Как компания «Даньдун Пэнсинь Машинери» изготавливает шлаковые ковши: литьё в песчано-смоляные формы, опыт работы с двумя типами материалов и строгий контроль качества

Шлаковые ковши относятся к наиболее ответственным компонентам в производстве стали. Их конструкция предусматривает сбор, транспортировку и слив расплавленного шлака при температурах свыше 1300 °C; эти массивные сосуды подвергаются постоянным термическим циклам, воздействию коррозионно-агрессивной шлаковой химии и многократным механическим ударам. Одного структурного отказа достаточно, чтобы вызвать катастрофическую аварию на прокатном стане.

На Dandong Pengxin Machinery Co., Ltd. — основано в 1958 году в Даньдуне, провинция Ляонин, Китай — производство шлаковых ковшей базируется на почти семидесятилетнем опыте литейного производства. Предприятие занимает производственные площади общей площадью 66 000 м², насчитывает 330 сотрудников и обладает годовой мощностью, приближающейся к 100 000 тонн; компания Pengxin поставляет шлаковые ковши сталелитейным комбинатам Северной Америки, Европы и Азии. В данной статье объясняется, как компания Pengxin изготавливает шлаковые ковши методом литья в песчаные формы с применением смолистого связующего, рассматриваются варианты материалов — как ковкий чугун, так и литая сталь, описывается производственный процесс и всесторонняя система контроля качества, обеспечивающая каждую поставку.

Преимущество литья в песчаные формы с применением смолистого связующего

Литье в песчано-смоляные формы осуществляется с использованием синтетических смоляных связующих — обычно фурановых или фенольных — смешанных с кварцевым песком и кислотным катализатором для формирования жёстких, химически связанных форм. По сравнению с литьём в зелёный песок или оболочковым литьём данный процесс обеспечивает:

• Высокую точность размеров , что позволяет сократить припуски на механическую обработку крупногабаритных отливок.
• Гладкая поверхность , что минимизирует дефекты, такие как включения песка и образование трещин-«жил».
• Высокую прочность формы , обеспечивающую устойчивость к значительным гидростатическим нагрузкам от тонн расплавленного металла.

Компания Pengxin располагает двумя полностью автоматизированными линиями литья в песчано-смоляные формы с совокупной годовой мощностью 400 000 тонн. Такой объём производства позволяет изготавливать как единичные заказные шлаковые ковши, так и крупные партии продукции.

Выбор материала: высокопрочный чугун и литая сталь

Компания Pengxin предлагает шлаковые ковши из двух групп материалов, подбирая марку в соответствии с эксплуатационными условиями конкретного металлургического завода.

Высокопрочный чугун (QT500-7, QT600-3)

Чугунные ковши из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом широко применяются в доменных печах и при эксплуатации при умеренных температурах. Микроструктура с шаровидным графитом обеспечивает хорошую теплопроводность, демпфирование вибраций и превосходную литейную технологичность — сложные формы с переменной толщиной стенок надежно заполняются расплавом. Высокопрочный чугун обеспечивает выгодное соотношение стоимости и эксплуатационных характеристик при температурах шлака ниже диапазона фазовых превращений чугуна. Однако более высокая температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому ограничивает его применение в условиях низких температур (ниже 0 °C) или при интенсивных ударных нагрузках.

Литая сталь (низколегированная хром-молибденовая, никель-хром-молибденовая)

Для экстремальных эксплуатационных циклов — шлак из основной кислородной печи (BOF) или электродуговой печи (EAF) при температуре выше 1400 °C — литая сталь обеспечивает превосходную ударную вязкость, более широкий диапазон рабочих температур и повышенный предел прочности при растяжении. Стальные шлаковые ковши выдерживают грубые операции строповки и ударные нагрузки без хрупкого разрушения и могут быть восстановлены сваркой для продления срока службы. Компромисс заключается в более высокой стоимости материала и более строгом контроле в литейном производстве: расплавленная сталь разливается при температуре примерно 1550–1600 °C, что требует применения специальных огнеупорных материалов и особого проектирования литниковых систем.

Металлурги компании Pengxin напрямую сотрудничают с заказчиками, чтобы подобрать оптимальный сорт стали с учётом химического состава шлака, рабочей температуры, грузоподъёмности крана и требуемого срока службы кампании.

Обзор производственного процесса

Изготовление моделей и формовка

Каждый шлаковый ковш начинается с точного литьевого образца — деревянного, алюминиевого или эпоксидного, спроектированного с учетом усадки материала (1,0–1,5 % для ковкого чугуна, 2,0–2,5 % для литой стали). Компания Pengxin изготавливает литьевые образцы и формы для стержней самостоятельно. Смесь песка с связующим уплотняется вокруг образца и затвердевает при комнатной температуре в течение нескольких минут. Затем половинки формы собираются вместе со стержнями для формирования внутренних полостей.

Плавка, модифицирование и заливка

Печи индукционного нагрева средней частоты плавят шихту в контролируемых условиях. Каждая плавка подвергается отбору проб для оптическая эмиссионная спектрометрия (ОЭС) проверки химического состава перед выпуском металла. Плавки ковкого чугуна проходят сфероидизирующую обработку (Fe-Si-Mg) методом покрытия разливочного ковша или непосредственно в форме. Температура и скорость заливки строго регулируются для предотвращения турбулентности, вызывающей неметаллические включения, и обеспечения направленной кристаллизации посредством правильно спроектированных литниковой системы и питателей.

Охлаждение, выбивка и отделка

Крупные шлаковые ковши массой в несколько тонн могут охлаждаться в форме в течение 24–72 часов перед выбивкой. После механического удаления формовочной земли отливки проходят операции обрезки прибылей, удаления литниковых систем и шлифовки поверхности.

Термическая обработка

• Высокопрочный чугун : отжиг для снятия напряжений при 550–620 °C или нормализация при 880–920 °C для марок стали повышенной прочности.
• Литая сталь : нормализация и отпуск (N+T) или закалка и отпуск (Q+T), обычно нормализация при 900–950 °C с последующим отпуском при 600–700 °C.

Каждый цикл термической обработки фиксируется в цифровом виде. Кривые «температура–время» архивируются и включаются в качественное досье заказчика, обеспечивая прослеживаемость при аудитах по стандартам ISO 9001 и IATF 16949.

Контроль качества: многоуровневая гарантия

Протокол контроля Pengxin не допускает компромиссов. Каждый шлаковый ковш проходит шесть контрольных точек перед выпуском:

1. Визуальный и размерный контроль

100 % визуальный осмотр на наличие поверхностных дефектов — трещин, включений песка, усадочных раковин, холодных стыков. Критические размеры (диаметр горшка, толщина стенки, расстояние между центрами приливов, геометрия кромки) проверяются с помощью лазерных трекеров, координатно-измерительных машин (КИМ) и крупногабаритных штангенциркулей. 3D-сканирование обеспечивает полные цветовые карты отклонений для сложных контуров.

2. Магнитопорошковый контроль (МПК)

Выполняется на всех доступных поверхностях — особенно на приливах под приливные болты, монтажных проушинах и переходах к фланцам — МПК выявляет поверхностные и подповерхностные несплошности размером до 0,5 мм. В отливке создаётся магнитное поле; флуоресцентные или видимые красящие частицы скапливаются в местах трещин, обеспечивая немедленную визуальную индикацию.

3. Ультразвуковой контроль (УЗК)

В то время как магнитопорошковый контроль (MT) выявляет поверхностные дефекты, ультразвуковой контроль (UT) проверяет внутреннюю целостность. Высокочастотные звуковые импульсы, передаваемые в стенку ковша, отражаются от внутренних неоднородностей — пористости, включений шлака, усадочных дефектов, расслоений — и отображаются на экране А-скана. Сертифицированные специалисты компании Pengxin по стандарту ASNT сканируют все зоны с высоким уровнем напряжения в соответствии со стандартами ASTM A609 или EN 12680-1, проверяя толщину стенки в контрольных точках сетки по всей поверхности ковша.

4. Испытания на механические свойства

Образцы для растяжения, изготовленные из испытательных стержней или литых присоединённых образцов, подвергаются испытаниям в соответствии со стандартами ASTM E8 / ISO 6892 для определения предела текучести, предела прочности при растяжении и относительного удлинения. Ударные испытания по методу Шарпи с V-образным надрезом (ASTM E23 / ISO 148) подтверждают ударную вязкость при заданных температурах. Твёрдость по Бринеллю служит быстрым ориентировочным показателем при полевых проверках.

5. Металлографический анализ

Полированные и травленые образцы анализируются микроскопически. Для ковкого чугуна оцениваются сфероидальность, количество графитовых шариков и распределение размеров графита в соответствии со стандартом ISO 945 — компания Pengxin последовательно обеспечивает сфероидальность выше 90 %. Для литой стали проверяются размер зерна, распределение фаз и отсутствие вредных фаз, таких как карбиды по границам зерен.

6. Прослеживаемость температурно-временных кривых термообработки

Цифровые температурно-временные кривые каждой загрузки печи проверяются на соответствие заданной температуре выдержки, продолжительности выдержки и скорости охлаждения. Любое отклонение инициирует рассмотрение несоответствия. Кривая включается в полный комплект данных для прослеживания — от исходного сырья до готовой отливки.

Шлаковые ковши в эксплуатации

В повседневной эксплуатации шлаковый ковш проходит четыре фазы: прием расплавленного шлака при температуре 1300–1500 °C под выпускным отверстием печи, транспортировку с помощью специального транспортного средства для перевозки шлака или мостового крана, опрокидывание для выгрузки шлака на склад отходов и возврат (часто с неравномерным охлаждением) для следующего цикла. В течение кампании, составляющей несколько тысяч плавок, стенки ковша подвергаются многократному тепловому расширению и сжатию, химической эрозии со стороны шлаков на основе CaO-SiO₂-Al₂O₃, а также механическим ударам.

Хорошо спроектированный и тщательно проверенный шлаковый ковш компании Pengxin может обеспечить 5000–8000 плавок и более до замены или капитального ремонта. Шлаковые ковши Pengxin сегодня используются на комбинатах полного цикла, мини-заводах, заводах по производству ферросплавов и цветных металлургических заводах по всему миру.

Заключение

Производство шлаковой чаши, способной выдерживать годы экстремальных тепловых и механических нагрузок, требует значительно больше, чем стандартная литейная практика. В компании Dandong Pengxin Machinery каждая чаша изготавливается с использованием высокоточной технологии литья в песчаные формы с применением смолистого песка, обладает двойным metallurgическим составом и проходит шеститочечный протокол контроля: магнитопорошковый контроль (MT), ультразвуковой контроль (UT), проверка геометрических размеров, механические испытания, металлографический анализ и прослеживаемость температурных режимов термообработки. Независимо от того, требуется ли экономичный ковкий чугун QT500-7 или высокопрочная легированная сталь, инженеры Pengxin разрабатывают шлаковые чаши с приоритетом безопасности, долговечности и спокойствия на производственной площадке.

Для запросов о шлаковых чашах, рекомендаций по материалам или получения коммерческого предложения обращайтесь в компанию Dandong Pengxin Machinery по адресу [email protected]или посетите www.pengxincasting.com .