Розробка екологічного та ефективного процесу безперервного лиття сталі для виробництва сталевих кульок із високим навантаженням стала метою галузі.
I.Передумови дослідження та проблеми
Національна стратегія розвитку «подвійного вуглецю» сприяє швидкому розвитку чистої енергетики, висококласного обладнання та інших сфер. Наприклад, виробництво енергії вітру зросте з менш ніж 10 відсотка зараз до понад 50 відсотків у 2060 році. Великі несучі сталеві кулі є ключовими основними компонентами великих проектів і обладнання, таких як виробництво енергії вітру, і є важливою гарантією для реалізації національних стратегій, таких як «зроблено в Китаї» та «енергетична безпека». Як ми всі знаємо, технічна складність тіл кочення в підшипникових матеріалах більша, ніж складність наконечників, а складність сталевих кульок більша, ніж роликів і голок. Порівняно з іншими сталевими кульками підшипників, сталеві кульки з високим навантаженням мають такі технічні труднощі: ① більше навантаження: навантаження на роздавлювання становить понад 2500 кН, а робоча напруга більше 1250 кН, тому вони більш чутливі до втомного руйнування; ② Більший розмір: розмір сталевої кульки з великим навантаженням до Φ 89 мм (відповідна специфікація стрижня Φ 60 мм), важко контролювати однорідність сталевої конструкції; ③ Гірші умови експлуатації: підшипник вітрової енергії не потребує обслуговування протягом усього життєвого циклу. Він використовується при низьких температурах, корозії та інших агресивних середовищах. Вміст фосфору в сталі має бути менше або дорівнювати 0,010 відсотка.
Виходячи з наведених вище характеристик, для сталевої кулі з великою навантаженням необхідно, щоб кількість включень у сталі була невеликою, розмір малим, карбіди були тонкими та однорідними, а вміст шкідливих елементів, таких як P, був низьким. В даний час вітчизняне та іноземне виробництво може лише прийняти процес лиття у форму, але цей процес має проблеми високого споживання енергії, низької ефективності виробництва та високої вартості виробництва. Тому розробка екологічного та ефективного процесу безперервного лиття сталі для виробництва сталі для сталевих кульок, що несуть важкі навантаження, стала метою промисловості. Якщо його вдасться успішно подолати, це може заповнити прогалину вдома та за кордоном, і лише вихід металу збільшиться з приблизно 83 відсотків лиття у форму до понад 96 відсотків безперервного лиття.
Хоча з безперервним прогресом технологій у металургійній промисловості вміст фосфору в підшипниковій сталі та чистота розплавленої сталі більше не є обмежуючими ланками для покращення якості підшипникової сталі, деякі підприємства спеціальної сталі також можуть використовувати процес безперервного лиття для виробляти невеликі специфікації（ Φ Однак є кілька звітів про те, як швидко контролювати вміст фосфору в розплавленій сталі з точністю до {{0}}.010 відсотків і загальний вміст кисню в сталі з точністю до 5 частин на мільйон під високоефективним конвертером (кисень інтенсивність живлення досягає 5,0Nm3/ хв /t) і швидкий режим рафінування, а також як стабільно виробляти сталеві кульки великого розміру з довговічністю за допомогою процесу безперервного лиття. Таким чином, компанія Jiangsu Zhongtian Iron and Steel Group Special Steel Co., Ltd. націлена на виробництво сталевої кулькової сталі з високим навантаженням за допомогою екологічного та ефективного процесу безперервного лиття сталі. Проект потребує вирішення науково-технічних проблем і загальних промислових проблем, таких як висока ефективність і контроль низького вмісту фосфору в конвертері, високошвидкісне очищення розплавленої сталі, контроль чистоти, низька центрова сегрегація та контроль однорідності високої організації.
Ⅱ.Ідеї та технічні рішення для вирішення проблем
Великі несучі сталеві кулі використовувалися протягом тривалого часу під високими змінними навантаженнями, такими як удар, стиснення та зсув. Тим часом деякі з них використовувалися в холодних зонах, наприклад, сталеві кульки з підшипниками вітрових турбін, які мають характеристики «великого навантаження, великих специфікацій і тривалого терміну служби». Щоб відповідати суворим вимогам якості сталевих кульок із великими навантаженнями, показники якості сталі повинні бути такими: ① висока чистота, невеликі вкраплення (DS менше або дорівнює {{0}}).5) , невелика кількість і низький вміст кисню (T) O Менше або дорівнює 5 ppm, низький вміст кальцію [Ca] Менше або дорівнює 2 ppm, кваліфікована високочастотна ультразвукова дефектоскопія занурення у воду (10 МГц плюс посилення 21 дБ) ; ② Мікроструктура та властивості однорідні, індекс сегрегації вуглецю прокату становить менше або дорівнює 1,05, чиста форма менше або дорівнює 2,5, а форма стрічки менше або дорівнює 2,0; ③P Менше або дорівнює 0,010 відсотка.
Таким чином, проект зосереджений на трьох основних технологіях: «екологічна ефективність, суперчистота та висока організаційна одноманітність». Основні ідеї та зміст дослідження такі:
1. Дослідження технології контролю низького вмісту фосфору високоефективного конвертера
Традиційна конвертерна плавка сталі з низьким вмістом фосфору (вміст фосфору менше або дорівнює 0,01 відсотка) зазвичай використовує подвійний шлаковий метод або подвійний комбінований метод, а інтенсивність подачі кисню менше або дорівнює 3,5 нм3 / (хв ·t). Виробнича ефективність цього режиму плавки низька, і цикл плавки буде подовжений більш ніж на 5 хв. Застосування одношлакового методу та збільшення інтенсивності подачі кисню в конвертер є найефективнішим способом скорочення циклу плавки конвертера. Однак це призведе до низки проблем, таких як прискорення швидкості зневуглецювання, легке сушіння в печі, погіршення ефекту дефосфоризації та збільшення ймовірності розбризкування. Виходячи з проблем, які існують при високоінтенсивній плавці конвертера, розроблено високоефективний процес плавлення конвертера з наднизьким вмістом фосфору шляхом вивчення закону дефосфоризації процесу плавлення конвертера та поєднання технології багатофазної дефосфоризації шлаку.
За механізмом дефосфорації конвертера досліджено закон розподілу фосфору в конвертерному шлаку. 1 наведено мінерально-фазовий склад конвертерного шлаку. Можна побачити, що P в основному існує вC2S-C3Pфаза. Тому збільшення часткиC2S-C3Pфаза може покращити ефект дефосфорації конвертерного шлаку.
Рис. 1 мінерально-фазовий склад шлаку обертової печі
За допомогою термодинамічного програмного забезпеченняFдіятиSвіку та в поєднанні з даними про промислове виробництво зроблено висновок, що зменшення вмісту FeO в шлаку може збільшитиC2S-C3Pспіввідношення фаз в шлаку. Наприклад, 50 відсотків CaO плюс 20 відсотків SiO2 плюс 10 відсотків MgO плюсXFeOплюс 5 відсотків P2O5 як приклад, виявлено, щоC2S-C3Pспіввідношення фаз поступово зростає зі зменшенням вмісту FeO в шлаку, як показано на рис. 2.
Рис. 2 Вплив FeO наC2S-C3Pспіввідношення фаз
На рис. 3 показаноC2S-C3Pрезультати фазового контролю конвертерного шлаку. Можна побачити, що вміст FeO у конвертерному шлаку можна зменшити з 16-20 відсотків перед оптимізацією до 10-12 відсотків, натиснувши на пістолет протягом 1-2 хвилин до кінця видування. За умови належного зниження основності конвертерного шлаку більша часткаC2S-C3Pфазу ще можна отримати.
Рис. 3C2S-C3Pспіввідношення фаз у конвертерному шлаку до та після оптимізації
На рис. 4 показано вплив інтенсивності подачі кисню на час подачі кисню. Видно, що при збільшенні інтенсивності подачі кисню з 3,5Nm3/хв/т до 5.0Nm3/т/хв, середній час подачі кисню можна скоротити на 3,1 хв.
Рис. 4 Вплив інтенсивності подачі кисню на час подачі кисню
Рис. 5 Вплив інтенсивності подачі кисню на дефосфоризацію
На рис. 5 показано вплив інтенсивності подачі кисню на дефосфорацію. Видно, що за збільшення часткиC2S-C3Pфази в конвертерному шлаку, навіть якщо інтенсивність подачі кисню збільшити з 3,5Nm3/хв/т до 5.0Nm3/т/хв, потужність дефосфоризації конвертерного шлаку додатково покращується порівняно з початковим процесом, і нарешті реалізовано високоефективну та недорогу виплавку сталі з низьким вмістом фосфору.
2. Дослідження швидкісної ультрачистої зовнішньої технології рафінування
Традиційно вважається, що тривале рафінування легше підвищити чистоту розплавленої сталі, тому час рафінування підшипникової сталі зазвичай контролюється до 80 ~ 120 хв. Виявлено, що коли час рафінування перевищує 30 хв, ефект видалення включень не є значним із подовженням часу рафінування. У той же час реакція шлакової сталі протягом тривалого часу призведе до перетворення включень з початкових твердих включень оксиду алюмінію або магнезіально-глиноземної шпінелі в низькоплавкий алюмінат кальцію, що призведе до неможливості ефективного видалення включень у подальшому процесі RH. і, зрештою, впливає на чистоту розплавленої сталі.
Це дослідження ламає традиційне мислення. З одного боку, він розробляє швидкий і високоефективний процес рафінування, щоб придушити реакцію шлакової сталі в процесі рафінування, контролюючи час рафінування в межах 40 хвилин. Одночасно досліджується вплив сплаву на склад включення і знаходить спосіб усунення впливу сплаву на включення. Нарешті, він реалізує контроль твердих включень оксиду алюмінію та магнезію-алюмошпінелі. За допомогою потужної вакуумної обробки RH реалізовано високоефективне видалення включень твердого глинозему та алюмомагнітної шпінелі. Оскільки ефективність видалення твердих включень оксиду алюмінію та магнезію-алюмошпінелі є надзвичайно високою в процесі RH, навіть якщо RH високий вакуум (< 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.
На рис. 6 показано ефект впровадження оптимізованого процесу. Можна побачити, що завдяки оптимізації час рафінування скорочується з 80-120 хв до 30-40 хв у початковому процесі, а сила перемішування розплавленої сталі контролюється в процесі рафінування. Після рафінування контролюють включення твердої магнієво-алюмінієвої шпінелі.
(a) Композиція включення в кінці LF; (b) Загальний кисень підшипникової сталі (2021)
Рис. 6 Результати контролю після оптимізації процесу
3 Вивчення нової технології металургії проміжного ковша
Контролюючи включення підшипникової сталі до твердого оксиду алюмінію та магнезіально-глиноземної шпінелі, у процесі безперервного лиття з’являться конкреції, що впливає на безперебійне виробництво (кількість печей безперервного та стабільного лиття, як правило, менше або дорівнює 6). У той же час частина вузликів буде випадково відшаровуватися в сталі, утворюючи крупномасштабні макровключення, що серйозно погіршить чистоту сталі. Зважаючи на цю проблему, був розроблений новий тип металургійної технології проміжного ковша, тобто в проміжному ковші встановлено горизонтальне електромагнітне перемішування (назва: гомогенізатор проміжного ковша). Його мета полягає в тому, щоб керувати високоефективним потоком розплавленої сталі в проміжному ковші, сприяти спливанню включень, подальшому покращенню чистоти розплавленої сталі, досягненню мети зменшення вузликів на соплах і вирішенню технічних проблем поганої ливарної здатності підшипникової сталі. і низький рівень кваліфікації макровключення. У той же час під дією електромагнітної сили температура між кожним потоком є рівномірною, а різницю температур між двома сторонами проміжного ковша можна зменшити з 3 ~ 5 градусів початкового процесу до 1 ~ 2 градусів.
На рис. 7 наведені результати перевірки кількості включень у литому слябі. Можна побачити, що кількість включень у ливарному слябі додатково зменшується після застосування електромагнітного перемішування до проміжного ковша, що вказує на те, що чистота розплавленої сталі може бути додатково покращена, коли електромагнітне перемішування застосовується до проміжного ковша. На рис. 8 показано вплив електромагнітного перемішування на швидкість підйому пробки в проміжному ковші. У міру подальшого підвищення чистоти розплавленої сталі в проміжному ковші швидкість підйому стопорного стрижня значно зменшується після застосування електромагнітного перемішування. Після застосування електромагнітного перемішування до проміжного ковша кількість печей безперервного лиття розплавленої сталі можна збільшити з 6 до 8. На малюнку 9 показано різницю температур розплавленої сталі з обох боків проміжного ковша. Можна побачити, що після застосування електромагнітного перемішування до проміжного ковша різниця температур розплавленої сталі на обох кінцях проміжного ковша може бути зменшена з 3 ~ 5 градусів у початковому процесі до 1 ~ 2 градусів.
Рис. 7 Вплив електромагнітного перемішування в проміжному ковші на кількість включень у заготовці
Рис. 8 Вплив електромагнітного перемішування в проміжному ковші на швидкість підйому штока пробки
Рис. 9 Вплив електромагнітного перемішування в проміжному ковші на однорідність температури розплавленої сталі
4. Дослідження точного динамічного процесу безперервного лиття під високим тиском і високотемпературної дифузійної технології
Традиційна велика несуча сталева куля виготовляється методом лиття під тиском. Основна причина полягає в тому, що контроль нерівномірності карбіду сталевої кульки підшипника, виготовленої за допомогою процесу безперервного лиття, не може відповідати вимогам. З популяризацією технології м’якого відновлення, хоча контрольна здатність сегрегації вуглецю була покращена, вона все ще стикається з проблемою, що неможливо точно знайти кінцеву точку затвердіння та застосувати розумне відновлення. У цьому проекті встановлено динамічне моделювання затвердіння цвітіння? У поєднанні з тестом на заповнення свинцем і аналізом редукційної тріщини ми вивчаємо положення кінця затвердіння та закон зміни швидкості твердої речовини, вирішуємо ключову проблему теорії процесу «де пресувати і як пресувати», розробляємо багатофакторна технологія процесу з’єднання «перегріву, сили вторинного охолодження, швидкості та динамічного високого тиску» та подолання проблеми контролю центральної сегрегації в процесі безперервного лиття. Коли загальне зменшення досягає 20-25 мм, індекс сегрегації вуглецю заготовки контролюється на рівні 1.06-1.10. Вивчаючи вплив температури та часу витримки на ефект високотемпературної дифузії, розроблено гнучкий процес із високою ефективністю та енергозбереженням та високотемпературною дифузією. Коли температура замочування сляба безперервного лиття під високим тиском становить 1240 градусів C плюс час замочування становить 8 годин, центральний індекс сегрегації вуглецю досягає 1,05, а форма смуги менше або дорівнює 2,0.
На рис. 10 показані результати контролю сегрегації вуглецю литого сляба після застосування високого тиску. Можна побачити, що середнє значення індексу сегрегації вуглецю литої плити може досягати 1,06 ~ 1,10.
Рис. 10 Результати контролю сегрегації вуглецю заготовки підшипникової сталі
На рис. 11 показано морфологію карбідної смугової структури до та після оптимізації несучої кулькової сталі безперервним литтям під високим тиском і процесом високотемпературної дифузії (витримування при 124{{10}} градусів протягом 8 годин) . Серед них, завдяки процесу високотемпературного дифузійного відпалу, сегрегація вуглецю в литій заготовці додатково зменшується з 1,06 ~ 1,10 до 1,05, а структура карбідної стрічки прокату зменшується з 3,0 до Менше або дорівнює 2,0.
Малюнок 11 Φ Форма твердосплавної стрічки до та після вдосконалення на 60 мм:
(a) 100 до покращення ×; (b) 500 до покращення ×; (c) 100 відсотків після покращення ×; (d) 500 після покращення ×
5. Дослідження технології оперативного керування конструкцією великорозмірного несучого сталевого прутка
Контроль викидів вуглецю у великомасштабній сталевій стрижневій сітці безперервного лиття є поширеною технічною проблемою в галузі. З огляду на ключові проблеми теорії процесу, викликані такими факторами, як «чорний ящик» температури серцевини, велика різниця температур поверхні серцевини, недостатня здатність контролю прокатки та охолодження, динамічний CCT, динамічне фазове перетворення та температурне поле контрольованої прокатки та процес охолодження досліджується за допомогою випробування термічної симуляції Gleeble. Розроблено несучий сталевий стрижень великого розміру з контролем температури серцевини плюс технологія он-лайн управління структурою контрольованої прокатки в двофазній зоні Fe3C, зоні високотемпературної рекристалізації та секційному надшвидкому контрольованому охолодженні після прокатки та стабільний контроль мережі карбіду Менше або дорівнює 2,5 класу.
Рис. 12 Мікроструктура 100crmnsi6-4 після двох проходів гарячого стиснення
(a) 850 плюс 840 градусів; (b) 850 плюс 800 градусів; (c) 850 плюс 760 градусів; (d) 850 плюс 720 градусів - 20 градусів/с охолодження до 600 градусів
Ⅲ.Основні інноваційні досягнення
Проект започаткував процес безперервного лиття для заміни лиття в прес-форму та імпорту, зосереджено на дослідженні процесу та інноваціях щодо скорочення екологічних викидів, високої якості та високої ефективності, енергозбереження та зменшення споживання, успішно вирішено ключову технологію контролю сталі для великих навантажень підшипникові сталеві кульки, і реалізовано промислове застосування. Основні технічні нововведення проекту:
1. Це перший набір ключових технологій для виробництва прутків для сталевих кульок, що несуть важкі навантаження, шляхом безперервного лиття замість лиття під тиском. Швидкість готової продукції була збільшена приблизно на 13 відсотків, а викиди вуглецю протягом життєвого циклу продукту були зменшені на 105,3 кг/т, зменшення на 4,3 відсотка (дані Китайського металургійного планування та науково-дослідного інституту), а також широкомасштабне промислове застосування було реалізовано;
2. Розроблено швидку та чисту технологію процесу плавлення, яка поєднує «високоефективну дефосфорізацію конвертера плюс великий контроль кута змочування LF включень плюс сильну циркуляцію RH». Ефективність була збільшена приблизно на 30 відсотки, а підшипникова сталь DS Менше або дорівнює 0,5, низький вміст кисню до Менше або дорівнює 5 ppm, низький вміст кальцію [Ca] Менше або дорівнює 2 ppm, і високий - реалізовано коефіцієнт кваліфікації дефектоскопії методом занурення у воду, що перевищує або дорівнює 99 відсоткам (10 МГц плюс 21 дБ);
3. Було розроблено багатофакторну технологію процесу з’єднання «технологія гомогенізації проміжного ковша плюс точне динамічне велике зниження тиску безперервного лиття заготовки плюс процес високотемпературної дифузії», а також була вирішена технічна проблема центральної сегрегації в процесі безперервного лиття. Індекс сегрегації вуглецю прокату становив менше або дорівнював 1.05, а смуговий карбід був менше або дорівнював 2,0;
4. Розроблений несучий сталевий пруток великого розміру з контролем температури серцевини плюс технологія онлайнового контролю структури контрольованої прокатки в двофазній зоні Fe3C і зоні рекристалізації та секційного надшвидкого контрольованого охолодження після прокатки, а також стабільний контроль мережевого карбіду Менше або дорівнює до 2,5 класу.
Ⅳ.Застосування та ефект
Проект об’єднує різноманітні інноваційні технології. Це перший, хто запровадив процес безперервного лиття та прокатки: «розплавлений чавун доменної печі → конвертер → рафінування → вакуумна дегазація → безперервне лиття блюмом → нагрівання та блюмінг → контрольована прокатка та охолодження». Він успішно подолав ключову технологію керування сталлю для великих несучих сталевих кульок і зрозумів заміну лиття у форму та імпорт.
Комітет з оцінки досягнень проекту вважає, що досягнення в цілому досягло провідного міжнародного рівня. Продукція проекту широко використовується у великих несучих сталевих кульках вітрової енергії, щитових машинах, великих екскаваторах та іншому великому інженерному обладнанні, забезпечуючи високоякісну сировину для міжнародних та вітчизняних відомих замовників підшипників сталевих кульок. За останні три роки було продано 102 000 тонн, а накопичений чистий прибуток сягнув 153 мільйонів юанів. Зробіть позитивний внесок у технологічний прогрес китайського ланцюга виробництва високоякісних підшипників.
Більше проWBMСталева куля:
Сталеві кульки підшипників є важливими базовими компонентами в промисловості. Сталеві кульки підшипників мають довгу історію використання в промисловості прецизійних підшипників і в житті, і використовуються більш широко. Можна сказати, що сталеві кульки існують у більшості місць, де є обертання, широко відомі як сталеві кульки та кульки. Сталеві кульки широко використовуються в підшипниках, апаратних виробах, електроніці, металообробці, механічному обладнанні, електроенергетиці, гірничодобувній промисловості, металургії та інших галузях.
WBM тепер має можливість постачати повний набір інструментів для лінії шліфування конічних роликів Modler.їхінструментsдобре підходять до безцентрової шліфувальної машини Modler і торцевої шліфувальної машини Modler. І допомогти клієнтам виготовити високоточні ролики з низькою вартістю.
WBM отримала сертифікати ISO9001:2000 та ISO/IATF16949. Видатна репутація WBM побудована на наших основних принципах управління: технічних інноваціях, високій якості та ефективності продукції, працьовитості, відповідності та перевершенню очікувань клієнтів. WБМзапаснийsжодних зусиль для створення максимальної цінності для клієнтів.