Предлагаем вашему вниманию статью начальника литейного цеха ОАО «Косогорский металлургический завод» Зенкина Николая Николаевича и начальника технического отдела, кандидата технических наук Шепетовского Игоря Эдуардовича.

В последние десятилетия литейное производство в большинстве случаев решает задачу минимизации стоимости продукции за счет удешевления исходных шихтовых материалов, увеличивая долю лома. При этом неминуемо вносится огромное число и количество примесных элементов — цветных металлов, серы, фосфора и др., поэтому рассчитывать на получение прецизионных свойств отливок не приходится.

На металлургическом заводе, конечной продукцией которого является чушковый чугун доменного производства, технически и экономически целесообразно увеличение доли чушкового чугуна при производстве ответственного литья в литейном цехе. При этом на ОАО «Косогорский металлургический завод» (далее по тексту — КМЗ), позиционирующем себя как производитель особо чистых чугунов (для этого в течение многих лет отрабатывалась технология доменной плавки, формировалась сырьевая и топливная базы и т.д.), созданы условия для производства особо химически чистого чугунного литья.

Однако минимизация химических примесей является необходимым, но не достаточным условием получения высокопрочных, термостойких литых изделий из чугуна. Механические и термические прочностные характеристики конечного изделия в значительной степени зависят от формирования рациональной микроструктуры (или в современной терминологии и с точки зрения последних научно-технических представлений правильнее будет обозначить наноструктуры) материала. При производстве чугунных литых изделий для обеспечения вышеуказанных свойств необходимо получить структуру с шаровидным графитом, или т.н. нодулярный чугун.

В ходе проектирования капитального ремонта доменной печи № 1 КМЗ одним из вопросов был выбор материала для изготовления вертикальных плитовых холодильников. В современном доменном производстве для изготовления плитовых холодильников применяются серый чугун, жаростойкий (в ряде проектов природно-легированный хромоникелевый) чугун, высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) и литая либо катаная медь.

Холодильники из серого чугуна показали высокую склонность к трещинообразованию и разрушению в результате цикличного изменения температурных нагрузок и в новых проектах доменных печей практически не применяются.

Холодильники из жаростойкого чугуна с содержанием хрома и никеля показали более высокую стойкость по сравнению с серым чугуном, однако относительно низкая теплопроводность жаростойкого чугуна (порядка 18 Вт/м/К) не позволяет сформировать устойчивый гарнисаж на стенках холодильника, тем самым сформировав барьер для абразивного и термомеханического воздействия шихты и жидких продуктов плавки.

Медные плитовые холодильники, впервые установленные на доменной печи №4 завода ThyssenKrupp Stahl в Хамборне, Германия, показали исключительно высокую стойкость к различным видам износа. Кроме того, при реконструкции старой доменной печи за счет большей теплопроводности меди и, как следствие, меньшей толщины медного холодильника, возможно увеличение полезного объема печи в рамках существующего кожуха. Основным фактором, сдерживающим повсеместное применение медных плитовых холодильников на доменных печах, является их высокая стоимость и, следовательно, длительный срок окупаемости.

Холодильники из ВЧШГ с прочностными характеристиками, превышающими в 2,5-3 раза, и теплопроводностью, превышающей в 2 раза данные показатели жаростойкого чугуна, являются оптимальным решением для систем охлаждения доменных печей относительно малого объема. Большинство специалистов КМЗ сошлось во мнении, что по соотношению цена/качество для доменной печи № 1 полезным объемом 1066м3 оптимальным вариантом является изготовление холодильников из ВЧШГ.

Согласно проекта требовалось изготовить более 400 холодильников в достаточно сжатые сроки (менее 1 года). Было принято решение изготавливать холодильники силами собственного литейного цеха. Положение осложнялось тем, что в цехе на данный момент применяется технология формовки в песчано-глинистые смеси и, следовательно, требовались выполнение дополнительных операций по обеспечению точности формы и обязательная дополнительная обработка поверхности отливаемых холодильников. Основным же условием было получение толстостенных отливок (200 мм и более), каковыми являются холодильники, с сопротивлением при растяжении 500 МПа, пределом текучести 310 МПа и относительным удлинением 10%; указанные механические свойства соответствуют чугуну марки не ниже ВЧ45 по ГОСТ 7293-85. При этом структура материала должна содержать графита в шаровидной форме не менее 80%.

Для получения холодильников с указанными свойствами специалистами завода был разработан и запатентован новый способ двустадийного модифицирования чугуна. Его применение позволило реализовать следующие преимущества:

• увеличена степень усвоения первичной, наиболее ответственной лигатуры за счет ее подачи в поток струи сливаемого из печи металла с помощью специально сконструированного дозатора;
• при реализации данного способа продолжительность эффективного действия лигатуры (т.н. «живучесть» лигатуры) составляет около 50 минут, поэтому появилась возможность повысить однородность и чистоту конечного материала отливки за счет выдержки металла после каждой стадии модифицирования до всплытия шлака и его снятия с поверхности металла;
• устранена зависимость результатов от нестабильности состава применяемых лигатур за счет комбинированного ввода лигатур на двух стадиях модифицирования в зависимости от полученной структуры излома образца, определяемой после первичного модифицирования.

В результате гарантированно получалась шаровидная форма графита в конечном чугуне.

Особое внимание уделено изготовлению змеевиков и подготовке их к заливке металлом. Змеевики изготавливались из стальной трубы с толщиной стенки 6 мм, причем допускался только 1 сварочный шов при условии развернутой длины змеевика более 4 м. Зачищенные и пассивированные раствором нитрита натрия и соды изогнутые трубы погружались в ванну с маршаллитовым раствором для создания слоя, предохраняющего материал трубы от науглероживания в процессе заливки металла.

Сушка формы и последующее покрытие цирконовой краской обеспечивает хорошее качество поверхности отлитых холодильников, которая требует небольшой финишной обработки с помощью пневмошлифовального оборудования.

За 10 месяцев было отлито 426 холодильников общей массой 960 т. При тщательном контроле брака за весь период было выявлено 8 бракованных холодильников, или менее 2% от общего количества, что с учетом веса единичного изделия до 3т является очень эффективным показателем для существующей технологической линии.

Установка холодильников на печь прошла успешно, без необходимости подгонки, шлифовки или других операций, отрицательно влияющих на стойкость устанавливаемых элементов охлаждения. При этом ребристая поверхность холодильников верхней части печи позволила нанести огнеупорную футеровку современным методом шоткретинга без установки анкерных креплений.

Одним из нововведений в литейном цехе является пуск в августе 2008г. индукционной сталеплавильной печи ИСТ-2, на которой производятся стальные отливки для внутризаводских нужд (например, стальные мульды для разливочных машин доменного цеха) и широкий спектр изделий для внешнего потребителя. Завершается сооружение участка формовки по холодно-твердеющим смесям, что позволит выпускать отливки с высокой размерной точностью и минимальной требуемой механической обработкой поверхности и, как следствие, войти в новый для завода сегмент рынка высокоточного литья.

Таким образом, на КМЗ реализуется комплексная стратегия развития, предполагающая органичное взаимодействие всех подразделений, их интегрирование в общезаводской производственный процесс и имеющая конечной целью создание высокотехнологичной продукции для любого, как внутризаводского, так и внешнего потребителя.

:
Август, 2009 г.