CC BY
118
УДК 669.187.56
К.Н. Вдовин, А.С. Бердников, А.А. Подосян
ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Носова»
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РОЛИКОВ МНЛЗ МЕТОДОМ ЭШП*
Наиболее используемым и изнашиваемым элементом машины непрерывной разливки стали (за исключением кристаллизатора) являются поддерживающие заготовку ролики. Поэтому одной из основных задач при разливке стали является либо увеличение стойкости роликов, либо наладка их производства более дешевым способом.
В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ММК) общее количество рабочих роликов на 5 машинах, не считая первые секции, составляет 3320 шт. И они имеют несколько типоразмеров, мм: 220, 240, 270, 330, а также выполняют различные функции - холостые и приводные. Самыми нагруженными являются ролики диаметром 330 мм. Они используются в замыкающих машину блоках, по которым движется уже сформировавшийся и затвердевший сляб. Абразивные и тепловые воздействия этой части МНЛЗ вызывают интенсивный износ роликов. Наиболее изнашиваемой частью является отрезок длинной 300-400 мм бочки роликов у короткой подшипниковой шейки.
Абразивный износ приводит к уменьшению диаметра роликов, что допустимо лишь в определенных пределах. У большинства роликов в процессе эксплуатации в машине падает поверхностная твердость бочки до HB 185-190 единиц. Тепловые воздействия проявляются на поверхности ролика в виде сетки разгара, часто переходящей в трещины, направленные в тело ролика. Такое комплексное изменение качества поверхности роликов приводит к необходимости отбраковки роликов и, естественно, их замене. Установив причины выхода из строя роликов МНЛЗ, провели ис-
* Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям. Гос. контракт № 02.740.11.0509.
© Вдовин К.Н., Бердников А.С., Подосян А.А., 2010
следования по качеству поступающей исходной заготовки для изготовления роликов.
В ЗАО «Механоремонтный комплекс» ОАО «ММК» была разработана технология получения заготовки для изготовления роликов МНЛЗ методом электрошлакового переплава (ЭШП). Суть технологии состоит в переплаве специального электрода (или отработавшего ролика) в слое жидкого шлака, наведенного в водо-охлаждаемой медной изложнице (кристаллизаторе). Принцип ЭШП хорошо известен и характеризуется огромной площадью взаимодействия капель металла с рафинировочным шлаком (до 45 м2/т), за счет чего и происходит хорошее рафинирование переплавляемого металла.
На первом этапе исследования при отработке технологии ЭШП заготовок для роликов в качестве электродов использовали ролики, бывшие в употреблении. У них огневым способом отрезали шейки, бочки состыковывали друг с другом и с инвентарной головкой, обваривали в местах стыка по периметру методом ручной дуговой сварки.
Переплав производили на монофилярных печах ЭШП-1,25Л-И1 и ЭШП-2,5 ВГ-Н1. Кристаллизатор использовали собственной конструкции, с водоохлаждаемым кокилем, имеющим винтовое охлаждение и изготовленным в виде медной трубы высотой 600 мм и конусом на сторону 5 мм.
Переплав осуществляли следующим образом. Первоначально на медный стол печи установили и расклинили в специальный зацеп затравку из ст.20 диаметром 200 мм, на которую закрепили пружину, навитую из низкоуглеродистого прутка. В нее засыпали прокаленную стружку из стали 25Х1М1Ф и обрезки алюминиевой проволоки, чтобы ускорить старт. Переплавляемый электрод закрепили в электрододержателях верхней каретки и опустили его на пружину. Засыпали флюс марки АНФ-32. Включили печь, и после старта, за счет затравки, пошел собственно процесс переплава, появилась шлаковая ванна. По мере накопления металла кристаллизатор начали перемещать вверх, формируя слиток.
Кроме изношенных роликов для электродов использовали блюмс из стали 25Х1М1Ф (ГОСТ 20072), изготовленный в ОАО «МЕЧЕЛ», имеющий прямоугольную форму (250х250 мм) и длину до 4000 мм. Стоимость такого предела оказалась высокой, и предложили отливать собственную заготовку. На ЗАО «МРК» металл выплавляли в мартеновских печах, а в прокатном производстве функционировал блюминг. Поэтому разработали и освоили новую
технологию разливки 20-тонных слитков и их последующей прокатки в блюмс собственного изготовления.
Результаты исследований металла (по темплетам), изготовленного по этой технологии, выявили наличие большого количества дефектов, характерных для мартеновских слитков: большое число неметаллических включений - загрязненность 4-5 баллов по ГОСТ 1778, пятнистая ликвация, зональная ликвация, в частности фосфора до 0,04% и марганца до 1,2%, центральная пористость, неравномерное распределение хрома по высоте слитка.
На рис. 1 представлен темплет из блюмса, полученного из мартеновского слитка.
Рис.1. Темплет. вырезанный из блюмса
Для снижения имеющихся дефектов в электроде предложили новые режима переплава и раскисления, и после этого удалось добиться хорошего качества слитков ЭШП. Микроструктура металла представляла феррит, перлит зернистый 1 балла, загрязненность неметаллическими включениями снизилась до 2 баллов, величина зерна составила 8, 9 баллов, полностью были устранены дефекты макроструктуры в виде пористости. Механические свойства соответствовали ГОСТ 20072.
После остановки блюминга вновь возник вопрос об изготовлении электродов. Предложили отливать электроды в песчано-глинистые формы. Первые электроды заливались во влажные формы. Из-за чего на электродах имели место многочисленные внешние дефекты в виде пригаров формовочной смеси, грубых
газовых пор, расслоений. А также внутренние дефекты, связанные с усадкой, в виде глубоких, до 1500 мм, раковин диаметром до 100 мм, расположенных по центральной части и заполненных окалиной и формовочной смесью. Попытки произвести термическую обработку электродов, с целью очистки их от пригара, результатов не дали.
При ЭШП литых электродов с пригарами качество слитков ЭШП оказалось неудовлетворительным. В процессе ЭШП шлак быстро насыщался оксидами железа и кремния, отмечалась нестабильность токового режима, происходили замыкания на стенку кристаллизатора. Кроме того, химический состав исходных электродов отличался от металла после ЭШП. Уменьшалось содержание кремния до 0,1% и марганца до 0,05%, выявили ликвацию фосфора, неравномерно по высоте располагался хром.
На рис. 2, 3 представлены характерные внешние дефекты литых электродов.
Рис. 2. Пригар формовочной смеси на литом электроде
Рис. 3. Окалина на литом электроде
Для решения возникшей проблемы формы стали подвергать сушке в течение 8 ч, затем покрывали циркониевой краской. Качество слитков после переплава улучшилось. Но усадка сохранилась. Стали совершенствовать литейную технологию. Применили холодильники, установив их по центральной части отливки.
При анализе изменений качества металла в процессе передела литых электродов с холодильниками был выявлен положительный эффект. Вскипание и потемнение шлака при ЭШП, свидетельствующее о снижении его основности, которое происходит из-за загрязненности металла, наличия усадочных раковин с засора-ми, окисления поверхности (до 5 мм на сторону), было зафиксировано лишь в 40% случаев (при 95% в первоначальном варианте без холодильников). Но химический состав металла по кремнию и марганцу не удовлетворял потребителей.
Для уменьшения усадочной раковины в отливке увеличили прибыль, а для коррекции химического состава в электродах повысили на 0,1% содержание кремния и марганца.
В процессе переплава отработали его режимы, скорректировали основной токовый режим. Силу тока для больших диаметров электродов - 320 мм поддерживали до 7500 А, напряжение до 52 В. Для электродов со сниженным количеством кремния использовали специальную дозированную схему подачи в кристаллиза-
тор раскислителя (силикокальция). Изменили конструкции кокилей кристаллизаторов.
Все эти мероприятия позволили стабилизировать технологию изготовления электродов. На рис. 4 представлен темплет (отпечаток по Бауману) от слитка ЭШП, изготовленного из литых электродов. Дефекты макроструктуры отсутствуют, распределение серы равномерное, глобулей и цепочек не обнаружено.
В настоящее время ММК является единственным в мире металлургическим комбинатом, на котором в массовом порядке используются ролики, изготовленные напрямую из заготовки ЭШП, без ковки. При этом технологическая схема изготовления их представляет собой замкнутый цикл. Ни один изношенный ролик не передается в металлолом, а снова и снова используется для изготовления шихты, получения электродов, выплавки слитков ЭШП и нового изготовления роликов МНЛЗ.
