CC BY
24
МЕТАЛЛУРГИЯ
МРНТИ 53.31.19
https://doi.org/10.48081/PWKF7337
*Ж. Г. Суханова, К. К. Шабенов
ПФ ТОО «KSP Steel», Республика Казахстан, г. Павлодар
производство отливок из ЧУГУНА тШХН-50
В работе рассмотрена технология производства трубопрокатных валков из чугуна с шаровидным графитом марки ТШХН-50 в комбинированные литейные формы.
Химический состав чугуна ТШХН-50 для валков согласно СТО-005-2019 составляет, %: 2,7-3,9 С; 1,2-2,6 Si; 0,4-1,0 Mn; 0,2-1,0 Cr; 0,8-1,6 Ni; < 0,30 P; < 0,02 S.
Для внепечной сфероидизирующей обработки исходного чугуна для сплава ТШХН используется магнийсодержащий комплексный модификатор Ферромаг 611 фракцией 3,0—10,0 мм.
Для сфероидизирующей обработки исходного жидкого чугуна магнийсодержащим модификатором используются разливочные ковши емкостью 5 тонн с реакционной камерой.
Теплоизоляция прибылей осуществляется смесью асбестовой крошки с коксиком (1:1).
Анализ технико-экономических показателей производства трубопрокатных валков из ТШХН-50 в условиях ПФ ТОО «KSP Steel» за 2018 — 2020 годы показывает повышенную себестоимость производства валков по сравнению с конкурентами из Китая и России.
Наблюдается повышенный расход магнийсодержащего модификатора (до 10—20 %), повышенный расход металла на литниково-питающую систему (до 15-30 %).
Резервами снижения затрат на производство валков являются снижение расхода метала на литники за счет дополнительных мероприятий по снижению теплопотерь в прибылях и магнийсодержащего модификатора за счет применения более рациональных методов ввода модификатора в чугун.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, трубопрокатные валки, литье, магний, сфероидизирующая обработка.
Введение
В условиях литейного цеха ПФ ТОО «KSP Steel» производят трубопрокатные валки из чугуна с шаровидным графитом марки ТШХН-50 по СТО-005-2019 (рисунок 1).
topwffl А?
Рисунок 1 - Общий вид отливки «Трубопрокатный валок» из чугуна ТШХН-50 [1]
Производство трубопрокатного валка производится согласно [1]. Химический состав чугуна ТШХН-50 для валков согласно СТО-005-2019 составляет, %: 2,7-3,9 С; 1,2-2,6 Si; 0,4-1,0 Мп; 0,2-1,0 Сг; 0,8-1,6 №; < 0,30 Р; < 0,02 S.
Допускаются отклонения массовой доли С, Мп, S, Р, Сг, №, Мо, V, Си не более +5% от пределов при условии соответствия твердости.
В валках из легированного чугуна допускается наличие химических элементов, не предусмотренных в составе, вносимых шихтой и не влияющих на качество.
Твердость заготовки бочки валка (литейный передел) должна соответствовать HSD50-70, что соответствует твердости 354-488 НВ.
Твердость обработанного валка на рабочей поверхности должна соответствовать HSD52-65, что соответствует твердости 363-461 НВ.
В ряде случаев производят легирование чугуна Cr, Ni, Mo, V, Ti, Al и другими элементами в количестве более 0,5-1 % или повышают концентрацию Мп и Si.
Материалы и методы
Производство валков для горячей прокатки металлов из чугуна ТШХН - 50 в условиях литейного цеха ПФ ТОО «KSP Steel» регламентируется [1].
В качестве исходных шихтовых материалов при выплавке чугуна для валков ТШХН-50 используются:
1) «болото» (остаток в печи жидкого чугуна от предыдущей плавки, применяется для ускорения процесса расплавления твердой шихты за счет ее растворения в расплаве). Примерный химический состав «болота», %: 3,0-3,5 С; 0,5-0,7 Si; 0,5-0,7 Mn; < 0,7 Cr; 1,2-2,0 Ni;
2) шихтовая нелегированная заготовка (полученная из чугунного и стального лома методом высокотемпературного переплава в дуговой печи с основной футеровкой). Примерный химический состав шихтовой нелегированной заготовки, %: 3,3-3,6 С; < 0,7 Si; < 0,5 Mn; < 0,05 S; < 0,20 P; < 0,10 Cr;
3) шихтовая легированная заготовка - промежуточный продукт, полученный из возврата собственного производства валков путем «низкотемпературного» переплава в дуговой электропечи с основной футеровкой с окислением кремния до остаточного содержания 0,5-0,7 %. Примерный химический состав шихтовой легированной заготовки, %: 2,8-3,3 С; < 0,7 Si; < 0,5 Mn; < 0,7 Cr; < 1,2 Ni; < 0,30 P; < 0,02 S;
4) возврат собственного производства валков ТШХН-50 (литники, прибыли, брак, сливы неиспользованных остатков чугуна, стружка, образующаяся при механической обработке литых заготовок валков ТШХН);
5) лом валков ТШХН-50, отработавших свой ресурс в условиях эксплуатации;
6) ферросплавы: феррохром ФХ800 ГОСТ 4757-91, ферросилиций ФС45 -ФС75 ГОСТ 1415-93, ферромарганец ФМн70-ФМн78 ГОСТ 4759-96;
7) никель Н-1, Н-2, Н-3 ГОСТ 849-97.
В качестве карбюризатора для науглероживания исходного чугуна применяется коксик фракции 0-10 мм или электродная стружка.
Для рафинирования валкового чугуна производится его раскисление: железистый самородный шлак из печи удаляется и наводится раскислительный шлак из смеси дробленного ферросилиция ФС75 фракции 0-10 мм и дробленного коксика фракции 0-10 мм в соотношении 1:1 в количестве ~ 0,2 % от веса металлозавалки.
Для внепечной сфероидизирующей обработки исходного чугуна для сплава ТШХН используются магнийсодержащие мелкодисперсные смеси фракции 3,0-10,0 мм (комплексный модификатор Ферромаг 611).
В качестве теплоизолирующей присыпки для предотвращения теплопотерь жидким металлом в ковше и теплоизоляции прибылей отлитых заготовок валков применяется: смесь 1:1 асбестовая крошка с коксиком или молотый просушенный коксик.
Подготовка шихтовых материалов осуществляется в следующем порядке [1]. Перед завалкой шихты на подину электропечи ДСП-5МТ мерной специальной тарой загружается известняк в количестве 5-6 % от веса металлозавалки и расчетное количество карбюризатора (2-3 %).
Металлошихта в количестве 4-6 тонн загружается в дуговую сталеплавильную печь ДСП-5МТ с основной футеровкой, расплавляется под самородным шлаком, перегревается до температуры 1550-1560 °С и выдерживается при этой температуре 15-20 мин. В процессе выдержки расплав самоочищается от включений SiО2.
В процессе плавки химический состав расплава не корректируется.
После двадцатиминутной выдержки при температуре 1550-1560 0С отбирается проба чугуна для анализа его химического состава, в процессе которого определяется содержание углерода, кремния, марганца, фосфора, серы.
Выдержанный расплав сливается в разливочный ковш и переливается в миксер. Остатки чугуна для шихтовой заготовки сливаются в специально подготовленные изложницы и маркируются.
Данные маркированные шихтовые заготовки передаются на шихтовый двор в специальные закрома для последующего использования в производстве валков.
Процесс выплавки чугуна ТШХН-50 для литья валков исполнения ТШХН может осуществляться по двум вариантам [1]:
1) базовый вариант - с дефицитом углерода в «Шихтовой заготовке», с использованием коксика или электродной стружки в качестве карбюризатора для науглероживания расплава до заданного уровня, с термо-временной обработкой (ТВО) расплава при 1520-1530 °С до полного растворения в нем карбюризатора и охлаждением расплава присадкой стального лома в количестве 5 % от веса металлозавалки.
2) альтернативный вариант - без использования карбюризатора при достаточном внесении углерода в расплав компонентами «Шихтовой заготовки», без ТВО и добавки стали, с ограничением перегрева расплава в печи пределом температур 1380-1400 °С.
Сфероидизирующая обработка чугуна для сплава ТШХН осуществляется по регламенту [1]. Для сфероидизирующей обработки исходного жидкого чугуна магнийсодержащим модификатором используются крановые разливочные ковши емкостью 5 тонн. На дне ковша параллельно траверсе выкладывается перегородка высотой 200-260 мм из шамотного кирпича ШБ-5 на плашку к стенке кожуха, разделяющая донную часть ковша на два равновеликих «кармана». «Карман» со стороны сливного носка, называемый реакционной камерой, предназначается для загрузки модификатора. Высота перегородки между «карманами» должна быть достаточной для размещения в реакционной камере всей порции модификатора и чугунной стружки, прикрывающей модификатор.
После выкладки перегородки ковш должен быть хорошо просушен, а непосредственно перед приемом чугуна для модифицирования разогрет до температуры 500-600 °С, т.е. до начала свечения футеровки (контроль степени разогрева футеровки ковша осуществляется визуально).
В отдельную коробку засыпают модификатор (25-30 кг/т жидкого чугуна) и молотый 75 % ферросилиций (2-3 кг/т жидкого чугуна) и тщательно перемешивают. За 15-20 минут до слива чугуна из печи данная смесь загружается в реакционную камеру подогретого ковша. Сверху присыпают ровным слоем чугунной валковой стружки. Загрузка модификатора и стружки производится таким образом, чтобы материал не пересыпался через перегородку в «холостой» карман.
Сливают в ковш весь подлежащий сфероизидирующей обработке исходный чугун, не допуская попадания струи в реакционную камеру.
Подают ковш на стенд для скачивания шлака и дожидаются окончания реакции модифицирования, т.е. окончания бурления металла в ковше. Замер температуры чугуна производится термопарой погружения ПТПР-91-900. При температуре чугуна 1330-1350 0С ковш подают на заливку валка.
Разливка модифицированного магнием чугуна должна быть завершена не позднее 18-20 минут от начала реакции модифицирования.
Окончательная проба для маркировочного анализа химического состава валка («пятачок» и «скрапина») берутся при сливе в изложницу избыточного количества чугуна хорошо прогретой отшлакованной ложкой.
Заливка валков осуществляется в литейную форму (рисунок 2).
1 - кокиль; 2 - плита разводящая; 3 - поддон; 4 - поддончик; 5 - кожух центровой нижний Рисунок 2 - Общий вид литейной формы для литья валков [1]
К разливке чугуна подготавливается ковш емкостью 5 тонн [1]: - тщательно очищается емкость и носок ковша от настылей, при необходимости «промывается» горячим чугуном;
- носок ковша заправляется огнеупорной массой;
- футеровка ковша просушивается и прокаливается под зонтом до вишневого цвета (600-800 °С).
Приготовление теплоизоляционной смеси для присыпки прибылей отливаемых валков производят из расчета ее расхода: на одну литейную форму 3-4 кг.
В качестве теплоизоляционной смеси применяется: смесь 1:1 асбестовая крошка с коксиком, сухой молотый коксик или рисовая лузга.
Проверка готовности форм к заливке:
- температура кокилей в собранных под заливку формах должна равняться температуре окружающей среды;
- против каждой формы на видном месте должна лежать маркировочная пластина с индивидуальным номером заливаемого валка.
По готовности металла в печи к выпуску, подают ковш под желоб печи.
По окончанию выпуска чугуна из печи, в присутствии контролера ОТК замеряют температуру металла в ковше термопарой погружения ПТПР-91-900, удаляют с зеркала металла шлак, выдерживают чугун до заданной температуры разливки 1330-1320 °С, при необходимости повторно удаляют из ковша новые шлаковые образования и подают ковш на заливку.
Для валков из сплава ТШХН окончательная проба на полный химический анализ берется из основного разливочного ковша хорошо прогретой и отшлакованной ложкой при сливе в изложницу избыточного количества чугуна.
Первые 5-7 секунд металл в форму подается с малой интенсивностью, ровной без прерывания струей. Затем плавно (во избежание образования «корольков») увеличивают скорость подачи металла до максимальной внимательно следя за поплавком-сигнализатором, находящимся в форме и затем сбавляют темп заливки металла в два раза (быстрое заполнение всей полости формы валка приводит к браку по усадочным раковинам). Заливку металла в форму производят с переливом.
В течение последующих 60-90 секунд производят 3-4х-кратную подкачку металла через воронку с переливом.
По окончании заливки быстро подрывают скрапину и сбрасывают ее с формы, вставляют в прибыль отлитого валка маркировочную пластину с выбитым на ней индивидуальным номером валка, засыпают прибыль слоем теплоизолирующей смеси.
По окончании разливки всей плавки оставшийся в ковше избыток чугуна сливают в изложницу для сливов.
Результаты и обсуждение
Анализ технико-экономических показателей производства трубопрокатных валков из ТШХН-50 в условиях ПФ ТОО «KSP Steel» за 2018-2020 годы показывает повышенную себестоимость производства валков по сравнению с конкурентами из Китая и России.
Наблюдается повышенный расход магнийсодержащего модификатора (до 10-20 %), повышенный расход металла на литниково-питающую систему (до 15-30 %).
Расход металла на литники и прибыли составляет около 45 % от жидкого металла, расход магнийсодержащего модификатора (Ферромаг 611) более 50 кг/т годного.
Средний баланс металла представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Баланс металла
№ Составляющие баланса в % от металлозавалки в % от жидкого
1 Металлозавалка 100,0 108,69
2 Угар и безвозвратные потери 7,99 8,69
3 Жидкий металл 92,01 100,0
а) Скрап 1,84 2,0
б) Литники и прибыль 41,26 44,84
в) Брак к металлозавалке 1,33 1,45
4 Выход годного 47,58 51,71
Литературный обзор показал [2-11], что резервами снижения затрат на производство валков являются:
- снижение расхода метала на литники за счет дополнительных мероприятий по снижению теплопотерь в прибылях;
- снижение расхода магнийсодержащего модификатора за счет применения более рациональных методов ввода модификатора в чугун.
Выводы
1) Анализ технико-экономических показателей производства трубопрокатных валков из ТШХН-50 в условиях ПФ ТОО «KSP Steel» за 2018-2020 годы показывает повышенную себестоимость производства валков по сравнению с конкурентами из Китая и России.
2) Наблюдается повышенный расход магнийсодержащего модификатора (до 10-20 %), повышенный расход металла на литниково-питающую систему (до 15-30 %).
3) Резервами снижения затрат на производство валков являются:
- снижение расхода метала на литники за счет дополнительных мероприятий по снижению теплопотерь в прибылях;
- снижение расхода магнийсодержащего модификатора за счет применения более рациональных методов ввода модификатора в чугун.
Список использованных источников
1 ТИ «Производство трубопрокатных валков из ТШХН-50 в ПФ ТОО «KSP Steel» // ПФ ТОО «KSP Steel», 2015. - 30 с.
2 Ресурсоэффективность литейного производства в России : исследование и сравнительный анализ // IFC, 2010. - 88 с.
3 Воздвиженский, В. М., Грачев, В. А., Спасский, В. В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. - М. : Машиностроение, 1984. - 432 с.
4 Вейник, А. И. Расчет отливки. - М. : Машиностроение, 1964. - 403 с.
5 Радя, В. С., Горбунов, К. Р., Рябов, Д. Г., Воронцова, В. А., Усольцев, И. А. Опыт литья трубопрокатных валков ТПХН-60 в неспециализированном литейном цехе // Прогрессивные технологические процессы и подготовка кадров для литейного производства : материалы регион. науч.-практ. конф., 23 окт. 2006 г., г. Екатеринбург / Рос. гос. проф.-пед. ун-т. -Екатеринбург : Издательство РГППУ, 2007. - С. 82-89.
6 Скаланд, T. Производство высокопрочного чугуна - Сравнение альтернативных методов обработки магнием на высокопрочный чугун // Литейщик России. - №3. - 2011. - С. 28-37.
7 Onseien, M. I., Grong, 0., Gundersen, 0., Skaland, T. A process model for the microstructure evolution in ductile cast iron: Part I. The model // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 1999, 30(4). -P.1053-1068.
8 Onseien, M. I., Grong, 0., Gundersen, 0., Skaland, T. A process model for the microstructure evolution in ductile cast iron: Part II. Applications of the model // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 1999. - 30(4). - P. 1069-1079.
9 Болдырев, Д. А. Комбинированное влияние технологических параметров модифицирования и микролегирования на структуру и свойства конструкционных чугунов : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М. : ЦНИИчермет им. И. П. Бардина, 2009. - 40 с.
10 Назаратин, В. В. Исследование эффективности действия теплоизоляционных смесей на основе зол - уносов // Литейное производство. - 2009. - № 2. - С. 20-25.
11 Арынгазин, К. Ш., Жусупов, М. Б., Алигожина, Д. А. Перспективы использования отходов тепловых энергоцентралей АО «Алюминий Казахстана» // Наука и техника Казахстана, 2016. - № 3-4. - С. 28-34.
References
1 TI «Proizvodstvo truboprokatnyh valkov iz TShHN-50 v PF TOO «KSP Steel» // ПФ ТОО «KSP Steel», 2015. - 30 p.
2 Resursoeffectivnost liteinogo prouzvodstva v Rossii : issledovanie I sravnitelnyi analiz // IFC, 2010. - 88 p.
3 Vozdvizhenskyi, V. M., Grachev, V. A., Spasskiy, V. V. Liteinye splavy I tehnologia ih plavki v mashinostroenii, 1984. - 432 p.
4 Veinik, A. I. Raschet otlivki. - М. : Mashinostroenie, 1964. - 403 p.
5 Radya, V. S., Gorbunov, K. R., Ryabov, D. G., Vorontsova, V. A., Usoltsev, I. A. Opyt litya truboprokatnyh valkov TPHN-60 v nespetsyalizirovannom
liteinom tsehe // Progressivnye tehnologcheskye procesy I podgotovka kadrov dlya liteinogo proizvodstva : materialy regionalnoi nauchno-prakticheskoi konferencii, 23 ortyabrya 2006 g., g. Ekaterinburg / Ros.gos.prof-ped. Universitet. - Ekaterinburg : Izdatelstvo RGPPU, 2007. - P. 82-89.
6 Skaland, T. Proizvodstvo vysokoprochnogo chuguna - Sravnenie alternativnyh metodov obrabotki magniem na vysokoprochnyi chugun // Liteicshik Rossii, №3, 2011. - P. 28-37.
7 Onseien, M.I., Grong 0., Gundersen, 0., Skaland, T. A process model for the microstructure evolution in ductile cast iron: Part I. The model // Metallurgical and Materials Transactions. - A. : Physical Metallurgy and Materials Science. - 1999. - 30(4). -P.1053-1068.
8 Onseien, M. I., Grong, 0., Gundersen, 0., Skaland, T. A process model for the microstructure evolution in ductile cast iron: Part II. Applications of the model // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 1999, 30(4). - P. 1069-1079.
9 Boldyrev, D. A. Kombinirovannoe vliyanie tehnologicheskih parametrov modificirovania I mikrolegirovania na strukturu b svoistva konstrukcionnyh chugunov : avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoy stepeni doktora tehnicheskih nauk. - М. : TsNIIchermet im. I. P. Bardina, 2009. - 40 p.
10 Nazaritin, V. V. Issledovanie effectivnosti deistvia teploizolyacionnyh smesei na osnove zol - unosov // Liteinoe proizvodstvo. - 2009. - № 2. - P. 20-25.
11 Aryngazin, K. Sh, Zhusupov, M. B., Aligozhina, D. A. Perspectivy ispolzovania othodov teplovyh energocentralei АО «Aluminii Kazahstana» // Nauka I tehnika Kazahstana, 2016. - № 3-4. - P. 28-34.
Материал поступил в редакцию 15.06.21.
*Ж. Г. Суханова1, К. К. Шабенов2
1,2«KSP Steel» ЖШС ПФ, Казахстан Республикасы, Павлодар к. Материал 15.06.21 баспаFа тусть
ТШХН-50 ШОЙЫНЫНАН Ц¥ЙМАЛАРДЫ ЭНД1РУ
Жумыста аралас щую щалыптарына ТШХН-50 маркалы шар mopi3di графитi бар шойыннан жасалган кубыр илемдейтт 6UÏKmepèi eHdipy технологиясы щарастырылган.
СТО-005-2019 сэйкес бiлiкmерге арналган ТШХН-50 шойыныныц химиялыщ щурамы, %: 2,7-3,9 С; 1,2-2,6Si; 0,4-1,0Mn; 0,2-1,0 Cr; 0,8-1,6Ni; < 0,30P; < 0,02 S.
ТШХН щорытпасы ушт бастапкыг шойынды пештен тыс сфероидтайтын вцдеу ушт фракциясы 3,0-10,0 мм курамында магний бар Ферромаг 611 кешендi модификатор пайдаланылады.
Бастапщыг суйыщ шойынды курамында магнит бар модификатормен сфероидтайтын вцдеу ушт реакциялыщ камерасы бар сыйымдылыгы 5 тонна кую швмiшmерi пайдаланылады.
Крсылмадагыи жылу окшаулауы асбест угтдШ мен кокс щоспасымен (1:1) жузеге асырылады.
2018-2020 жылдардагы «KSP Steel» ЖШС ПФ жагдайында ТШХН-50-ден щубыр илемдейтт 6UiKmepdi eHdipydц техшка-экономишлъщ кврсеткштерт талдауы Кытай мен Ресейдц 6dceKerncmepiMeH салыстырганда 6UiKmepdi eHdipydi жогары взтдж щунын кврсетеЫ.
Курамында магнит бар модификатордыц жогары шыгыны (10-20 % дейт), литниктi-щоректендiрушi жуйеге металдыц жогары шыгыны (15-30 % дешн) байщалады.
Бiлiктердi вндiруге жумсалатын шыгындарды твмендету резервтерi реттде щосылмадагы жылу шыгынын азайту жвmндегi щосымша w-шаралар арщыыы литниктерге металл шыгынын азайту жэне шойынга модификаторды утымды эдктерт щолдану арщыыы щурамында магний бар модификатор шыгынын азайту болып табылады.
Кiлттi свздер: берiктiгi жогары шойын, щубыр илемдеу бшктер, щую, магний, сфероидтайтын вцдеу.
*Zh. G. Suhanova1, K. K. Shabenov2
1,2PB «KSP Steel» LLP, Republic of Kazakhstan, Pavlodar. Material received on 15.06.21.
PRODUCTION OF CAST IRON TSHCHN-50
The paper considers the technology of pipe-rolling rolls production from cast iron with nodular graphite grade TSHCHN-50 into combined casting molds.
The chemical composition of TSHCHN-50 cast iron for rolls according to ST0-005-2019 is,%: 2.7-3.9 C; 1.2-2.6Si; 0.4-1.0Mn; 0.2-1.0 Cr; 0.8-1.6Ni; < 0.30 P; < 0.02 S.
For out-of-furnace spheroidizing treatment of the initial cast iron for the TSHCHN alloy, a magnesium-containing complex modifier Ferromag 611 with 3.0-10.0 mm fraction.
For spheroidizing treatment of the initial liquid iron with a magnesium-containing modifier, casting ladles with a capacity of 5 tons with a reaction chamber are used.
Thermal insulation of the risers is carried out with a mixture of asbestos fines with coke (1:1).
The analysis of the technical and economic indicators of the tube-rolling rolls production from TSHCHN -50 in the PB LLP «KSP Steel» conditions for 2018-2020 shows an increased production cost of rolls in comparison with competitors from China and Russia.
There is an increased consumption of magnesium-containing modifier (up to 10-20 %), an increased consumption of metal for the gating-feeding system (up to 15-30 %).
The reserves for reducing the cost ofproducing rolls are reducing the consumption of metal for gating due to additional measures to reduce heat loss in profits and magnesium-containing modifier due to the use ofmore rational methods of introducing the modifier into cast iron.
Keywords: ductile iron, tube rolls, casting, magnesium, spheroidizing.
