Способ получения заготовок роликов мнлз с использованием электрошлакового переплава

 

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и преимущественно эксплуатирующих машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для производства новых или замены пришедших в негодность роликов МНЛЗ. Способ включает подготовку расходуемого электрода, процесс электрошлакового переплава и его заключительный период, в котором снижают мощность и удаляют электрод из шлаковой ванны. Готовят расходуемый электрод массой в 1-1,05 массы получаемой литой заготовки. Переплав ведут в кристаллизаторе, диаметр плавильного пространства которого максимально приближен к диаметру бочки ролика с коэффициентом заполнения 0,7-0,8, а в заключительном периоде процесса ЭШП мощность снижают вначале как минимум на 2/3 от рабочей. Отключают печь до начала затвердевания поверхности шлаковой ванны, затем включают печь на величину мощности как минимум 1/3 от рабочей, заглубляют электрод в металлическую ванну на глубину не более 0,5 от диаметра расходуемого электрода и выдерживают до момента сплавления торца электрода на уровень шлаковой ванны. Способ универсален, прост в обслуживании, позволяет использовать существующее оборудование, отходы производства роликов и потому легко встраивается в действующие схемы предприятий. Способ экономически выгоден, особенно для ремонтных служб МНЛЗ, которые могут собственными силами производить для собственных нужд новые ролики в необходимом количестве, нужной номенклатуры, используя в том числе отработанные ролики и другие деловые отходы.

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих, а преимущественно эксплуатирующих машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для производства новых или замены пришедших в негодность роликов МНЛЗ.

В существующей практике известна проблема замены отработанных роликов МНЛЗ. На сегодняшний день она решается организационно: ремонтные службы заказывают поставщикам оборудования МНЛЗ новые заменяющие ролики.

При таком решении проблемы необходимо учитывать следующее: во-первых, большое количество необходимых роликов (единица МНЛЗ оснащена количеством не менее 1000 штук), во-вторых, функциональную неоднородность роликов (холостые, приводные и. т.д.), приводящую к различию в типоразмерах, конструкции шеек и.т.п.

Это требует предусматривать, в том числе, некоторый “запас” всей номенклатуры роликов, т.к. ремонт МНЛЗ должен быть только краткосрочным. Таким образом, замена отработанных роликов сопряжена с большими организационными и экономическими издержками.

Кроме того, с учетом условий работы роликов - высокие быстропротекающие термодинамические знакопеременные нагрузки, нагрузки на изгиб, воздействие пара (а при остановке МНЛЗ еще и значительный местный перегрев поверхности роликов) к качеству роликов предъявляются повышенные требования: высокие механические свойства и структурная однородность, обеспечивающие эксплуатационную стойкость роликов. Это также необходимо учитывать при производстве роликов.

На сегодняшний день качество металла роликов повышают ковкой.

Этот способ в сочетании с предшествующей выплавкой и разливкой стали, кристаллизацией слитка характеризуется низким коэффициентом использования металла - 0,4 (для всей технологии), наличием дорогостоящей операции ковки, неудовлетворительной эксплуатационной стойкостью получаемых роликов - (1200-1500) плавок.

Таким образом, у предприятий как изготавливающих, так и эксплуатирующих МНЛЗ, существует потребность в технологиях изготовления качественных заготовок роликов МНЛЗ, обладающих организационными и экономическими преимуществами.

Известны технологии получения металлических заготовок, качество металла которых не уступает кованым. Они включают использование электрошлакового переплава, при котором кроме высокого качества металла можно достигать высокого коэффициента его использования.

Наиболее близким к заявляемому является “Способ электрошлакового литья заготовок валков холодной прокатки” (Проспект Краматорского НИИПТМАШа). Сущность известного способа заключается в том, что для получения заготовок валков холодной прокатки в качестве расходуемых электродов используют вышедшие из строя прокатные валки, т.е. для повышения выхода годного используют расходуемый электрод, геометрия которого максимально приближена к геометрии получаемой заготовки. Однако достижение высокого коэффициента использования металла непосредственно в процессе ЭШП не может существенно влиять на экономические показатели всей технологии получения валка по следующим причинам.

Процесс ЭШП в известном способе ведут при дифференцированном электрическом режиме в трех, поставленных соосно друг на друга кристаллизаторах разных диаметров, геометрия плавильного пространства которых максимально приближена к геометрии получаемых заготовок и позволяет сплавлять отработанные валки. Иными словами, нижняя шейка валка, бочка и верхняя шейка формируются в разных частях кристаллизатора при строго определенном режиме плавки для каждой из частей заготовки.

Заданность формы и массы расходуемого электрода существенно ограничивает возможности применения способа, т.к. при подготовке расходуемого электрода необходимо использовать только те отработанные валки, сплавляемая масса которых больше, чем у получаемой заготовки валка.

Ограниченность в геометрии расходуемого электрода, сложность конструкции плавильного пространства используемого кристаллизатора и сложность обслуживания самого процесса ЭШП являются очевидными недостатками с точки зрения универсальности способа - гибкости в отношении большого количества типоразмеров роликов, отличающихся функциональной неоднородностью.

Кроме того, известным способом получают валки холодной прокатки, физико-механические свойства которых удовлетворяют условиям эксплуатации валков, но недостаточны для условий работы роликов МНЛЗ.

Вышеперечисленные недостатки известного способа не позволяют создать на его основе экономически выгодную технологию производства заготовок роликов МНЛЗ.

Задача настоящего технического решения заключается в создании экономически выгодной универсальной технологии получения качественных заготовок роликов МНЛЗ, пригодной для предприятий, изготавливающих сменное оборудование для МНЛЗ, но преимущественно для ремонтных служб предприятий, эксплуатирующих МНЛЗ.

Для решения поставленной задачи заявленный способ получения заготовок роликов МНЛЗ включает подготовку расходуемого электрода, процесс электрошлакового переплава и его заключительный период, в котором снижают мощность и удаляют электрод из шлаковой ванны, при этом готовят расходуемый электрод с массой 1,0-1,05 массы получаемой заготовки, переплав ведут в кристаллизаторе, диаметр плавильного пространства которого максимально приближен к диаметру бочки ролика с коэффициентом заполнения 0,7-0,8, а в заключительном периоде процесса электрошлакового переплава мощность снижают вначале как минимум на 2/3 от рабочей, отключают печь до начала затвердевания поверхности шлаковой ванны, затем включают печь на величину мощности как минимум 1/3 от рабочей, заглубляют электрод в металлическую ванну на глубину не более 0,5 от диаметра расходуемого электрода и выдерживают до момента сплавления торца электрода на уровень шлаковой ванны.

Сущность заявленного способа заключается в следующем.

В отличие от прототипа в заявленном способе используют кристаллизатор, диаметр плавильного пространства которого максимально приближен не к геометрии получаемого изделия, а только лишь к диаметру бочки ролика.

Такая геометрия плавильного пространства позволяет использовать расходуемый электрод, подготовленный любым известным способом: сваркой из деловых отходов, отработанный, литой, кованый и т.д., а также упростить конструкцию кристаллизатора и обслуживание процесса за счет использования недифференцированного режима плавки для всего слитка.

Возможность использования различных типов расходуемого электрода позволяет подготовить его с массой 1,0-1,05 массы получаемой заготовки, что является оптимальным с точки зрения коэффициента использования металла при условии достижения в процессе ЭШП заданной кристаллизации и отсутствия усадочной раковины.

Использование коэффициента заполнения кристаллизатора 0,7-0,8 формирует такую форму металлической ванны, которая создает необходимую для получения качественного ролика, осевую направленность кристаллизации, максимально приближенную к оси получаемого слитка.

При этом ведение заключительного периода ЭШП заявленным образом обеспечивает сохранение полученной направленной кристаллизации слитка и в совокупности с этим предотвращает образование усадочной раковины.

В заявленном способе при постепенном снижении мощности на 2/3 от рабочей, отключении печи и выдержке до начала затвердевания поверхности шлаковой ванны в самой шлаковой ванне идет оплавление конуса расходуемого электрода и заполнение металлической ванны металлом оплавляемого электрода.

При следующем включении печи на величину мощности как минимум 1/3 от рабочей, заглублении электрода в металлическую ванну на величину не более 0,5 от диаметра расходуемого электрода и последующей выдержке электрод заплавляет металлическую ванну, которая кристаллизуется в плоскую поверхность, не образуя усадочную раковину. При ведении процесса ЭШП и его заключительного периода заявленным образом получается заготовка ролика с заданной структурой металла, для достижения которой достаточно плавильной массы расходуемого электрода в 1-1,05 превышающей массу получаемой заготовки.

Таким образом, новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в экономии металла при подготовке расходуемого электрода, и в процессе ЭШП за счет предотвращения усадочной раковины при достижении высокого качества получаемой заготовки.

Кроме того, при простой конструкции кристаллизатора экономически оправдано иметь отдельные кристаллизаторы для всей номенклатуры выплавляемых заготовок роликов.

Достижение этого результата в конечном итоге позволяет получить экономически выгодную универсальную технологию получения качественных заготовок роликов, в том числе легко встраиваемую в существующий производственный процесс эксплуатации МНЛЗ, а потому пригодную и для ремонтных служб предприятий, использующих МНЛЗ.

Испытания способа проводились ремонтной службой металлургического предприятия, которая изготавливала новые ролики для замены отработанных на имеющемся оборудовании.

Пример 1. Для ролика диаметром 380 мм его заготовку сплавляли на печи типа ЭШП-2,5 ВГ в кристаллизаторе с диаметром плавильного пространства 415 мм с использованием специального рафинирующего флюса и коэффициентом заполнения 0,8.

Литой расходуемый электрод массой 3050 кг готовили следующим образом. Некондиционные отходы из роликовой стали расплавляли в металлургическом агрегате и разливали в землю, кокиль или толстостенную трубу.

Электрод присоединяли к инвентарной головке, электрошлаковый процесс вели при напряжении (50-55) В и токе (8-9) кА.

В заключительном периоде мощность снижали на величину 2/3 от рабочей и отключали печь. В течение 3-7 минут (до начала затвердевания поверхности шлаковой ванны) процесс выдерживали, затем включали печь на величину мощности 1/3 от рабочей, заглубляли электрод в шлаковую ванну на 165 мм и выдерживали до момента сплавления торца электрода на уровень шлаковой ванны.

Далее отключали печь и удаляли электрод. Полученную заготовку массой 3050 кг охлаждали в термической печи в режиме противофлокенной обработки. Окончательную механо- и термообработку производили по существующим технологиям производства роликов. Полученные при этом отходы являются сырьем для подготовки расходуемых электродов.

Пример 2. Заготовку для ролика диаметром 330 мм получали аналогично примеру 1. Расходуемый электрод - соответствующий отработанный ролик массой 1160 кг - переплавляли в кристаллизаторе с диаметром плавильного пространства 360 мм с коэффициентом заполнения 0,75 при напряжении (45-50) В и токе (7-8) кА. В заключительном периоде электрод заглубляли в шлаковую ванну на величину 135 мм. Получали заготовку массой 1120 кг.

Пример 3. Заготовку для ролика диаметром 250 мм получали аналогично примеру 1 на печи ЭШП-1,25 Л. Расходуемый электрод массой 1000 кг готовили сваркой деловых отходов (остатков отработанных роликов, шеек, бочек и.т.д.) в соответствии с требованиями технологической инструкции.

Процесс переплава вели в кристаллизаторе с диаметром плавильного пространства 275 мм с коэффициентом заполнения 0,7 при напряжении (40-45) В, величине тока (4-5) кА. В заключительном периоде электрод заглубляли в металлическую ванну на 95 мм. Получали заготовку массой 950 кг.

Таким образом, по сравнению с существующей на практике традиционной технологией получения роликов МНЛЗ заявленный способ позволяет получить высокую регламентирующую эксплуатационную стойкость роликов, составляющую 2700 плавок при относительно высоком КИМ - 0,8 (для всей технологии изготовления роликов) при существенно (2,5 раза) более низкой стоимости их изготовления.

В сравнении с технологией по прототипу заявленный способ универсален, более прост в обслуживании, позволяет использовать существующее оборудование, отходы производства роликов и потому легко встраивается в действующие схемы предприятий. Способ экономически выгоден, особенно для ремонтных служб МНЛЗ, которые могут собственными силами производить для собственных нужд новые ролики в необходимом количестве, нужной номенклатуры, используя в том числе отработанные ролики и другие деловые отходы.

Формула изобретения

Способ получения заготовок роликов машины непрерывного литья заготовок с использованием электрошлакового переплава, включающий подготовку расходуемого электрода, процесс электрошлакового переплава и его заключительный период, в котором снижают мощность и удаляют электрод из шлаковой ванны, отличающийся тем, что готовят расходуемый электрод с массой 1-1,05 массы получаемой заготовки, переплав ведут в кристаллизаторе, диаметр плавильного пространства которого максимально приближен к диаметру бочки ролика с коэффициентом заполнения 0,7-0,8, а в заключительном периоде процесса электрошлакового преплава мощность снижают вначале как минимум на 2/3 рабочей, отключают печь до начала затвердевания поверхности шлаковой ванны, затем включают печь на величину мощности как минимум 1/3 рабочей, заглубляют электрод в металлическую ванну на глубину не более 0,5 диаметра расходуемого электрода и выдерживают до момента сплавления торца электрода на уровень шлаковой ванны.