contacts

ООО «Новые Технологии - ИЦ»

E-mail: promo@novtexn.ru

Применение теплоизоляционных и экзотермических материалов фирмы "Foseco Steel" в ОАО "МЗ Камасталь"

Вверх на один уровень

С ростом стоимости стали возникла потребность в повышении технологического выхода годного, который для слитков спокойной стали, разливаемой в изложницы на российских заводах, достаточно низок и составляет примерно 62-68% общей массы слитка. Выход годного можно повысить за счет применения теплоизоляционных и экзотермических материалов высокой эффективности.

Такие материалы разнообразного ассортимента, производимые фирмой «Foseco Steel», широко используют при разливке стали на слитки, или непрерывным способом как в мировой практике, так и в России.

Расширением рынка сбыта материалов «Foseco Steel» в Урало-Сибирском регионе занимается ООО «Новые технологии», которое предложило пилотный проект применения этих материалов и провело совместно с ОАО «МЗ Камасталь» опыты по разливке 6- и 7-т слитков углеродистых и легированных сталей.

Сталь на заводе разливают из 60-т ковша в уширенные кверху изложницы с прибыльной надставкой. Футеровку прибыльных надставок выполняли материалом Profax 13B в виде сборных блоков плотностью 1,15-1,35 г/см3.

В зависимости от типа и размера прибыли боковые футеровочные плиты надставок изготавливают в монолитном или сборном виде. Сборные плиты гибкие и состоят из трапецеидальных плиток, связанных в блоки, армирующей металлической сеткой. Плиты и блоки достаточно прочные, для крепления на надставке у них имеются упоры. Футеровка теплоизоляционными плитами требует применения прибыльной цилиндрической надставки, конструкция которой разработана ООО «Новые технологии» совместно с ОАО «МЗ Камасталь» и фирмой «Foseco Steel». Чертеж надставки без футеровки и футерованная надставка представлены на рис. 1.

1.jpg                                  2.jpg

Рис. 1. Чертеж (а) и внешний вид (б) прибыльной надставки для 6-т слитка

Для теплоизоляции зеркала жидкого металла использовали следующие материалы фирмы «Foseco Steel»: теплоизоляционный Slax 1370 и экзотермический Ferrus 1608A. Эти порошкообразные материалы не пылят, так как упакованы по 4 или 8 кг. Порошки просты в применении, подаются на поверхность зеркала металла, расфасовка материалов может быть разной, с учетом требований каждого потребителя. Основной компонент теплоизоляционного материала Slax 1370-кремнезем; кроме того, кроме того в нем содержится до 6,5 % углерода. Материал Slax 1370 имеет низкую теплопроводность и плотность-0,71 ДЖ/(см2*с) и 0,25 г/см3, что соответствует санитарно-гигиеническим нормам ЕС.

Материал Ferrus 1608A имеет плотность 0,55-0,65 г/см3, один из компонентов - алюминий (до 27%), после его подачи на зеркало жидкого металла начинается процесс горения алюминия. Эту экзотермическую смесь можно отнести к медленногорящим, длительность горения не превышает 7 мин (в соответствии с сертификатом фирмы «Foseco Steel»). Фактически длительность горения больше (рис.2), что связанно с длительным разогревом материала в прибыльной части слитка.

3.jpg

Рис. 2. Изменение температуры поверхности засыпки (1), прибыли (2) и изложницы (3) при использовании засыпок Ferrux (а), Slax 1370 (б) и перлита (в)

По принятой технологии в ОАО «МЗ Камасталь» слитки разливают в изложницы 6 и 7 т, на них устанавливают прибыльную конусную надставку высотой 580 мм, футерованную шамотным кирпичом, с последующей длительной сушкой. Длительность заливки слитка 4,5 мин, прибыльной надставки 2,0 мин. На зеркало прибыли после заливки слитка засыпают перлит. При проведении испытаний на третьем слитке засыпали Slax, на четвертом Ferrux, а пятый заливали как сравнительный. При этом фиксировали длительность заливки слитка и прибыли.

На одной из плавок измеряли температуру поверхности засыпки, поверхности прибыли и изложницы как на опытных, так и на сравнительном слитках. Измерения проводили с помощью радиационного термометра Ranger MX-2 с диапазоном измерения 30-900 Co в следующих точка: в центральной области на поверхности засыпки, в верхней части, середине и нижней части стенки надставки и на расстоянии 13 от верха изложницы (см. рис. 2).

Видно, что характер изменения температуры по ходу затвердевания значительно различается только на поверхности засыпки, изменение температуры по ходу затвердевания значительно различается только на поверхности засыпки, изменение температуры слитка и прибыльной надставки имеет одинаковый характер. Поверхность прибыли быстро разогревается, а затем стабилизируется на определенном уровне, отличаясь лишь по абсолютной величине. В процессе затвердевания стабильна и температура изложницы.

Различия температуры засыпки связаны с характером процессов, протекающих при использовании разных материалов. Засыпка Slax ложится на поверхность металла плотным слоем и в процессе прогрева не выделяет газов. Она медленно нагревается по мере затвердевания слитка, через 40 мин температура достигает 20 Co (при этом температура в цехе 5 Co), через 2,5 ч – 100 Co, а далее начинает слабо снижаться.

Другой характер носит изменение температуры поверхности засыпки Ferrux. Увеличение температуры поверхности смеси после засыпки происходит быстро, с через 15 мин после заливки она повышается до 800 C, а зачтем в течении 20 мин снижается до температуры, характерной для засыпки в сравнительном слитке. Из-за наличия в смеси расширяющихся в процессе разогрева компонентов материала Ferrux увеличивается в объеме 90%, а Slax не изменяет своего объема. При затвердевании в связи с усадкой металла высота засыпки в прибыли изменяется (рис. 3). Высота засыпки Ferrux увеличивается от 90 до 170 мм. Затем уровень стабилизируется и в дальнейшем снижается примерно с той же скоростью, как и уровень засыпки Slax, что косвенно указывет на одинаковую скорость усадки металла в головной части слитка.

4.jpg

Рис. 3. Изменение высоты засыпок Slax 1370 (1) и Ferrux 1608 А (2) по ходу затвердевания слитка

Форма усадочной раковины головной части прибыли слитков при различных засыпках показана на рис. 4. Форма усадочной раковины при засыпке Slax показывает, что начальный период затвердевания по периметру прибыли происходит образование тонкой корочки металла, а затем по мере прогрева теплоизоляции боковой стенки прибыли ее рост резко замедляется.

5.jpg

Рис. 4. Поперечные разрезы прибыльных частей слитков с различными засыпками: Slax (а), сравнительный перлит (б) и Ferrux (в)

 

 Таблица 1. Выход годного и снижение головной обрези завода ООО "МЗ Камсталь" в зависимости от материала засыпки

Показатель
Slax 1370
Ferrux 1608A
Перлит (сравнительный слиток)
Масса слитка, кг
5516/6350
5546/6330
5980/6430
Чистая масса поковок, кг
4560/5215
4380/5240
4420/5105
Глубина рыхлой части по УЗК, мм
340
180
700
Отходы, кг:
 
низ
130/100
200/80
-
верх
590/690
640/630
-
темплет
180/135
180/190
-
общие
900/925
1020/900
-
Доля прибыли и отходов, %
16,5/14,6
18,4/14,2
26,1/24,5
Увеличение выхода годного, %
9,6/9,9
7,7/10,3
-

 

По мере снижения уровня жидкого металла в прибыли образовавшаяся корочка начинает деформироваться по действием силы тяжести, заворачивается вовнутрь, образуя после затвердевания навес по периметру прибыли, в некоторых точках даже смыкается с поверхностью усадочной раковины.

Металл в верхней части прибыли остается жидким практически до полного затвердевания головной части, не происходит образование мостов, характерных для сравнительного слитка. Глубина усадочной раковины в опытных слитках значительно меньше, чем в сравнительном, при этом уровень налива прибыли опытных слитков на 42% меньше, чем в сравнительном слитке.

Контроль опытных и сравнительного слитков массой 6 т (числитель) и 7 т (знаменатель) проведен в кузнечном цехе на разных стадиях с контролем отходов головной и донной частей (табл. 1).

Для оценки качества металла и установления нормы обрези на опытных слитках анализировали макроструктуру на дух поперечных темплетах, взятых один на расстоянии 80 мм от границы прибыли со слитком, а другой по линии границы.

Металлографический анализ по ГОСТ 10243-75 показал улучшенние качества металла опытных слитков по сравнению с обычным (табл. 2). Не выявлено ликвационных явлений в осевой зоне  при использовании материалов фирмы «Foseco Steel», в то время как в сравнительном слитке это имело место. Темплеты четко показали улучшение макроструктуры слитков, отлитых с применением как теплоизоляционных (третий слиток), так и экзотермических материалов (четвертый слиток).

После проведения опытов в ОАО «МЗ Камасталь» достигнут эффект уменьшения массы 6-т слитка на 450 кг, что составило более 8,0% общей массы слитка.

Выводы

1. Успешно опробованы теплоизоляционные и экзотермические материалы фирмы «Foseco Steel» в ОАО «МЗ Камасталь» для увеличения выхода годного и улучшения качества слитка.

2. Футеровка надставки секционная, при этом повышается производительность труда, сокращается и упрощается цикл подготовки прибыли (исключается сушка надставки).

3. Металлографические исследования показали, что плотность металла в слитках с использованием материалов фирмы «Foseco Steel» выше, чем на сравнительном слитке. Протяженность зоны рыхлой части по УЗК значительно уменьшается, примерно в четыре раза при использовании экзотермической засыпки и более чем в два раза – теплоизоляционной.

 

Экономическая эффективность  применения засыпки оценивается максимальным увеличением выходного: 8 % для 6-т и 10,1 % для 7-т слитка.

Технологию и материалы фирмы «Foseco Steel» можно использовать на любых металлургических и машиностроительных заводах с заметной выгодой для предприятия.

 

Таблица 2. Оценка макроструктуры по ГОСТ 10243 поковки из стали 42CrMo4V

Темлпет Макроструктура
  Засыпка Slax. Третий слиток
Подприбыльный (на границе слитка и прибыли) Металл плотный. Приповерхностные трещены размером 3 мм. Подкорковые дефекты в виде скопления пор на глубине до 20 мм, расположенные на 1/3 длины окружности макротемплета. Точечная неоднородность (шкала 2а ГОСТ 20243) до балла 1,0 и подусадочная ликвация (шкала 6а ГОСТ 10243) до балла 1,0, по остальным шкалам ГОСТ 10243 балла 0
На глубине 50-80 мм Металл плотный. Подусадочная ликвация балла 0,5 и точечная неоднородность балла 0,5. Поверхность трещины до 3 мм. Местное подкорковое скопление пор на глубине до 12 мм
  Засыпка Ferrux. Четвертый слиток
Подприбыльный (на границе слитка и прибыли) Металл плотный. Точечная неоднородность балла 0,5. Поверхность трещины до 12 мм, одна трещина расположена под углом к поверхности, сопровождается неметаллическими включениями и порами, имеет заворот корочки. Подкорковые дефекты в виде пор и трещин расположены на 1/2 длины окружности макротемплета
На глубине 50-80 мм Точечная неоднородность не более балла 0,5. Металл плотный. Одна поверхностная трещина 5 мм
  Засыпка перлит. Пятый слиток (сравнительный)
Подприбыльный (на границе слитка и прибыли) Металл плотный. Тогчечная неоднородность балла 1,0. Поверхностные трещины на глубину до 5 мм. Подкорковые дефекты в виде пор на глубину 30-40 мм, расположенные на 1/3 длины окружности. Светлый контур в осевой зоне, образовавшийся в результате ликвационных процессов при недостаточной работе прибыли в данном сечении слитка
© ООО “Новые технологии”, 2019 г.