в июле 2008 г., пакет данных находится на рассмотрении.
Одной из основных характеристик, влияющей на прочность сварных соединений плоского проката из сплава АМг6, является присутствие водорода, содержание которого по требованию большинства потребителей ограничивается. Применение двухроторной установки внепечного рафинирования позволило достичь более эффективной дегазации металла по сравнению с вакуумированием. На рис. 3
0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
0,21
0,17
АМгб
Ц- Серийная технология В - Модернизированный агрегат
Рис. 3. Содержание водорода в слитках сплава АМгб, 2008 г.
представлены усредненные данные за 2008 г. по результатам 214 плавок сплава АМгб, отлитых из вакуумного миксера, и 58 плавок, отлитых из электрического миксера через установку А622. Необходимо отметить, что расход аргона на тонну отлитых слитков при использовании установки А622 на 30-50 % (в зависимости от размера слитков) ниже по сравнению с технологией вакуумирования.
В конце 2007 г. разработаны и согласованы в установленном порядке программы работ по оценке возможности использования модернизированного оборудования для отливки слитков сплавов В95пч/оч, 1163 и АК4-1ч для производства плит авиационного назначения. В ходе опытных работ для сплавов серии 7ххх проведена оценка загрязненности металла с использованием оборудования РоЬРа*. Несмотря на положительные результаты (рис. 4), ввиду малого количества
измерений (6 образцов) и того, что данный способ измерения имеет значительную погрешность, принято решение использовать альтернативные методики.
Рис. 4. Оценка загрязненности сплавов 7ххх методом PodFa
На следующем этапе работ для оценки загрязненности металла специалистами Технического центра «Алкоа» проведены замеры с использованием оборудования Limca** непосредственно в потоке металла при литье (по две плавки при использовании каждой из технологий). При сопоставимом количестве мелких включений (20 и 30 мкм) содержание более крупных частиц (50 и 100 мкм) значительно ниже при использовании технологии с применением установки внепечного рафинирования А622 и пенокерамического фильтра (рис. 5).
Рис. 5. Оценка загрязненности сплавов 7ххх методом Limca
* Контроль чистоты расплава после пропускания через пористый фильтр и определение количества включений в мм2/кг в затвердевшем остатке.
** Метод определения чистоты расплава в потоке путем измерения электросопротивления.
На основе положительных результатов исследования опытных партий слитков (макро- и микроструктура, содержание водорода) получено временное разрешение на использование модернизированного оборудования для производства плит авиационного назначения. В 2008 г. плоские слитки из сплавов В95пч/оч, 1163 и АК4-1ч отливали как по серийной (664 плавки), так и по опытной технологии (191 плавка). Содержание водорода и результаты ультразвукового контроля плит представлены на рис. 6 и 7.
Рис. 6. Средние значения содержания водорода в сплавах, 2008 г.
Применение специальной конструкции поддонов и изменение технологических параметров (скорость литья, расход воды) по заданной программе позволило исключить потенциально опасную операцию - подлив
Рис. 7. Отбраковка плит по УЗК во II полугодии 2008 г.
жидкого алюминия в донную часть слитка. Это позволило увеличить выход годного при литье на 2-3 % за счет сокращения величины отрезаемой донной части слитка.
Применение технологии удаления воды с поверхности слитка в процессе литья позволяет сократить риски для персонала и оборудования за счет самоотжига слитков.
Таким образом, использование нового и модернизированного оборудования позволяет:
- создать более безопасные условия труда;
- повысить качество выпускаемой продукции;
- увеличить производительность;
- снизить энергопотребление.
