El desenvolupament d'un procés de colada contínua de fabricació d'acer verd i eficient per produir boles d'acer amb càrrega elevada s'ha convertit en l'objectiu de recerca de la indústria
I.Antecedents i problemes de recerca
L'estratègia nacional de desenvolupament de "doble carboni" promou el desenvolupament ràpid d'energia neta, equips de gamma alta i altres camps. Per exemple, la generació d'energia eòlica augmentarà de menys de l'10 per cent en l'actualitat a més del 50 per cent el 2060. Les boles d'acer que suporten grans càrregues són els components bàsics dels grans projectes i equips, com ara la generació d'energia eòlica, i són una garantia important per a la realització d'estratègies nacionals com ara "made in China" i "seguretat energètica". Com tots sabem, la dificultat tècnica dels elements rodants en els materials del coixinet és més gran que la de les virolles, i la dificultat de les boles d'acer és més gran que la dels corrons i les agulles. En comparació amb altres boles d'acer de coixinets, les boles d'acer d'alta càrrega tenen les següents dificultats tècniques: ① càrrega més gran: la càrrega de trituració és superior a 2500 kN i la tensió de treball és de més de 1250 kn, de manera que són més sensibles a la fallada per fatiga; ② Mida més gran: mida de bola d'acer de gran càrrega fins a Φ 89 mm (l'especificació de la barra corresponent és Φ 60 mm), és difícil controlar la uniformitat de l'estructura d'acer; ③ Pitjor entorn de servei: el coixinet d'energia eòlica no té manteniment durant tot el cicle de vida. S'utilitza a baixa temperatura, corrosió i altres ambients durs. El contingut de P de l'acer ha de ser inferior o igual al 0,010 per cent.
D'acord amb les característiques anteriors, la gran bola d'acer amb càrrega requereix que el nombre d'inclusions a l'acer sigui petit i la mida sigui petita, els carburs siguin fins i uniformes i el contingut d'elements nocius com P sigui baix. Actualment, la producció nacional i estrangera només pot adoptar el procés de fosa de motlles, però aquest procés té els problemes d'alt consum d'energia, baixa eficiència de producció i alt cost de fabricació. Per tant, el desenvolupament d'un procés de colada contínua de fabricació d'acer verd i eficient per produir acer per a boles d'acer amb càrrega pesada s'ha convertit en l'objectiu de recerca de la indústria. Si es pot superar amb èxit, pot omplir el buit a casa i a l'estranger, i només el rendiment de metall augmentarà d'un 83 per cent de la fosa de motlle a més del 96 per cent de la fosa contínua.
Tot i que amb el continu progrés de la tecnologia a la indústria metal·lúrgica, el contingut de fòsfor de l'acer del coixinet i la puresa de l'acer fos ja no s'han convertit en els enllaços limitants per a la millora de la qualitat de l'acer del coixinet, algunes empreses d'acer especial també poden utilitzar el procés de fosa contínua per produir petites especificacions（ Φ No obstant això, hi ha pocs informes d'investigació sobre com controlar ràpidament el contingut de P de l'acer fos fins al {{0}}, 010 per cent i l'oxigen total de l'acer fins a 5 ppm sota el convertidor d'alta eficiència (oxigen la intensitat de l'oferta arriba a 5,0Nm3/ min /t) i el mode de refinament de ritme ràpid, i com produir de manera estable boles d'acer de coixinets de gran mida i de llarga vida mitjançant un procés de fosa contínua. Per tant, Jiangsu Zhongtian iron and Steel Group Special Steel Co., Ltd. té com a objectiu la producció d'acer de boles d'acer amb càrrega elevada mitjançant un procés de colada contínua de fabricació d'acer verd i eficient. El projecte ha de resoldre els problemes científics i tècnics i problemes comuns industrials, com ara el control d'alta eficiència i baix contingut de fòsfor del convertidor, el refinament d'alta velocitat del control de puresa de l'acer fos, la segregació del centre baixa i el control d'uniformitat d'alta organització.
Ⅱ.Idees i solucions tècniques per resoldre problemes
Les boles d'acer que suporten grans càrregues s'han utilitzat durant molt de temps sota una elevada tensió alterna, com ara impacte, compressió i cisalla. Mentrestant, alguns d'ells s'han utilitzat en zones fredes, com ara boles d'acer de coixinets d'aerogeneradors, que tenen les característiques de "gran càrrega, gran especificació i llarga vida útil". Per tal de complir amb el rendiment de qualitat estricte de les boles d'acer de suport de càrrega grans, els indicadors de qualitat de l'acer han de ser: ① alta neteja, petites inclusions (DS inferior o igual a {{0}}.5) , petita quantitat i baix nivell d'oxigen (T) O Menys o igual a 5 ppm, baix calci [Ca] Menys o igual a 2 ppm, detecció de defectes per ultrasons d'alta freqüència immersió en aigua qualificada (10MHz més 21 db de guany) ; ② La microestructura i les propietats són uniformes, l'índex de segregació de carboni de la palangana laminat és inferior o igual a 1,05, la forma neta és inferior o igual a 2,5 i la forma de la banda és inferior o igual a 2,0; ③P Menor o igual al 0,010 per cent.
Per tant, el projecte se centra en les tres tecnologies bàsiques: "eficiència verda, super neteja i alta uniformitat organitzativa". Les principals idees i continguts de recerca són els següents:
1. Estudi sobre la tecnologia de control de baix fòsfor del convertidor d'alta eficiència
El convertidor tradicional de fosa d'acer amb baix contingut en fòsfor (contingut de fòsfor inferior o igual a 0,01 per cent) generalment adopta el mètode d'escòria doble o el mètode de combinació doble, i la intensitat del subministrament d'oxigen és inferior o igual a 3,5 nm3 / (min ·t). L'eficiència de producció d'aquest mode de fosa és baixa i el cicle de fosa s'allargarà durant més de 5 minuts. L'adopció del mètode d'escòria única i l'augment de la intensitat del subministrament d'oxigen del convertidor és la forma més eficaç d'escurçar el cicle de fosa del convertidor. Tanmateix, comportarà una sèrie de problemes, com ara accelerar la velocitat de descarburació, assecar fàcilment al forn, deteriorar l'efecte de desfosforació i augmentar la probabilitat d'esquitxades. A partir dels problemes existents en la fusió d'alta intensitat del convertidor, el procés de fusió de fòsfor d'alta eficiència i ultra baix del convertidor es desenvolupa estudiant la llei de desfosforització del procés de fusió del convertidor i combinant la tecnologia de desfosforització d'escòries multifàsica.
Segons el mecanisme de desfosforització del convertidor, s'estudia la llei de distribució del fòsfor en l'escòria del convertidor. La figura 1 mostra la composició en fase mineral de l'escòria del convertidor. Es pot veure que P existeix principalment aC2S-C3Pfase. Per tant, augmentant la proporció deC2S-C3PLa fase pot millorar l'efecte de desfosforització de l'escòria del convertidor.
Fig. 1 composició en fase mineral de l'escòria del forn rotatiu
Amb l'ajuda del programari termodinàmicFactuarSedat i en combinació amb les dades de producció industrial, es conclou que reduir el contingut de FeO a l'escòria pot augmentar laC2S-C3Prelació de fases a l'escòria. Per exemple, prenent un 50 per cent de CaO més un 20 per cent de SiO2 més un 10 per cent de MgO mésXFeOmés un 5 per cent de P2O5 com a exemple, es troba que elC2S-C3PLa relació de fases augmenta gradualment amb la disminució del contingut de FeO a l'escòria, tal com es mostra a la figura 2.
Fig. 2 Efecte del FeO sobreC2S-C3Prelació de fases
La figura 3 mostra elC2S-C3Presultats del control de fase de l'escòria del convertidor. Es pot veure que el contingut de FeO de l'escòria del convertidor es pot reduir d'un 16-20 per cent abans de l'optimització a un 10-12 per cent prement la pistola durant 1-2 min abans del final del bufat. Sota la condició de reduir adequadament la basicitat de l'escòria del convertidor, una proporció més alta deC2S-C3Pla fase encara es pot obtenir.
Fig. 3C2S-C3Prelació de fase a l'escòria del convertidor abans i després de l'optimització
La figura 4 mostra l'efecte de la intensitat del subministrament d'oxigen sobre el temps de subministrament d'oxigen. Es pot veure que quan la intensitat de subministrament d'oxigen augmenta des de 3,5Nm3/min/t a 5.0Nm3/t/min, el temps mitjà de subministrament d'oxigen es pot escurçar en 3,1 minuts.
Fig. 4 Efecte de la intensitat del subministrament d'oxigen en el temps de subministrament d'oxigen
Fig. 5 Efecte de la intensitat del subministrament d'oxigen en la desfosforització
La figura 5 mostra l'efecte de la intensitat del subministrament d'oxigen sobre la desfosforització. Es pot veure que augmentant la proporció deC2S-C3Pfase en l'escòria del convertidor, fins i tot si la intensitat del subministrament d'oxigen augmenta des de 3,5Nm3/min/t a 5.0Nm3/t/min, la capacitat de desfosforització de l'escòria del convertidor es millora encara més en comparació amb el procés original i finalment s'aconsegueix la fosa d'alta eficiència i baix cost de l'acer baix en fòsfor.
2. Estudi sobre tecnologia de refinació externa ultra neta de ritme ràpid
Tradicionalment, es creu que el refinament a llarg termini és més fàcil per millorar la puresa de l'acer fos, de manera que el temps de refinament de l'acer dels coixinets sol controlar-se a 80 ~ 120 minuts. S'ha trobat que quan el temps de refinat supera els 30 minuts, l'efecte d'eliminació de les inclusions no és significatiu amb l'ampliació del temps de refinat. Al mateix temps, la reacció d'acer d'escòria durant molt de temps conduirà a la transformació de les inclusions d'inclusions inicials d'alúmina sòlida o d'espinel d'alúmina magnèsica a aluminat de calci de baix punt de fusió, donant lloc a un fracàs en l'eliminació eficient de les inclusions en el procés de RH posterior. i, finalment, afecta la puresa de l'acer fos.
Aquesta investigació trenca el pensament tradicional. D'una banda, desenvolupa un procés de refinament ràpid i d'alta eficiència per suprimir la reacció d'acer d'escòria en el procés de refinació controlant el temps de refinament en 40 minuts. Al mateix temps, estudia la influència de l'aliatge en la composició d'inclusió i troba un mètode per eliminar la influència de l'aliatge sobre la inclusió. Finalment, realitza el control de les inclusions d'espinel d'alúmina sòlida i magnésia. Amb l'ajuda del potent tractament al buit de la RH, es realitza l'eliminació d'alta eficiència de les inclusions d'espinel d'alúmina sòlida i magnésia. Atès que l'eficiència d'eliminació de les inclusions d'espinel d'alúmina sòlida i d'alúmina de magnesi és extremadament alta en el procés d'RH, fins i tot si el buit elevat d'HR (< 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.
La figura 6 mostra l'efecte d'implementació del procés optimitzat. Es pot veure que mitjançant l'optimització, el temps de refinament s'escurça de 80-120min a 30-40min en el procés original i la força d'agitació de l'acer fos es controla en el procés de refinament. Després del refinament, es controlen les inclusions d'espinel d'alumini sòlid de magnesi.
(a) Composició d'inclusió al final de LF; (b) Oxigen total de l'acer del coixinet (2021)
Fig. 6 resultats del control després de l'optimització del procés
3 Estudi sobre la nova tecnologia de la metal·lúrgia de la torrassa
Mitjançant el control de les inclusions d'acer de coixinet a alúmina sòlida i espinela d'alúmina de magnesia, es produirà una nodulació en el procés de colada contínua, afectant la producció suau (el nombre de forns de colada continus i estables generalment és inferior o igual a 6). Al mateix temps, una part de la nodulació es desenganxarà aleatòriament a l'acer, formant macro inclusions a gran escala, que deterioraran seriosament la neteja de l'acer. Davant d'aquest problema, s'ha desenvolupat un nou tipus de tecnologia de metal·lúrgia de l'arner, és a dir, que s'instal·la una agitació electromagnètica horitzontal (Nom: homogeneïtzador de l'arrosseria). El seu propòsit és impulsar el flux d'alta eficiència d'acer fos a l'arrel, promoure la flotació de les inclusions, millorar encara més la puresa de l'acer fos, assolir l'objectiu de reduir la nodulació del filtre i resoldre els problemes tècnics de la mala colabilitat de l'acer del coixinet. i baixa taxa de qualificació d'inclusió macro. Al mateix temps, sota l'acció de la força electromagnètica, la temperatura entre cada flux és uniforme i la diferència de temperatura entre els dos costats de l'arrel es pot reduir de 3 a 5 graus del procés original a 1 a 2 graus.
La figura 7 mostra els resultats de la inspecció del nombre d'inclusions a la llosa de fosa. Es pot veure que el nombre d'inclusions a la llosa de fosa es redueix encara més després d'aplicar l'agitació electromagnètica a l'arrel, la qual cosa indica que la puresa de l'acer fos es pot millorar encara més quan s'aplica l'agitació electromagnètica a la llosa. La figura 8 mostra la influència de l'agitació electromagnètica en la velocitat d'augment de la vareta de tap a l'arrel. A mesura que es millora encara més la puresa de l'acer fos a l'arrel, la velocitat d'augment de la vareta de tap es redueix significativament després d'aplicar l'agitació electromagnètica. Després d'aplicar l'agitació electromagnètica a l'arrel, el nombre de forns de colada contínua d'acer fos es pot augmentar de 6 a 8. La figura 9 mostra la diferència de temperatura de l'acer fos a ambdós costats de l'arrel. Es pot veure que després d'aplicar l'agitació electromagnètica a l'arrel, la diferència de temperatura de l'acer fos als dos extrems de l'arrel es pot reduir de 3 a 5 graus en el procés original a 1 a 2 graus.
Fig. 7 Efecte de l'agitació electromagnètica a l'arrossega sobre el nombre d'inclusions a la palangana
Fig. 8 Efecte de l'agitació electromagnètica a l'arrossega sobre la velocitat d'augment de la vareta de tap
Fig. 9 Efecte de l'agitació electromagnètica a l'arrossega sobre la uniformitat de temperatura de l'acer fos
4. Recerca sobre el procés de colada contínua dinàmica precisa sota tecnologia de difusió d'alta pressió i alta temperatura
La tradicional bola d'acer amb càrrega gran es produeix mitjançant un procés de fosa a pressió. La raó principal és que el control de la falta d'uniformitat del carbur de la bola d'acer del coixinet produïda per un procés de fosa contínua no pot complir els requisits. Amb la popularització de la tecnologia de reducció suau, tot i que s'ha millorat la capacitat de control de la segregació de carboni, encara s'enfronta al problema que és impossible trobar el punt final de solidificació amb precisió i aplicar una reducció raonable. En aquest projecte, s'estableix la simulació dinàmica de solidificació de la floració? En combinació amb la prova d'ompliment de plom i l'anàlisi de l'esquerda de reducció, dominem la posició de l'extrem de solidificació i la llei de canvi de la velocitat del sòlid, resolem el problema clau de la teoria del procés de "on pressionar i com pressionar", desenvolupem la tecnologia de procés d'acoblament multifactorial de "sobreescalfament, força de refrigeració secundària, velocitat i alta pressió dinàmica" i superar el problema de control de la segregació central en el procés de colada contínua. Quan la reducció total arriba a 20-25mm, l'índex de segregació de carboni de la palangana es controla a 1,06-1,10. Mitjançant l'estudi de la influència de la temperatura de manteniment i el temps en l'efecte de difusió a alta temperatura, es desenvolupa un procés flexible amb alta eficiència i estalvi d'energia i difusió a alta temperatura. Quan la temperatura de remull de la llosa de fosa contínua a alta pressió és de 1240 graus C i el temps de remull és de 8 h, l'índex de segregació de carboni central arriba a 1,05 i la forma de la banda és inferior o igual a 2,0.
La figura 10 mostra els resultats del control de la segregació de carboni de la llosa fosa després d'aplicar una pressió elevada. Es pot veure que el valor mitjà de l'índex de segregació de carboni de la llosa fosa pot arribar a 1,06 ~ 1,10.
Fig. 10 resultats del control de la segregació de carboni de la palanca d'acer del coixinet
La figura 11 mostra la morfologia de l'estructura de la banda de carbur abans i després de l'optimització de l'acer de boles de càrrega elevada mitjançant la colada contínua a alta pressió i un procés de difusió a alta temperatura (mantenint a 124 {{10}} grau durant 8 h) . Entre ells, mitjançant el procés de recuit de difusió a alta temperatura, la segregació de carboni de la palangana de fosa es redueix encara més d'1,06 ~ 1,10 a 1,05 i l'estructura de la banda de carbur del material laminat es redueix de 3,0 a Inferior o igual a 2,0.
Figura 11 Φ Forma de la banda de carbur abans i després de la millora de 60 mm:
(a) 100 abans de la millora ×; (b) 500 abans de la millora ×; (c) 100 per cent després de la millora ×; (d) 500 després de la millora ×
5. Recerca sobre la tecnologia de control d'estructura en línia de barres d'acer de gran mida
El control del carboni de la malla de barres d'acer amb coixinets de colada contínua a gran escala és un problema tècnic comú a la indústria. Tenint en compte els problemes clau de la teoria del procés causats per factors com la "caixa negra" de la temperatura del nucli, la gran diferència de temperatura de la superfície del nucli, la capacitat de control de laminació insuficient i la capacitat de control de refrigeració, el CCT dinàmic, la transformació de fase dinàmica i el camp de temperatura de laminació controlada i El procés de refrigeració s'estudia mitjançant la prova de simulació tèrmica de Gleeble, la barra d'acer de coixinets de gran mida desenvolupada amb control de la temperatura del nucli més la tecnologia de control d'estructura en línia de laminació controlada a la zona bifàsica Fe3C, la zona de recristal·lització d'alta temperatura i la refrigeració controlada ultra ràpida en secció després rodament i el control estable del carbur de xarxa Menys o igual a 2,5 graus.
Fig. 12 microestructura de 100crmnsi6-4 després de dues passades de compressió en calent
(a) 850 més 840 graus; (b) 850 més 800 graus; (c) 850 més 760 graus; (d) 850 més 720 graus - 20 graus/s refredament a 600 graus
Ⅲ.Principals èxits innovadors
El projecte va iniciar el procés de fosa contínua per substituir la fosa i la importació del motlle, centrat en la investigació i innovació de processos de reducció d'emissions verdes, alta qualitat i alta eficiència, estalvi d'energia i reducció del consum, va resoldre amb èxit la tecnologia de control clau de l'acer per a grans càrregues. rodament de boles d'acer i aplicació industrial realitzada. Principals novetats tècniques del projecte:
1. És el primer conjunt de tecnologies clau per a la fabricació de barres per a boles d'acer amb càrrega pesada mitjançant fosa contínua en lloc de fosa a pressió. La taxa de producte acabat es va augmentar al voltant d'un 13 per cent, i l'emissió de carboni en el cicle de vida del producte es va reduir en 105,3 kg/t, una disminució del 4,3 per cent (dades de l'Institut de recerca i planificació metal·lúrgica de la Xina) i aplicació industrial a gran escala. es va realitzar;
2. Es va desenvolupar una tecnologia de procés de fosa de ritme ràpid i net que combina "la desfosforització d'alta eficiència del convertidor més un gran control de l'angle d'humectació de les inclusions LF i una forta circulació RH". L'eficiència es va incrementar al voltant d'un 30 per cent, i l'acer del coixinet DS Menor o igual a 0,5, baix oxigen a Menor o igual a 5 ppm, baix calci [Ca] Menor o igual a 2 ppm i alt - Taxa de qualificació de detecció de defectes d'immersió en aigua de freqüència superior o igual al 99 per cent (10 MHz més 21 db de guany);
3. Es va desenvolupar la tecnologia de procés d'acoblament multifactorial de "tecnologia d'homogeneïtzació de la torrassa més reducció de pressió gran dinàmica precisa i procés de difusió a alta temperatura" i es va resoldre el problema tècnic de la segregació central en el procés de colada contínua. L'índex de segregació de carboni de la palangana laminat era inferior o igual a 1.05 i el carbur de banda era inferior o igual a 2.0;
4. Barra d'acer de coixinets de gran mida desenvolupada amb control de temperatura del nucli més la tecnologia de control d'estructura en línia de laminació controlada a la zona bifàsica Fe3C i la zona de recristal·lització i la refrigeració controlada ultra ràpida de la secció després de la rodadura i el control estable del carbur de xarxa Menys o igual a 2,5 grau.
Ⅳ.Aplicació i efecte
El projecte integra una varietat de tecnologies innovadores. És el primer a adoptar el flux continu del procés de colada i laminació de "ferro fos d'alt forn → convertidor → refinació → desgasificació al buit → fosa contínua de floració → calefacció i floració → laminació i refrigeració controlada". Ha superat amb èxit la tecnologia de control clau de l'acer per a boles d'acer de gran càrrega i s'ha adonat de la substitució de la fosa i la importació de motlles.
El comitè d'avaluació de l'assoliment del projecte creu que, en general, l'assoliment ha assolit el nivell líder internacional. Els productes del projecte s'utilitzen àmpliament en boles d'acer de càrrega grans d'energia eòlica, màquines de blindatge, excavadores grans i altres equips d'enginyeria importants, proporcionant matèries primeres d'alta qualitat per als clients de boles d'acer de coixinets internacionals i nacionals coneguts. En els últims tres anys, es van vendre un total de 102.000 tones i el benefici net acumulat va assolir els 153 milions de iuans, contribuïu positivament al progrés tecnològic de la cadena de la indústria de fabricació de coixinets de gamma alta de la Xina.
Més sobreWBMBola d'acer:
Les boles d'acer dels coixinets són components bàsics importants a la indústria. Les boles d'acer dels coixinets tenen una llarga història d'ús en la indústria i la vida dels coixinets de precisió i s'utilitzen més àmpliament. Es pot dir que les boles d'acer existeixen a la majoria dels llocs on hi ha rotació, comunament conegudes com a boles i boles d'acer. Les boles d'acer s'utilitzen àmpliament en coixinets, maquinari, electrònica, art del ferro, equips mecànics, energia elèctrica, mineria, metal·lúrgia i altres camps.
WBM ara té la capacitat de subministrar eines de conjunt complet per a la línia de rectificat de rodets cònics de Modler.Els seuseinass'ajusten bé a la mòlta sense centre del modelador del client i al molinet frontal del modelador. I ajudeu el client a produir corrons d'alta precisió amb baix cost.
WBM ha obtingut els certificats ISO9001:2000 i ISO/IATF16949, la reputació excepcional de WBM es basa en els nostres principis bàsics de gestió: innovació tècnica, alta qualitat i eficiència de producció, treball dur, reunions i més enllà de les expectatives dels clients. WBMde recanviscap esforç per crear el màxim valor per als clients.