Определены технологические особенности плазменно-дугового переплава (ПДП) заготовок, скомпактированных из стружки аустенитных нержавеющих сталей типа Х18Н10Т. Для переплава заготовок диаметром 100 мм выбраны кристаллизаторы круглый диаметром 125 мм и квадратный со стороной 125 мм. Установлены оптимальные режимы переплава заготовок в условиях ПДП на печи УПП-3. Определено, что для получения более качественных слитков стружку аустенитных нержавеющих сталей перед компактированием необходимо промывать от смазочно-охлаждающих жидкостей. Исходя из металлографических исследований для снижения содержания азота в готовом металле необходимо производить защиту зоны компактирования аргоном. Для сокращения количества неметаллических включений и улучшения качества поверхности слитка переплав заготовок следует производить на скоростях не более 2 - 4 мм/мин.

Рассмотрены механизмы появления дефектов, основные типы разрушений и причины выхода из строя медных кристаллизаторов МНЛЗ. Определены недостатки и критерии отбраковки узких и широких стенок кристаллизатора МНЛЗ. Рассмотрены некоторые способы повышения стойкости стенок кристаллизаторов (упрочнение металла и применение износостойких покрытий). Дана характеристика материалу, используемому для стенок кристаллизаторов. Рассмотрены легирующие элементы, служащие для упрочнения и повышения температуры рекристаллизации медных сплавов при практически неизменной теплопроводности. Выявлены недостатки существующих способов упрочнения медных плит кристаллизаторов МНЛЗ. Проведен анализ сплавов на основе меди для изготовления кристаллизаторов МНЛЗ. Показаны наиболее распространенные покрытия. Выявлены основные недостатки применяемых покрытий. Рассмотрены основные способы восстановления и упрочнения поверхностного слоя плит кристаллизаторов. Предложена технология плазменно-дугового рафинирования поверхности для восстановления и легирования поверхностного слоя медных плит кристаллизаторов МНЛЗ.

Исследовано влияние технологических режимов на глубину проплавления поверхностного слоя модели медной плиты кристаллизатора МНЛЗ. В процессе экспериментов изменяли ток, скорость перемещения заготовки, частоту колебаний плазмотронов, амплитуду колебаний плазмотронов, расход и состав плазмообразующего газа, расстояние от среза сопла до изделия. Определены наименьшее значение тока плазменной дуги при наплавке с перемещением заготовки и колебательным движением плазмотрона; скорость наплавки, при которой образуется качественный наплавленный слой; состав и расход плазмообразующего газа; влияние длины плазменной дуги на глубину проплавления поверхностного слоя модели медной плиты кристаллизатора МНЛЗ. Показано, что плазменно-дуговая технология позволяет восстанавливать изношенный поверхностный слой заготовок. Технология плазменно-дугового рафинирования поверхности с применением легирующих и модифицирующих присадок позволяет вводить в поверхностный слой медной плиты кристаллизатора МНЛЗ более износостойкий материал. Приведены технологические режимы экспериментов и результаты металлографических исследований.

Рассмотрены источники образования металлических отходов и актуальность их переработки. Проанализированы легирующие элементы, присутствующие в металлических отходах, которые могут быть утрачены в процессе переработки. Рассмотрены способы переплава металлических легковесных отходов без предварительной подготовки (плазменно-дуговой, индукционный, электрошлаковый), показаны их эффективность и недостатки. Определено, что для удобства загрузки стружки в печь ее необходимо предварительно скомпактировать с целью уменьшения объема (в 8 раз). Рассмотрены способы подготовки отходов, которыми являются холодное и электроимпульсное, электротермическое виды компактирования, их эффективность и недостатки. Приведены результаты переплава скомпактированных заготовок способами ЕШП и ПДП.

Індекс рубрикатора НБУВ: К722.301.6

Рубрики:

Зміцнювання металів у виробництві металургійного устаткування

Шифр НБУВ: Ж24340 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Отмечено, что процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) благодаря технико-экономическим показателям, позиционируется как наиболее рациональный способ получения заготовок для дальнейшего передела. Основным узлом МНЛЗ является медный кристаллизатор, который в процессе непрерывной разливки изнашивается в результате теплового и механического воздействия образовавшейся твердой корочки закристаллизовавшегося металла. Такой износ рабочей поверхности приводит к образованию дефектов, а также к изменению исходной геометрии кристаллизатора, что негативно сказывается на качестве отливаемых заготовок. Проанализированы основные дефекты на поверхности кристаллизатора МНЛЗ (царапины, задиры, раковины, износ в углах, износ нижней части). Для проведения исследований по удалению дефектов изготовлена модель плиты кристаллизатора, на поверхности которой смоделированы износ и дефекты. Путем плазменно-дуговой наплавки удалены дефекты и восстановлен поверхностный слой модели плиты кристаллизатора МНЛЗ. Металлографические исследования показали, что восстановленный слой является плотным, трещины, поры, смоделированные дефекты отсутствовали. Результаты исследований показали, что восстановленный слой практически идентичен металлу основы модели плиты кристаллизатора по механическим и физическим свойствам.

Изучены качества восстановленного медью и легированного модификаторами поверхностного слоя медной плиты кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок способом ПДРП; качество поверхности, структура металла, химический состав, газонасыщенность, механические и физические свойства легированного и восстановленного слоя. Основными показателями качества плазменно-дуговой наплавки является глубина проплавления основного металла, ширина прохода с поперечными колебаниями одним плазмотроном, трещины, поры наплавленного слоя, несплавления, а также волнистость поверхности. Содержание легирующих элементов в меди до 1 мас. % позволило значительно повысить ее механические свойства. Все представленные физические и механические свойства легированного и восстановленного поверхностного слоя медной плиты указаны без термомеханической обработки. Твердость поверхностного слоя повышается в 1,25 раза, а предел прочности дает прирост на 8 %. Результаты газового анализа показали, что содержание кислорода практически не изменилось, а содержание водорода снизилось в 2 раза. Полученные данные по электропроводности легированного и восстановленного слоя сопоставимы с электропроводностью промышленных медных кристаллизаторов. Для сравнительной оценки износостойкости поверхностного слоя медных плит кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок разработана методика и создана экспериментальная установка, позволяющая моделировать основные процессы, происходящие на границе стенка кристаллизатора - металл. Отработана методика исследований износостойкости на данной установке. Результаты проведенных исследований показывают, что износостойкость меди повысилась в 1,2 - 1,5 раза.

Современные методы получения быстрозакаленных материалов позволяют получать их разной геометрической формы: ленты, порошки, чешуйки, микропровода. Форму и размеры данных сплавов обуславливают разные технологические особенности оборудования для получения быстрозакаленных материалов. Однако ограниченность в геометрических размерах лимитирует сферу применения получаемых быстрозакаленных материалов. Перспективным направлением является производство высокоэнергетических постоянных магнитов, для производства которых необходим порошок или перемолотые материалы. Один из способов получения таких материалов - метод экстракции (диспергирования) из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе, разработанный в Институте электросварки им. Е. О. Патона, позволяющий получать быстрозакаленные чешуйки. Приведены экспериментальные данные измерения геометрических размеров чешуек при различных скоростях вращения закалочного диска. Проанализированы геометрические размеры получаемых материалов методом диспергирования из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Получена зависимость толщины чешуек от скорости вращения закалочного диска. Проанализировано применение чешуек при производстве постоянных магнитов.

Отмечено, что в настоящее время процесс непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок за счет технико-экономических показателей позиционируется как наиболее рациональный способ получения заготовок для дальнейшего передела. Основным узлом машин непрерывного литья заготовок является медный кристаллизатор, который в процессе непрерывной разливки изнашивается под тепловым и механическим воздействием образовавшейся твердой корочки закристаллизовавшегося металла. Предложена схема легирования поверхностного слоя плит кристаллизаторов, которая позволит в нижней части и у краев рабочей поверхности кристаллизатора вводить различные добавки с заданной концентрацией, что обеспечит различную износостойкость по плоскости кристаллизатора. Рассмотрен способ получения медных лигатур с высокореакционными металлами (Cr, Zr, Hf и др.) в условиях плазменно-дуговой гарнисажной плавки. Приведены результаты физико-химических исследований по взаимодействию легирующих элементов (Zr, Hf, Ti, Cr, Ag, Ni, B) с медью в условиях плазменно-дугового переплава. Даны технологические режимы выплавки медных лигатур на плазменно-дуговых установках ОБ-1957 и УПП-3. Определен химический состав и степень усвоения каждого элемента в медной лигатуре. Показано распределение легирующих элементов в меди по глубине ванны лигатуры.

Отмечено, что благодаря своим уникальным свойствам (механическим, электрическим, магнитным и др.) быстрозакаленные материалы находят применение во многих областях промышленности. Одним из перспективных методов получения таких материалов - это диспергирование из расплава при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Одной из особенностей данного метода является образование на поверхности расплавленного металла оксидной пленки, которая может препятствовать нормальному ведению процесса. Исследована проблема возникновения оксидных пленок на поверхности металлической ванны при индукционной плавке в секционном кристаллизаторе. Особенно часто тугоплавкие пленки образуются при диспергировании сплавов, содержащих высокоактивные металлы. Проанализированы методы устранения оксидных пленок: водородное восстановление, восстановление при помощи более активных металлов, растворение пленки в легкоплавком шлаке и др. Выбор метода осуществлен на примере магнитотвердого сплава ЮНД 8, в состав которого входят активные компоненты. Для нивелирования негативного влияния оксидных пленок на поверхности сплава ЮНД 8 предложено использовать шлак. В качестве дальнейшего применения рекомендованы солевые шлаки, которые не имеют в своем составе кислорода. Проанализирован процесс растворения оксидных пленок при использовании литий - калий - фтористого шлака.

Предложена и опробована схема легирования поверхностного слоя медной плиты кристаллизатора с введением лигатуры, состав которой меняется в зависимости от зоны плиты, что позволяет в нижней части и у краев рабочей поверхности кристаллизатора увеличивать концентрацию легирующих элементов для повышения износостойкости. Приведены результаты физико-химических исследований по взаимодействию легирующих элементов Cr и Zr с медью в условиях плазменно-дугового легирования. Даны технологические режимы легирования медных плит на плазменно-дуговой установке ОБ-1957. Определен химический состав и степень усвоения элементов в поверхностном слое. Установлены зависимости влияния содержания легирующих элементов в поверхностном слое на физико-механические свойства медной плиты. Впервые методом плазменно-дугового переплава легирован поверхностный слой опытно-промышленных медных плит кристаллизатора МНЛЗ размером 460x135x70 и 360x135x70 мм элементами Cr и Zr.

Рассмотрено тепловое состояние закалочного диска. Непосредственному исследованию подвергали такие параметры, как скорость вращения, геометрические размеры диска, площадь контакта расплавленного металла с диском. Применена математическая модель дифференциального уравнения теплового состояния для твердого тела. При расчетах применили метод конечных элементов с использованием программного продукта Comsol Multyphysics. Получены нелинейные зависимости между геометрическими размерами и температурой нагрева закалочного диска. Проведено исследование и определено влияние технологических параметров на нагрев диска. Предложен технологический режим, в результате которого наблюдается значительное уменьшение средней температуры закалочного диска.