Разработка экологичного и эффективного процесса непрерывной разливки стали для производства стальных шариков, несущих высокие нагрузки, стала целью отрасли.
I.Предыстория исследования и проблемы
Национальная стратегия развития «двойного углерода» способствует быстрому развитию чистой энергетики, высокотехнологичного оборудования и других областей. Например, выработка ветровой энергии вырастет с менее чем 10 процентов в настоящее время до более чем 50 процентов в 2060 году. Большие стальные шарики, несущие нагрузку, являются ключевыми компонентами крупных проектов и оборудования, таких как производство ветровой энергии, и являются важной гарантией реализации национальных стратегий, таких как «сделано в Китае» и «энергетическая безопасность». Как мы все знаем, техническая сложность тел качения в подшипниковых материалах выше, чем у наконечников, а сложность стальных шариков выше, чем у роликов и игл. По сравнению с другими стальными шариками подшипников, стальные шарики подшипников с высокой нагрузкой имеют следующие технические трудности: ① большая нагрузка: нагрузка на раздавливание составляет более 2500 кН, а рабочее напряжение составляет более 1250 кН, поэтому они более чувствительны к усталостному разрушению; ② Большой размер: размер стального шарика большой нагрузки до Φ 89 мм (соответствующая спецификация стержня составляет Φ 60 мм), трудно контролировать однородность стальной конструкции; ③ Худшие условия эксплуатации: ветроэнергетический подшипник не требует технического обслуживания в течение всего срока службы. Он используется при низких температурах, коррозии и других суровых условиях. Содержание фосфора в стали должно быть меньше или равно 0,010 процента.
Основываясь на вышеуказанных характеристиках, стальной шарик, несущий большую нагрузку, требует, чтобы количество включений в стали было небольшим, а размер - небольшим, карбиды были мелкими и однородными, а содержание вредных элементов, таких как P, было низким. В настоящее время отечественное и зарубежное производство может использовать только процесс литья в форму, но этот процесс имеет проблемы с высоким потреблением энергии, низкой эффективностью производства и высокой стоимостью производства. Таким образом, разработка экологичного и эффективного процесса непрерывного литья стали для производства стали для стальных шариков, несущих тяжелые грузы, стала целью отрасли. Если его удастся успешно преодолеть, он сможет заполнить пробел в стране и за рубежом, и только выход металла возрастет примерно с 83 процентов при литье в кокиль до более чем 96 процентов при непрерывном литье.
Хотя с непрерывным развитием технологий в металлургической промышленности содержание фосфора в подшипниковой стали и чистота жидкой стали больше не стали ограничивающими звеньями для улучшения качества подшипниковой стали, некоторые предприятия специальной стали также могут использовать процесс непрерывной разливки для производить небольшие спецификации（ Φ Тем не менее, существует несколько отчетов об исследованиях того, как быстро контролировать содержание фосфора в расплавленной стали в пределах {{0}},010 процентов, а общее содержание кислорода в стали в пределах 5 частей на миллион в высокоэффективном конвертере (кислород интенсивность предложения достигает 5,0Nm3/ мин /t) и ускоренный режим рафинирования, а также как стабильно производить крупногабаритные и долговечные подшипниковые стальные шарики с помощью процесса непрерывного литья. Таким образом, Jiangsu Zhongtian iron and Steel Group Special Steel Co., Ltd. нацелена на производство стальных шариков с высокими нагрузками с помощью экологичного и эффективного процесса непрерывного литья стали. Проект должен решить научно-технические проблемы и общие промышленные проблемы, такие как контроль высокой эффективности и низкого содержания фосфора в конвертере, высокоскоростное рафинирование контроля чистоты расплавленной стали, низкая центральная сегрегация и контроль однородности высокой организации.
Ⅱ.Идеи и технические решения для решения проблем
Стальные шарики, несущие большие нагрузки, долгое время использовались в условиях высоких переменных нагрузок, таких как удар, сжатие и сдвиг. Между тем, некоторые из них использовались в холодных районах, например, стальные шарики подшипников ветряных турбин, которые имеют характеристики «большая нагрузка, большие характеристики и длительный срок службы». Чтобы соответствовать строгим характеристикам качества стальных шариков, несущих большие нагрузки, показатели качества стали должны быть следующими: ① высокая чистота, небольшие включения (DS меньше или равно {{0}}.5) , малое количество и низкое содержание кислорода (T) O Меньше или равно 5 ppm, низкое содержание кальция [Ca] Меньше или равно 2 ppm, сертифицирована высокочастотная ультразвуковая дефектоскопия с погружением в воду (10МГц плюс усиление 21 дБ) ; ② Микроструктура и свойства однородны, индекс сегрегации углерода в прокатной заготовке меньше или равен 1,05, чистая форма меньше или равна 2,5, а форма полосы меньше или равна 2,0; ③P Меньше или равно 0,010 процента.
Таким образом, проект фокусируется на трех основных технологиях: «зеленая эффективность, суперчистота и высокая организационная однородность». Основные идеи и содержание исследования следующие:
1. Исследование технологии контроля низкого содержания фосфора в высокоэффективном конвертере.
Традиционный конвертер, выплавляющий сталь с низким содержанием фосфора (содержание фосфора меньше или равно 0,01 процента), обычно использует метод двойного шлака или метод двойной комбинации, а интенсивность подачи кислорода меньше или равна 3,5 нм3 / (мин ·t). Производственная эффективность этого режима плавки низкая, и цикл плавки будет продлен более чем на 5 минут. Внедрение одношлакового метода и увеличение интенсивности подачи кислорода в конвертер является наиболее эффективным способом сокращения цикла плавки конвертера. Однако это приведет к ряду проблем, таких как ускорение скорости обезуглероживания, легкая сушка в печи, ухудшение эффекта дефосфорации и увеличение вероятности разбрызгивания. На основе проблем, существующих при высокоинтенсивной плавке конвертера, разработан высокоэффективный процесс плавки конвертера со сверхнизким содержанием фосфора путем изучения закона дефосфорации процесса конвертерной плавки и сочетания технологии многофазной дефосфорации шлака.
По механизму дефосфорации конвертера изучен закон распределения фосфора в конвертерных шлаках. На рис. 1 представлен минерально-фазовый состав конвертерного шлака. Видно, что P в основном присутствует вC2S-C3Pфаза. Поэтому увеличение долиC2S-C3Pфаза может улучшить эффект дефосфорации конвертерного шлака.
Рис. 1 Минерально-фазовый состав шлака вращающейся печи
С помощью термодинамической программыFдействоватьSвозраста и в сочетании с данными промышленного производства делается вывод о том, что снижение содержания FeO в шлаке может повыситьC2S-C3Pсоотношение фаз в шлаке. Например, взяв 50% CaO плюс 20% SiO2 плюс 10% MgO плюсXFeOплюс 5 процентов P2O5 в качестве примера, установлено, чтоC2S-C3Pсоотношение фаз постепенно увеличивается с уменьшением содержания FeO в шлаке, как показано на рис. 2.
Рис. 2 Влияние FeO наC2S-C3Pсоотношение фаз
Рис. 3 показываетC2S-C3Pрезультаты фазового контроля конвертерных шлаков. Видно, что содержание FeO в конвертерном шлаке может быть снижено с 16-20 процентов до оптимизации до 10-12 процентов путем нажатия на пистолет на 1-2мин до окончания продувки. При условии надлежащего снижения основности конвертерного шлака более высокая доляC2S-C3Pфаза все еще может быть получена.
Рис. 3C2S-C3Pсоотношение фаз в конвертерном шлаке до и после оптимизации
На рис. 4 показано влияние интенсивности подачи кислорода на время подачи кислорода. Видно, что при увеличении интенсивности подачи кислорода от 3,5Nm3/мин/т до 5.0Nm3/т/мин среднее время подачи кислорода может быть сокращено на 3,1 мин.
Рис. 4 Влияние интенсивности подачи кислорода на время подачи кислорода
Рис. 5 Влияние интенсивности подачи кислорода на дефосфорацию
На рис. 5 показано влияние интенсивности подачи кислорода на дефосфорацию. Видно, что при увеличении долиC2S-C3Pфазы в конвертерных шлаках даже при увеличении интенсивности подачи кислорода с 3,5Nm3/мин/т до 5.0Nm3/т/мин, способность дефосфорации конвертерного шлака дополнительно улучшается по сравнению с исходным процессом, и, наконец, реализуется высокоэффективная и недорогая выплавка стали с низким содержанием фосфора.
2. Изучение стремительно развивающейся сверхчистой технологии внешней очистки.
Традиционно считается, что длительное рафинирование легче улучшить чистоту расплавленной стали, поэтому время рафинирования подшипниковой стали обычно составляет 80 ~ 120 мин. Установлено, что когда время рафинирования превышает 30 мин, эффект удаления включений незначителен при увеличении времени рафинирования. В то же время реакция шлаковой стали в течение длительного времени будет приводить к превращению включений из исходной твердой глиноземной или алюмомагнезиальной шпинели в легкоплавкий алюминат кальция, что приведет к невозможности эффективного удаления включений в последующем процессе РВ. и в конечном итоге влияет на чистоту расплавленной стали.
Это исследование ломает традиционное мышление. С одной стороны, он разрабатывает быстро развивающийся и высокоэффективный процесс рафинирования для подавления реакции шлака стали в процессе рафинирования, контролируя время рафинирования в пределах 40 минут. В то же время изучается влияние сплава на состав включения и находит способ устранить влияние сплава на включение. Наконец, он осуществляет контроль включений твердого оксида алюминия и алюмомагнезиальной шпинели. С помощью мощной вакуумной обработки RH реализуется высокоэффективное удаление твердых включений глинозема и алюмомагнезиальной шпинели. Поскольку эффективность удаления включений твердого оксида алюминия и алюмомагнезиальной шпинели чрезвычайно высока в процессе ОВ, даже при высоком вакууме ОВ (< 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 показан эффект реализации оптимизированного процесса. Можно видеть, что благодаря оптимизации время рафинирования сокращается с 80-120 мин до 30-40 мин в исходном процессе, а в процессе рафинирования контролируется перемешивание расплавленной стали. После рафинирования контролируются твердые включения магниево-алюминиевой шпинели.
(а) состав включения в конце LF; (b) Общий кислород подшипниковой стали (2021 г.)
Рис. 6. Результаты контроля после оптимизации процесса
3 Изучение новой технологии металлургии промковша
Контролируя включения подшипниковой стали в твердый глинозем и алюмомагнезиальную шпинель, в процессе непрерывной разливки будет происходить образование узелков, влияющее на плавность производства (количество печей непрерывной и стабильной разливки обычно меньше или равно 6). При этом часть наплывов будет беспорядочно отслаиваться в сталь, образуя макрокрупные включения, которые серьезно ухудшат чистоту стали. В связи с этой проблемой был разработан новый тип технологии металлургии промежуточного ковша, то есть в промежуточном ковше установлено горизонтальное электромагнитное перемешивание (название: гомогенизатор промежуточного ковша). Его цель состоит в том, чтобы управлять высокоэффективным потоком расплавленной стали в промежуточном ковше, способствовать плаванию включений, дополнительно улучшать чистоту расплавленной стали, достигать цели уменьшения образования узлов на форсунке и решать технические проблемы плохой разливки подшипниковой стали. и низкий уровень квалификации макросов. В то же время под действием электромагнитной силы температура между каждым потоком одинакова, а разница температур между двумя сторонами разливочного устройства может быть уменьшена с 3 ~ 5 градусов исходного процесса до 1 ~ 2 градусов.
На рис. 7 представлены результаты контроля количества включений в литейном слябе. Можно видеть, что количество включений в литейном слябе еще больше уменьшается после применения электромагнитного перемешивания к разливочному ковшу, что указывает на то, что чистота расплавленной стали может быть дополнительно улучшена при применении к разливочному устройству электромагнитного перемешивания. На рис. 8 показано влияние электромагнитного перемешивания на скорость подъема стопорного стержня в промежуточном ковше. По мере дальнейшего повышения чистоты расплавленной стали в промежуточном ковше скорость подъема стопорного стержня значительно снижается после применения электромагнитного перемешивания. После применения электромагнитного перемешивания к промежуточному ковшу количество печей непрерывной разливки жидкой стали может быть увеличено с 6 до 8. На рис. 9 показана разница температур жидкой стали по обеим сторонам промежуточного ковша. Можно видеть, что после применения электромагнитного перемешивания к разливочному устройству разница температур расплавленной стали на обоих концах разливочного устройства может быть уменьшена с 3-5 градусов в исходном процессе до 1-2 градусов.
Рис. 7 Влияние электромагнитного перемешивания в промежуточном ковше на количество включений в заготовке
Рис. 8 Влияние электромагнитного перемешивания в промежуточном ковше на скорость подъема стопорного стержня
Рис. 9 Влияние электромагнитного перемешивания в промежуточном ковше на однородность температуры расплавленной стали
4. Исследование точного динамического процесса непрерывного литья под высоким давлением и высокотемпературной диффузионной технологией.
Традиционный стальной шарик, несущий большую нагрузку, изготавливается методом литья под давлением. Основная причина заключается в том, что контроль неоднородности карбида шарика из подшипниковой стали, произведенного методом непрерывного литья, не может соответствовать требованиям. С популяризацией технологии мягкого восстановления, несмотря на то, что способность контролировать сегрегацию углерода была улучшена, она по-прежнему сталкивается с проблемой невозможности точного определения конечной точки затвердевания и применения разумного сокращения. В этом проекте установлено динамическое моделирование затвердевания цветения? В сочетании с тестом заполнения свинцом и анализом трещины восстановления мы осваиваем положение конца затвердевания и закон изменения скорости твердого тела, решаем ключевую проблему теории процесса «куда нажимать и как нажимать», разрабатываем многофакторная технология соединения «перегрева, вторичной охлаждающей способности, скорости и динамического высокого давления» и преодоление проблемы управления центральной сегрегацией в процессе непрерывного литья. Когда общее обжатие достигает 20-25 мм, индекс сегрегации углерода заготовки поддерживается на уровне 1,06-1,10. Путем изучения влияния температуры и времени выдержки на эффект высокотемпературной диффузии был разработан гибкий процесс с высокой эффективностью и энергосбережением и высокотемпературной диффузией. Когда температура выдержки сляба непрерывного литья под высоким давлением составляет 1240°C плюс время выдержки 8 часов, индекс центральной сегрегации углерода достигает 1,05, а форма полосы меньше или равна 2,0.
На рис. 10 показаны результаты контроля сегрегации углерода литого сляба после приложения высокого давления. Видно, что среднее значение индекса сегрегации углерода литого сляба может достигать 1,06 ~ 1,10.
Рис. 10. Результаты контроля сегрегации углерода в заготовке из подшипниковой стали
На рис. 11 показана морфология структуры карбидных полос до и после оптимизации шариковой стали, несущей высокие нагрузки, путем непрерывного литья под высоким давлением и процесса высокотемпературной диффузии (выдержка при 124{{10}} градусах в течение 8 часов). . Среди них, благодаря процессу высокотемпературного диффузионного отжига, сегрегация углерода в литой заготовке дополнительно снижается с 1,06 ~ 1,10 до 1,05, а ленточная карбидная структура проката снижается с 3,0 до менее или равной 2,0.
Рис. 11 Φ Форма твердосплавной ленты до и после улучшения на 60 мм:
(a) 100 до улучшения ×; (b) 500 до улучшения ×; (c) 100 процентов после улучшения ×; (г) 500 после улучшения ×
5. Исследование технологии оперативного управления структурой крупногабаритной несущей стали.
Углеродный контроль крупномасштабной сетки из стальных стержней для подшипников непрерывного литья является распространенной технической проблемой в отрасли. Ввиду основных проблем теории процессов, вызванных такими факторами, как температура ядра «черного ящика», большая разница температур поверхности ядра, недостаточная способность управления прокаткой и охлаждением, динамическая ЦКТ, динамическое фазовое превращение и температурное поле контролируемой прокатки и Процесс охлаждения изучается с помощью теплового моделирования Gleeble. Разработан стальной стержень большого размера с контролем температуры сердцевины плюс технология управления структурой в режиме онлайн контролируемой прокатки в двухфазной зоне Fe3C, зоне высокотемпературной рекристаллизации и секционном сверхбыстром контролируемом охлаждении после завальцовка, и стабилизированный контроль карбида сети Менее чем или равный к 2,5 рангу.
Рис. 12 Микроструктура 100crmnsi6-4 после двух проходов горячего прессования
(а) 850 плюс 840 градусов; (б) 850 плюс 800 градусов; (с) 850 плюс 760 градусов; (d) 850 плюс 720 градусов - 20 градусов/с охлаждение до 600 градусов
Ⅲ.Основные инновационные достижения
Проект инициировал процесс непрерывного литья для замены литья в форму и импорта, сосредоточился на исследованиях процессов и инновациях в области сокращения выбросов зеленых отходов, высокого качества и высокой эффективности, энергосбережения и снижения потребления, успешно решил ключевую технологию контроля стали для больших нагрузок. подшипник стальных шариков, и реализовано промышленное применение. Основные технические новшества проекта:
1. Это первый набор ключевых технологий для производства стержней для стальных шариков, несущих большие нагрузки, методом непрерывного литья вместо литья под давлением. Производительность готовой продукции увеличилась примерно на 13 процентов, а выбросы углерода в жизненном цикле продукции сократились на 105,3 кг/т, что составляет снижение на 4,3 процента (данные Китайского металлургического института планирования и исследований) и крупномасштабное промышленное применение. было реализовано;
2. Была разработана быстрая и чистая технология процесса плавки, сочетающая «высокоэффективную дефосфорацию конвертера плюс контроль большого краевого угла смачивания включений LF плюс сильную циркуляцию RH». Эффективность увеличилась примерно на 30 процента, а DS подшипниковой стали меньше или равно 0,5, низкое содержание кислорода до меньше или равно 5 частей на миллион, низкое содержание кальция [Ca] меньше или равно 2 частей на миллион и высокое - Частота квалификации дефектоскопии с погружением в воду была реализована выше или равной 99 процентам (10 МГц плюс усиление 21 дБ);
3. Была разработана многофакторная технология соединения «технология гомогенизации промежуточного ковша плюс точное динамическое снижение большого давления заготовки непрерывного литья плюс процесс высокотемпературной диффузии», и была решена техническая проблема центральной сегрегации в процессе непрерывного литья. Индекс сегрегации углерода прокатной заготовки был меньше или равен 1,05, а полосовой карбид был меньше или равен 2,0;
4. Разработан крупногабаритный подшипниковый стальной стержень с контролем температуры сердцевины плюс технология управления структурой в режиме онлайн контролируемой прокатки в двухфазной зоне Fe3C и зоне рекристаллизации, а также секционное сверхбыстрое контролируемое охлаждение после прокатки и стабильный контроль сетчатого карбида Меньше или равно до 2,5 класса.
Ⅳ.Применение и эффект
В проекте объединены различные инновационные технологии. Это первая компания, применившая схему непрерывного литья и прокатки: «расплавленный чугун в доменной печи → конвертер → рафинирование → вакуумная дегазация → непрерывное литье блюминга → нагрев и блюминг → контролируемая прокатка и охлаждение». Он успешно преодолел ключевую технологию контроля стали для стальных шариков, несущих большие нагрузки, и реализовал замену литья в форму и импорта.
Комитет по оценке достижений проекта считает, что достижение в целом достигло международного лидирующего уровня. Продукция проекта широко используется в больших несущих стальных шарах ветроэнергетики, щитовых машинах, больших экскаваторах и другом крупном инженерном оборудовании, предоставляя высококачественное сырье для международных и отечественных известных клиентов подшипниковых стальных шаров. За последние три года было продано в общей сложности 102000 тонн, а накопленная чистая прибыль достигла 153 миллионов юаней. Внесите положительный вклад в технологический прогресс высокотехнологичной цепочки производства подшипников в Китае.
Больше оВБМСтальной шар:
Шарики из подшипниковой стали являются важными базовыми компонентами в промышленности. Шарики из подшипниковой стали имеют долгую историю использования в прецизионной подшипниковой промышленности и в быту и более широко используются. Можно сказать, что стальные шарики существуют в большинстве мест, где есть вращение, широко известные как стальные шарики и шарики. Стальные шарики широко используются в подшипниках, скобяных изделиях, электронике, железном искусстве, механическом оборудовании, электроэнергетике, горнодобывающей промышленности, металлургии и других областях.
WBM теперь имеет возможность поставлять полный набор инструментов для линии шлифования конических роликов Modler.Ихинструментsхорошо подходят для бесцентровых шлифовальных станков и торцевых шлифовальных станков. И помочь клиенту производить высокоточные ролики с низкой стоимостью.
WBM получила сертификаты ISO9001: 2000 и ISO/IATF16949. Выдающаяся репутация WBM основана на наших основных принципах управления: технические инновации, высокое качество продукции и эффективность, трудолюбие, удовлетворение ожиданий клиентов и превосходство их ожиданий. WБМзапаснойsникаких усилий по созданию максимальной ценности для клиентов.