Увеличение выпуска плоских слитков с 135 994 т до 140 000 т

Ключевые слова: литейное производство, плоские слитки, первичные литейные сплавы, непрерывное литьё, технологии.

Keywords: foundry, slabs, primary casting alloys, continuous casting, technology.

непрерывное литье слиток заготовка

В условиях научно-технического прогресса развитие литейного производства осуществляется в условиях жёсткой конкурентной борьбы, основным требованием которой является неуклонное увеличение эффективности и объёмов конечной продукции [1]. Для этого необходимо ускоренное инновационное обновление отрасли, увеличение её экологической безопасности, экономической эффективности, энерго - и ресурсосбережения, что может быть достигнуто посредством повышения качества и производительности продукции путём внедрения и совершенствования существующих или разработки новых технологических процессов.

Одной из наиболее прогрессивных технологий производства заготовок из металлов и сплавов, в частности плоских слитков, является непрерывное литьё, обеспечивающее высокую однородность продукции и способное увеличить выход первичных литейных сплавов на 7 -10 % [2]. Данный способ разливки сокращает длительность цикла металлургического производства, даёт возможность совмещать прокатный и сталеразливочный процессы, полностью автоматизировать и механизировать производство, а также повысить качество условий труда и снизить выбросы вредных веществ во внешнюю среду, что делает его наиболее перспективным решением для увеличения выпуска первичных литейных сплавов в виде плоских слитков.

Целью работы является поиск технических решений для увеличения выпуска плоских слитков. Для её достижения были использованы методы анализа и синтеза научных публикаций и литературных источников по рассматриваемой теме. Объектом исследования выступает технология производства первичных литейных сплавов в виде плоских слитков, предметом - оборудование и методы, используемые в технологической цепочке производства первичных литейных сплавов.

Непрерывное литьё представляет собой способ получения протяжённых отливок, имеющих неизменное поперечное сечение, посредством непрерывной подачи расплава в форму и параллельного вытягивания из неё застывшей части отливки [3]. В случае ограничения непрерывности подачи по массе или времени способ литья называется полунепрерывным. Полунепрерывное литьё можно рассматривать как этап развития технологии непрерывного литья, который получил самостоятельное значение и применение [4]. Степень непрерывности машин полунепрерывного литья оценивается отношением времени непрерывно осуществляемой разливки к календарному времени и определяется размером сечения заготовок, ёмкостью сталеплавильных агрегатов, которые обслуживают машины непрерывного литья заготовок, скоростью вытягивания и другими факторами, отражающими связь технологического режима литья с прокатным и сталеплавильным производством.

При непрерывном литье жидкий металл выливается в кристаллизатор - открытую водоохлаждаемую изложницу, обладающую подвижным дном [5]. В нижней части изложницы осуществляется частичное затвердевание слитка, который постепенно движется вниз вместе с поддоном. По ходу движения слиток охлаждается водой, а в месте полного затвердевания от него отделяются мерные заготовки. В случае полунепрерывного литья отливается слиток определённой длины, обычно 6-10 м, который разрезается в холодном состоянии. Вследствие непрерывного питания при усадке и направленного затвердевания готовые слитки имеют мелкозернистую структуру и плотное строение, при этом в них отсутствуют усадочные раковины [6].

Посредством непрерывного литья возможно получать отливки неограниченной длины, имеющие плотное строение, постоянное поперечное сечение, чистую поверхность, малые газосодержание и ликвационную неоднородность и достаточно высокую габаритную точность. Данный метод является прогрессивным трудо- и материалосберегающим технологическим процессом, дающим возможность увеличить выпуск плоских слитков посредством сокращения расхода металла на донные части слитков и прибыли, а также расходов на изготовление литейных форм и изложниц [7].

Одним из ключевых этапов проектирования технологии непрерывного литья выступает поиск значений оптимальных технологических и тепловых параметров процесса [8]. В качестве оптимальных принято рассматривать такие параметры, когда значению одного либо группы параметров соответствуют строго определённые значения другого либо группы других параметров, то есть имеется прямая взаимосвязь между параметрами, которая устанавливается в результате технологического расчёта. Посредством оптимальных параметров обеспечивается стабильность процесса непрерывного литья, что даёт возможность повышать качество и производительность производства плоских слитков.

При оптимизации литейного производства важно учитывать, что в процессе литья значения отдельных оптимальных параметров не статичны. Так, могут меняться температура заливаемого расплава и поверхности отливки в зоне вторичного охлаждения, тепловой поток в кристаллизаторе и скорость вытяжки отливки. Эти изменения происходят по различным причинам и приводят к искажению процесса формирования отливки и нарушению технологии литья. В результате ухудшается качество получаемых плоских слитков, появляются частые задержки и сбои в работе механизмов и узлов установок, обычно вследствие ручной корректировки значений параметров режима вытяжки, а также прорывы расплава, что приводит к аварийным ситуациям. Помимо этого, на качество готовой продукции влияет ряд закономерностей формирования структуры плоских слитков: химический состав сплава, способ его рафинирования, условия кристаллизации и режимов гомогенизации при непрерывном литье, режимы деформирования и обработки слитка [9].

С целью минимизации указанных факторов и увеличения выпуска первичных литейных сплавов в виде плоских слитков необходимо внедрение новейших технологий в процесс их производства. В частности, могут быть использованы следующие разработки:

1. Кристаллизатор Epsilon от Wagstaff [10]. Данный кристаллизатор спроектирован для литья с уровнем металла, что обеспечивает улучшение качества поверхности. Технология Wagstaff SplitJet, имеющая вид пары камер охлаждения, каждая из которых оснащена комплектом водяных отверстий, осуществляет управление утолщением донника, что обеспечивает безопасность и стабильность производства и позволяет получать слитки более высокого качества с одновременным уменьшением обрези.

2. Технология литья плоских слитков LHC от Wagstaff [11]. Технология LHC обеспечивает увеличение скорости литья, существенную экономию при скальпировании и обрезке кромки и уменьшение расхода смазки. Она поставляется в вариантах с фиксированной и с изменяемой геометрией (VariMold). В последнем случае в один кристаллизатор возможно производить отливку слитков разного размера [12]. Улучшенная геометрия донника позволяет уменьшить обрезь литника и донника на 50 %.

3. AutoCast 2020 от Wagstaff [13]. Данная система представляет собой передовую аппаратную часть, работающую с программным обеспечением, созданным для управления и оптимизации литейных процессов с прямым охлаждением. Она обеспечивает данные и инструменты, необходимые для управления, анализа и совершенствования процесса литья первичных литейных сплавов, а также для улучшения ситуативной осведомлённости, обеспечения оперативного определения аварийных событий и реагирования на них.

4. Установка для индукционного нагрева ELO-FLAT от Elotherm [14]. Она регистрирует температуру материала на входе, в случае необходимости выравнивая температуру поверхности и толщи продукта с целью её оптимального распределения при прокатке. Данный процесс обеспечивает существенную экономию затрат и энергии вне зависимости от используемого топлива, а также снижает выбросы CO2.

5. Технология литья алюминиевых сплавов ElmaCast от НПЦ Магнитной гидродинамики [15]. Позволяет управлять структурообразованием сплава посредством электромагнитного воздействия в процессе кристаллизации, благодаря чему становится возможным получение высокой чистоты металла по неметаллическим включениям и однородной дисперсной структуры в плоских слитках. В результате применения данной технологии сокращаются затраты на очистку продукции.

Таким образом, внедрение в производственный цикл первичных литейных сплавов в виде плоских слитков новейших технологий даёт возможность повысить качество и увеличить объём производимой продукции с 135 994 т до 140 000 т, снизить издержки производства и расходы на обслуживание, ремонт и замену оборудования. Помимо этого, применение новых технологий позволяет сократить негативное влияние производства на экологию.

Список литературы

1. Фролов В.Ф. Исследование и разработка новой технологии производства плоских слитков из алюминиевых сплавов 1ххх серии для фольгопрокатного производства: дис. ... канд. техн. наук: 05.16.04 / Виктор Федорович Фролов; Сиб. фед. ун-т. - Красноярск, 2016. - 205 с.

2. Иванова А.А. Прогнозное моделирование тепловых процессов при непрерывной разливке металлов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.14.04 / Анна Александровна Иванова; Инст. приклад. матем. и мех. - Донецк, 2018. - 327 с.

3. Ярушин С.Г. Технологические процессы в машиностроении: учеб. для СПО / С.Г. Ярушин. - М.: Изд-во Юрайт, 2022. - 564 с.

4. Вдовин К.Н., Шахов С.И. Электромагнитное перемешивание металла для машины полунепрерывного литья заготовок // Теория и технология металлургического производства. - 2019. - № 1 (28). - С. 4-8.

5. Шишкин А.В. Непрерывное литьё стальных заготовок / АЭТУ, НГТУ. - 2021. - 7 с.

6. Материаловедение и технология материалов в 2 ч. Часть 2: учеб. для вузов / Г.П. Фетисов [и др.]; отв. ред. Г.П. Фетисов. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во Юрайт, 2022. - 410 с.

7. Петухова С.Н. Контроль за соблюдением технологической дисциплины и эффективным использованием технологического оборудования в литейном производстве чёрных и цветных металлов: метод. пособие. - Ульяновск: УлГУ, 2020. - 612 с.

8. Марукович Е.И., Демченко Е.Б. Теплопередача в кристаллизаторе при вертикальном непрерывном литье стали // Литье и металлургия. - 2018. - № 3 (92). - С. 26-30.

9. Телешов В.В., Снегирева Л.А., Захаров В.В. О влиянии некоторых технологических факторов на структуру и свойства крупногабаритных прессованных полуфабрикатов // Технология лёгких сплавов. - 2022. - № 1. - С. 10-21.

10. EPSILON // Wagstaff.

11. Технология литья плоских слитков LHC // Wagstaff.

12. VariMold // Wagstaff.

13. AUTOCAST 2020™ // Wagstaff.

14. ELO-FLAT // Elotherm.

15. ElmaCast™ - технология литья алюминиевых сплавов в электромагнитный кристаллизатор (ЭМК) // ООО «НПЦ Магнитной гидродинамики».

Размещено на Allbest.ru