Udviklingen af grøn og effektiv stålfremstillingsproces til kontinuerlig støbeproces til fremstilling af højbelastningsbærende stålkugler er blevet industriens forfølgelsesmål
I.Forskningsbaggrund og problemstillinger
Den nationale "dobbeltkulstof"-udviklingsstrategi fremmer den hurtige udvikling af ren energi, avanceret udstyr og andre områder. For eksempel vil vindkraftproduktionen stige fra mindre end 10 procent på nuværende tidspunkt til mere end 50 procent i 2060. Store bærende stålkugler er de vigtigste kernekomponenter i større projekter og udstyr såsom vindkraftproduktion, og er en vigtig garanti for realiseringen af nationale strategier såsom "made in China" og "energisikkerhed". Som vi alle ved, er den tekniske vanskelighed ved at rulle elementer i lejematerialer større end for ferrules, og vanskeligheden ved stålkugler er større end for ruller og nåle. Sammenlignet med andre bærende stålkugler har højbelastningsbærende stålkugler følgende tekniske vanskeligheder: ① større belastning: knusningsbelastningen er mere end 2500kN, og arbejdsspændingen er mere end 1250kn, så de er mere følsomme over for træthedsfejl; ② Større størrelse: stor belastning stålkuglestørrelse op til Φ 89 mm (tilsvarende stangspecifikation er Φ 60 mm), det er vanskeligt at kontrollere ensartetheden af stålkonstruktionen; ③ Værre servicemiljø: Vindkraftslejet er fri for vedligeholdelse i hele livscyklussen. Det bruges i lav temperatur, korrosion og andre barske miljøer. P-indholdet i stål skal være mindre end eller lig med 0,010 procent.
Baseret på ovenstående egenskaber kræver den store bærende stålkugle, at antallet af indeslutninger i stålet er lille og størrelsen er lille, karbiderne er fine og ensartede, og indholdet af skadelige elementer som P er lavt. På nuværende tidspunkt kan den indenlandske og udenlandske produktion kun anvende formstøbeprocessen, men denne proces har problemer med højt energiforbrug, lav produktionseffektivitet og høje produktionsomkostninger. Derfor er udviklingen af grøn og effektiv stålfremstillingsproces til kontinuerlig støbning til fremstilling af stål til tunge bærende stålkugler blevet industriens forfølgelsesmål. Hvis det kan overvindes med succes, kan det fylde hullet i ind- og udland, og kun metaludbyttet vil stige fra omkring 83 procent af formstøbningen til mere end 96 procent af kontinuerlig støbning.
Selvom fosforindholdet i lejestål og renheden af smeltet stål ikke længere er blevet de begrænsende led for kvalitetsforbedring af lejestål, kan nogle specialstålvirksomheder også bruge kontinuerlig støbeproces med de kontinuerlige teknologiske fremskridt i den metallurgiske industri. lave små specifikationer（ Φ Der er dog få forskningsrapporter om, hvordan man hurtigt kan kontrollere P-indholdet i smeltet stål til inden for {{0}}.010 procent og den samlede oxygen i stål til inden for 5 ppm under højeffektiv konverteren (ilt forsyningsintensitet når 5,0Nm3/ min /t) og hurtig raffineringstilstand, og hvordan man stabilt producerer store og langtidsholdbare stålkugler ved kontinuerlig støbeproces. Derfor sigter Jiangsu Zhongtian jern- og stålgruppen Special Steel Co., Ltd. mod produktion af højbelastningsbærende stålkuglestål ved grøn og effektiv stålfremstillingsproces med kontinuerlig støbning. Projektet skal løse de videnskabelige og tekniske problemer og industrielle almindelige problemer såsom højeffektivitet og lavt fosforindholdskontrol af konverter, højhastighedsraffinering af smeltet stålrenhedskontrol, lav centeradskillelse og høj organisationsensartethedskontrol.
Ⅱ.Idéer og tekniske løsninger til løsning af problemer
Store bærende stålkugler har været brugt i lang tid under høje vekslende belastninger såsom slag, kompression og forskydning. I mellemtiden er nogle af dem blevet brugt i kolde områder, såsom vindmøllebærende stålkugler, som har karakteristika af "stor belastning, stor specifikation og lang levetid". For at imødekomme den strenge kvalitetspræstation af store bærende stålkugler skal kvalitetsindikatorerne for stål være: ① høj renhed, små indeslutninger (DS mindre end eller lig med {{0}}.5) , lille mængde og lav oxygen (T) O Mindre end eller lig med 5 ppm, lavt calcium [Ca] Mindre end eller lig med 2 ppm, vandnedsænkning højfrekvent ultralydsfejldetektion kvalificeret (10MHz plus 21db gain) ; ② Mikrostrukturen og egenskaberne er ensartede, kulstofsegregationsindekset for valset billet er mindre end eller lig med 1,05, nettoformen er mindre end eller lig med 2,5, og båndformen er mindre end eller lig med 2,0; ③P Mindre end eller lig med 0,010 procent.
Derfor fokuserer projektet på de tre kerneteknologier "grøn effektivitet, superrenlighed og høj organisatorisk ensartethed". De vigtigste forskningsideer og indhold er som følger:
1. Undersøgelse af lav-fosfor kontrolteknologi af højeffektiv konverter
Den traditionelle konverter, der smelter stål med lavt fosforindhold (phosphorindhold mindre end eller lig med 0,01 procent) anvender generelt dobbelt slaggemetoden eller dobbeltkombinationsmetoden, og ilttilførselsintensiteten er mindre end eller lig med 3,5nm3/ (min ·t). Produktionseffektiviteten af denne smeltetilstand er lav, og smeltecyklussen vil blive forlænget i mere end 5 minutter. Ved at anvende enkeltslaggemetoden og øge iltforsyningsintensiteten af konverteren er den mest effektive måde at forkorte konverterens smeltecyklus. Det vil dog føre til en række problemer, såsom at accelerere afkulningshastigheden, let tørring i ovnen, forringe affosforiseringseffekten og øge sandsynligheden for sprøjt. Baseret på de problemer, der eksisterer i højintensitetssmeltning af konverter, udvikles konverterens højeffektive og ultralave fosforsmelteproces ved at studere dephosphoriseringsloven for konvertersmelteprocessen og kombinere multifase slaggedephosphoriseringsteknologien.
Ifølge konverterens affosforiseringsmekanisme studeres distributionsloven for fosfor i konverterslagge. Figur 1 viser mineralfasesammensætningen af konverterslagge. Det kan ses, at P hovedsageligt findes iC2S-C3Pfase. Derfor øges andelen afC2S-C3Pfase kan forbedre affosforiseringseffekten af konverterslagge.
Fig. 1 mineralfasesammensætning af roterende ovnslagge
Ved hjælp af den termodynamiske softwareFhandlingSalder og i kombination med de industrielle produktionsdata konkluderes det, at en reduktion af FeO-indholdet i slaggen kan øgeC2S-C3Pfaseforhold i slaggen. For eksempel at tage 50 procent CaO plus 20 procent SiO2 plus 10 procent MgO plusXFeOplus 5 procent P2O5 som et eksempel, viser det sig, atC2S-C3Pfaseforholdet stiger gradvist med faldet i FeO-indholdet i slaggen, som vist i fig. 2.
Fig. 2 Virkning af FeO påC2S-C3Pfaseforhold
Fig. 3 viserC2S-C3Pfasestyringsresultater af konverterslagge. Det kan ses, at FeO-indholdet i konverterslagge kan reduceres fra 16-20 procent før optimering til 10-12 procent ved at trykke på pistolen i 1-2min. før slutningen af blæsningen. Under betingelse af korrekt at reducere basiciteten af konverterslagge, en højere andel afC2S-C3Pfase kan stadig opnås.
Fig. 3C2S-C3Pfaseforhold i konverterslagge før og efter optimering
Fig. 4 viser effekten af oxygentilførselsintensitet på oxygentilførselstiden. Det kan ses, at når ilttilførselsintensiteten øges fra 3,5Nm3/min/t til 5.0Nm3/t/min kan den gennemsnitlige ilttilførselstid forkortes med 3,1 min.
Fig. 4 Effekt af ilttilførselsintensitet på ilttilførselstid
Fig. 5 Effekt af ilttilførselsintensitet på defosforisering
Fig. 5 viser virkningen af oxygentilførselsintensitet på dephosphorisering. Det kan ses, at ved at øge andelen afC2S-C3Pfase i konverterslagge, selvom ilttilførselsintensiteten øges fra 3,5Nm3/min/t til 5.0Nm3/t/min forbedres affosforiseringskapaciteten af konverterslagge yderligere sammenlignet med den oprindelige proces, og den højeffektive og billige smeltning af lavfosforstål er endelig realiseret.
2. Undersøgelse af hurtig ultraren ekstern raffineringsteknologi
Traditionelt antages det, at langtidsraffinering er lettere at forbedre renheden af smeltet stål, så raffineringstiden for lejestål er normalt kontrolleret til 80 ~ 120 min. Det har vist sig, at når raffineringstiden overstiger 30 minutter, er fjernelseseffekten af indeslutninger ikke signifikant med forlængelsen af raffineringstiden. Samtidig vil slaggestålreaktionen i lang tid føre til transformation af indeslutninger fra indledende faste aluminiumoxid- eller magnesia-aluminiumoxid-spinel-indeslutninger til calciumaluminat med lavt smeltepunkt, hvilket resulterer i en fejl i effektiv fjernelse af indeslutninger i den efterfølgende RH-proces og i sidste ende påvirker renheden af smeltet stål.
Denne forskning bryder den traditionelle tankegang. På den ene side udvikler den en hurtig og højeffektiv raffineringsproces for at undertrykke slaggestålreaktionen i raffineringsprocessen ved at kontrollere raffineringstiden inden for 40 min. Samtidig studerer den legeringens indflydelse på inklusionssammensætningen og finder en metode til at eliminere legeringens indflydelse på inklusionen. Endelig realiserer den kontrollen af indeslutningerne af massiv aluminiumoxid og magnesia-aluminiumoxid. Ved hjælp af den kraftige vakuumbehandling af RH opnås den højeffektive fjernelse af indeslutninger af massiv alumina og magnesia aluminiumoxid spinel. Da fjernelseseffektiviteten af spinel-indeslutninger af fast alumina og magnesia-aluminiumoxid er ekstrem høj i RH-processen, selvom RH-højvakuum (< 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.
Fig. 6 viser implementeringseffekten af den optimerede proces. Det kan ses, at gennem optimeringen forkortes raffineringstiden fra 80-120min til 30-40min i den oprindelige proces, og omrøringsstyrken af smeltet stål styres i raffineringsprocessen. Efter raffineringen kontrolleres indeslutningerne af massiv magnesiumaluminiumspinel.
(a) Inklusionssammensætning i slutningen af LF; (b) Total oxygen i lejestål (2021)
Fig. 6 kontrolresultater efter procesoptimering
3 Undersøgelse af ny tunnish metallurgi teknologi
Ved at kontrollere indeslutningerne af lejestål til massiv aluminiumoxid og magnesia-aluminiumoxid spinel, vil der forekomme nodulation i den kontinuerlige støbeproces, hvilket påvirker den glatte produktion (antallet af kontinuerlige og stabile støbeovne er generelt mindre end eller lig med 6). Samtidig vil en del af nodulationen tilfældigt skalle af i stålet og danne makro-storskala indeslutninger, som alvorligt vil forringe stålets renhed. I lyset af dette problem er der udviklet en ny type tragtmetallurgiteknologi, det vil sige, at der er installeret en horisontal elektromagnetisk omrøring (navn: tundish homogenizer) i tragten. Dens formål er at drive den højeffektive strøm af smeltet stål i smeltebeholderen, fremme flydende indeslutninger, yderligere forbedre renheden af smeltet stål, nå målet om at reducere dyse nodulation og løse de tekniske problemer med dårlig støbeevne af lejestål og lav kvalifikationsrate for makroinkludering. På samme tid, under påvirkning af elektromagnetisk kraft, er temperaturen mellem hver strøm ensartet, og temperaturforskellen mellem de to sider af tragten kan reduceres fra 3 ~ 5 grader af den oprindelige proces til 1 ~ 2 grader.
Fig. 7 viser inspektionsresultaterne af antallet af indeslutninger i støbepladen. Det kan ses, at antallet af indeslutninger i støbepladen reduceres yderligere efter elektromagnetisk omrøring på tragten, hvilket indikerer, at renheden af smeltet stål kan forbedres yderligere, når elektromagnetisk omrøring påføres tragten. Fig. 8 viser indflydelsen af elektromagnetisk omrøring på stigningshastigheden af stopstangen i tragten. Efterhånden som renheden af smeltet stål i tragten forbedres yderligere, reduceres stopstangens stigningshastighed betydeligt efter elektromagnetisk omrøring. Efter elektromagnetisk omrøring er påført tragten, kan antallet af kontinuerlige støbeovne af smeltet stål øges fra 6 til 8. Figur 9 viser temperaturforskellen af smeltet stål på begge sider af tragten. Det kan ses, at efter elektromagnetisk omrøring på tragten, kan temperaturforskellen af smeltet stål i begge ender af tragten reduceres fra 3 ~ 5 grader i den oprindelige proces til 1 ~ 2 grader.
Fig. 7 Effekt af elektromagnetisk omrøring i tragten på antallet af indeslutninger i emnet
Fig. 8 Effekt af elektromagnetisk omrøring i tragten på stigningshastigheden af stopstangen
Fig. 9 Effekt af elektromagnetisk omrøring i tragten på temperaturensartethed af smeltet stål
4. Forskning i præcis dynamisk kontinuerlig støbeproces under højtryk og høj temperatur diffusionsteknologi
Den traditionelle store bærende stålkugle fremstilles ved trykstøbeproces. Hovedårsagen er, at kontrollen af uensartet hårdmetal af bærende stålkugle fremstillet ved kontinuerlig støbeproces ikke kan opfylde kravene. Med populariseringen af blød reduktionsteknologi, selvom kontrolevnen for kulstofsegregering er blevet forbedret, står det stadig over for det problem, at det er umuligt at finde størkningens slutpunkt nøjagtigt og anvende rimelig reduktion. I dette projekt etableres den dynamiske størkningssimulering af blomstring? I kombination med blyfyldningstesten og analysen af reduktionsrevnen mestrer vi positionen af størkningsenden og ændringsloven for faststofhastigheden, løser det centrale procesteoretiske problem med "hvor man skal trykke og hvordan man presser", udvikler multifaktorkoblingsprocesteknologien med "overhedning, sekundær kølestyrke, hastighed og dynamisk højtryk", og overvinde kontrolproblemet med den centrale adskillelse i den kontinuerlige støbeproces. Når den samlede reduktion når 20-25mm, styres barrens kulstofsegregeringsindeks til 1.06-1.10. Ved at studere indflydelsen af at holde temperatur og tid på højtemperaturdiffusionseffekt udvikles en fleksibel proces med høj effektivitet og energibesparelse og højtemperaturdiffusion. Når iblødsætningstemperaturen for kontinuerlig støbeplade under højt tryk er 1240 grader C plus iblødsætningstiden er 8 timer, når det centrale kulstofsegregeringsindeks 1,05 og båndformen er mindre end eller lig med 2,0.
Fig. 10 viser kontrolresultaterne af kulsegregering af den støbte plade efter påføring af højt tryk. Det kan ses, at den gennemsnitlige værdi af kulstofsegregeringsindekset for den støbte plade kan nå 1,06 ~ 1,10.
Fig. 10 kontrolresultater af kulstofseparering af lejestålstang
Fig. 11 viser morfologien af karbidbåndstrukturen før og efter optimeringen af højbelastningsbærende kuglestål ved kontinuerlig støbning under højt tryk plus højtemperaturdiffusionsproces (holdes ved 124{{10}} grader i 8 timer) . Blandt dem, gennem højtemperaturdiffusionsudglødningsproces, reduceres kulstofsegregeringen af støbt emne yderligere fra 1,06 ~ 1,10 til 1,05, og karbidbåndstrukturen af valset materiale reduceres fra 3,0 til Mindre end eller lig med 2,0.
Figur 11 Φ Karbidbåndsform før og efter 60 mm forbedring:
(a) 100 før forbedring ×; (b) 500 før forbedring ×; (c) 100 procent efter forbedring ×; (d) 500 efter forbedring ×
5. Forskning i online strukturkontrolteknologi af bærende stålstang i stor størrelse
Kulstofkontrol af storstilet kontinuerlig støbning med stålstangnet er et almindeligt teknisk problem i industrien. I lyset af de vigtigste procesteoretiske problemer forårsaget af faktorer som kernetemperatur "sort boks", stor kerneoverfladetemperaturforskel, utilstrækkelig rullekontrolkapacitet og kølekontrolkapacitet, den dynamiske CCT, dynamisk fasetransformation og temperaturfeltet for kontrolleret valsning og køleprocessen studeres gennem Gleeble termisk simuleringstest, udviklet bærende stålstang i stor størrelse med kernetemperaturstyring plus online strukturstyringsteknologi for kontrolleret valsning i Fe3C tofaset zone, højtemperatur rekrystallisationszone og sektions ultrahurtig styret køling efter rullende, og den stabile kontrol af netværk carbid Mindre end eller lig med 2,5 grade.
Fig. 12 mikrostruktur af 100crmnsi6-4 efter to omgange med varm kompression
(a)850 plus 840 grader; (b)850 plus 800 grader; (c)850 plus 760 grader; (d) 850 plus 720 grader - 20 grader/s afkøling til 600 grader
Ⅲ.Større innovative resultater
Projektet igangsatte den kontinuerlige støbeproces for at erstatte formstøbning og import, fokuseret på procesforskning og innovation af grøn emissionsreduktion, høj kvalitet og høj effektivitet, energibesparelse og forbrugsreduktion, løste med succes nøglestyringsteknologien af stål til stor belastning bærende stålkugler, og realiseret industriel anvendelse. De vigtigste tekniske innovationer i projektet:
1. Det er det første sæt nøgleteknologier til fremstilling af stænger til tunge bærende stålkugler ved kontinuerlig støbning i stedet for trykstøbning. Den færdige produktrate blev øget med omkring 13 procent , og kulstofemissionen i produktets livscyklus blev reduceret med 105,3 kg/t, et fald på 4,3 procent (data fra China Metallurgical Planning and Research Institute) og storstilet industriel anvendelse blev realiseret;
2. En hurtig og ren smelteprocesteknologi, der kombinerer "højeffektiv affosforisering af konverter plus stor befugtningsvinkelkontrol af LF indeslutninger plus RH stærk cirkulation" blev udviklet. Effektiviteten blev øget med ca. 30 procent, og lejestålet DS Mindre end eller lig med 0,5, lav oxygen til Mindre end eller lig med 5 ppm, lav calcium [Ca] Mindre end eller lig med 2 ppm og høj - frekvens for detektering af fejl i vandnedsænkning, kvalifikationshastighed, der er større end eller lig med 99 procent (10MHz plus 21db forstærkning) blev realiseret;
3. Multifaktor koblingsprocesteknologien af "tundish homogeniseringsteknologi plus kontinuerlig støbeemne præcis dynamisk stor trykreduktion plus høj temperatur diffusionsproces" blev udviklet, og det tekniske problem med central adskillelse i kontinuerlig støbeproces blev løst. Kulstofsegregationsindekset for valset barre var mindre end eller lig med 1.05 og båndcarbiden var mindre end eller lig med 2,0;
4. Udviklet bærende stålstang i stor størrelse med kernetemperaturstyring plus On-line strukturstyringsteknologi for kontrolleret valsning i Fe3C tofaset zone og omkrystallisationszone og sektions ultrahurtig styret afkøling efter valsning, og stabil kontrol af netværkskarbid Mindre end eller lig til 2,5 klasse.
Ⅳ.Anvendelse og effekt
Projektet integrerer en række innovative teknologier. Det er den første til at anvende den kontinuerlige støbe- og valseprocesstrøm af "smeltet højovnsjern → konverter → raffinering → vakuumafgasning → bloom kontinuerlig støbning → opvarmning og blooming → kontrolleret valsning og afkøling". Det har med succes overvundet nøglestyringsteknologien af stål til store bærende stålkugler og realiseret substitution af formstøbning og import.
Projektets præstationsevalueringskomité mener, at præstationen generelt har nået det internationale førende niveau. Produkterne fra projektet er meget udbredt i store bærende stålkugler af vindkraft, skjoldmaskiner, store gravemaskiner og andet større ingeniørudstyr, der leverer højkvalitetsråmaterialer til internationale og indenlandske velkendte kunder med stålkuglelejer. I de seneste tre år blev der solgt i alt 102.000 tons, og den akkumulerede nettofortjeneste nåede 153 millioner yuan. Giv positive bidrag til den teknologiske udvikling i Kinas avancerede lejefremstillingskæde.
Mere omWBMStålkugle:
Lejestålkugler er vigtige grundkomponenter i industrien. Lejestålkugler har en lang historie med brug i præcisionslejeindustrien og -livet og er mere udbredt. Man kan sige, at stålkugler findes de fleste steder, hvor der er rotation, almindeligvis kendt som stålkugler og -kugler. Stålkugler er meget udbredt i lejer, hardware, elektronik, jernkunst, mekanisk udstyr, elektrisk kraft, minedrift, metallurgi og andre områder.
WBM har nu mulighed for at levere komplet sæt værktøj til Modler koniske rulleslibelinje.Deresværktøjser godt monteret i kundens modler centerløs sliber og modler endefladesliber. Og hjælpe kunden med at producere højpræcisionsruller til lave omkostninger.
WBM har opnået certifikaterne ISO9001:2000 og ISO/IATF16949. WBM's enestående omdømme er bygget på vores centrale ledelsesprincipper: teknisk innovation, høj outputkvalitet og effektivitet, hårdtarbejdende, imødekommende og ud over kundernes forventninger. WBMreservedelesingen indsats for at skabe maksimal værdi for kunderne.