УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ГОТОВОГО ПРОКАТА КАК ОСНОВЫ ЕГО КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ

Быстров В.А., Новиков Н.И., Аксенова Э.А.

(НФИ КемГУ, г. Новокузнецк. РФ)

 

(http://science-bsea.narod.ru/2004/ekonom_2004/bystrov.htm)

 

Назад к списку

 

        Increase of reliability  and working life of shrouded forming rolls results in more even wear-out of body's surface. This will improve the quality of rolled metal. Increasing forming rolls' service life 3-4 times will allow to rise productivity of a rolling mill by 6-8% and decrease production cost of a manufactured product by 1,5%. It will also ensure competitiveness growth of finished rolling mill's goods.

В процессе инновационной деятельности современное металлургическое предприятие может повысить эффективность работы, лишь четко ориентируясь на производственный процесс и руководствуясь полным учетом воздействия факторов внешней и внутренней среды. Для этого необходима подробная классификация инноваций, их свойств и возможных путей разработки и применения наиболее перспективных технических решений. Наиболее характерными показателями нововведений являются такие показатели, как абсолютная и относительная новизна, приоритетность и прогрессивность, конкурентоспособность, адаптивность к новым условиям хозяйствования, способность к модернизации, а также показатели экономической эффективности, экологической безопасности и пр. Все эти показатели новшества являются составляющими технико-организационного уровня нововведения и его конкурентоспособности. Их значимость определяется по степени влияния этих факторов на конечные результаты деятельности предприятия: на себестоимость продукции, ее качество, объем продаж и прибыли; уровень рентабельности хозяйственной деятельности. Показатели технического уровня новшества определяют технический уровень производства в целом, формируют качество продукции, а следовательно, её конкурентоспособность.

Одной из важнейших мер, способствующих увеличению выпуска проката, улучшению качества металлопродукции и снижению расходов по переделу, является повышение стойкости прокатных валков – основного рабочего инструмента прокатных станов. Статистические данные, полученные как в нашей стране, так и за рубежом, достаточно красноречивы: 6 % всей стоимости про­катного стана составляет стоимость прокатных валков; 20÷25 % времени работы стана уходит на перевалки валков; в общих расходах по переделу затраты на валки по стану горячей прокатки составляют примерно 15÷17 % [1]. 

Для повышения надежности и долговечности валков прокатных станов по­требо­ва­лись новые износостойкие наплавочные композиционные мате­риалы (КМ), успешно работающие в условиях высокотемпературного абразивного износа. Среди известных КМ наибольшее применение получил сплав на основе релита (WC+W₂C). Однако, дефицитность, дороговизна релита (820¸ 960 руб./кг) и технологические затруднения наплавки КМ ре­лит + сплав на основе железа, ввиду высокой растворимости релита в сплаве-связке, побудили иссле­довате­лей искать новые безвольфрамовые КМ. Поэтому разработка электро­шлаковых процессов упрочнения безвольфрамовыми КМ (спеченными твердыми сплавами на основе карбидов титана типа ТН 20) деталей оборудования, работающих в тяжелых условиях высокотемпературного износа, является весьма актуальной задачей, повышающей конкурентоспособность продукции.

Спеченные твердые сплавы обладают рядом весьма ценных свойств: высо­кая тве­рдость 86¸92 HRA; высокая микротвердость H_m =19,5¸22,0 ГПа; величина модуля упругости составляет 445 ГПа; высокий предел про­ности при сжатии до s_сж= 6,0 ГПа, с достаточной прочностью на изгиб s_изг =1,2¸2,5 ГПа и на растяжение s_в = 0,5s_изг. И самое благоприятное свойство среди известных карбидов - высокая ударная вязкость 0,8¸1,2 МДж/м². Способность спечен­ных твердых сплавов сохранять в значительной степени указанные свой­ства при повышенных температурах является чрезвычайно важной характеристикой при высокотемпературном абразивном износе [2].

При большинстве способов наплавки происходит существенное растворе­ние твердых частиц и обогащение матрицы хрупкими продуктами растворения Me'С на Me' и С, что отрицательно сказывается на износостойкости КМ. Намечено несколько путей уменьшения растворения твердых частиц в матрице КМ, одним из которых является нанесение защитных (барьерных) покрытий. Таким барьерным покрытием может служить образование боридного барьерного слоя на поверхности спеченных твердых частиц в результате диффузии бора в твердые частицы. Обычно для нанесения барьерного покрытия в состав шихты КМ вводится борсодержащая сплав-связка, например ПГ-СР3 (колмоной, содержащий 3,2 % бора), или в состав флюса добавляются бура (Na₂B₄O₇ ·10Н₂О) и борная кислота (Н₃ВО₃). Введение в состав шихты порошковой проволоки для получения КМ на основе ТН 20 или добавление в состав флюса борсодержащих элементов приводит к образованию карбоборидов (Ti₂B)С с образованием новой межфазной защитной границы. На поверхности твердых частиц четко наблюдается нетравящаяся полоска борированного слоя с повышенной микротвердостью H_m (Ti₂B)C = 28,9 ГПа, что благоприятно сказывается на износостойкости при высокотемпературном износе. Установлено, что образование борированного слоя на поверхности твердых частиц приводит к увеличению микротвердости границы твердая частица – матрица до 29¸32 ГПа, повышению прочности сцепления до 780 МПа, вследствие улучшения смачивающей способности бора, уменьшению раство­римости твердых частиц с борированным слоем, а следовательно, к повышению износостойкости в 3¸4 раза КМ, рабо­тающих при высокотемпературных видах износа [3].

Перспективы развития научных разработок заключаются в том, что разработанные способы упрочнения быстроизнашивающихся деталей, основанные на концентрации спеченных твердых частиц типа ТН 20 в местах интенсивного износа деталей, приводят к экономии легирующих элементов в об­щей массе наплавленного металла. Например, чтобы наплавить 100 кг быстрорежущей стали, содержащей 18 % вольфрама потребуется ввести в шихту более 19 кг вольфрама. Для наплавки того же количества КС на основе спеченного твердого сплава типа ТН 20 (который по износостойкости в 2¸3 раза выше, а по плотности в 3,3 раза ниже вольфрама) потребуется гораздо меньшее количество легирующих компонентов, например, титана, молибдена, никеля:

 %

где    – концентрация Ti в общей массе наплавленного металла, %;

 – концентрация твердых частиц в местах интенсивного износа детали;

 = 0,2 – доля твердых частиц в общей массе наплавленного металла;

 – плотность спеченного твердого сплава ТН 20,   = 5,4 т/м³;

– содержание легирующего компонента Ti, в ТН 20,   = 72 %;

 – плотность матрицы, основы наплавленного металла,  = 7,8 т/м³;

 – относительная износостойкость КС на основе ТН 20,   = 2.

 =    

 =  

Т.е. получается весьма экономно легированный сплав (3,24% Ti; 0,9% Ni; 0,54% Mo), что приводит к значительному экономическому эффекту при уп­рочнении быстроизнашивающихся деталей (расход которых только на одном металлургическом комбинате составляет сотни тонн) композиционными сплавами на основе спеченных карбидов титана типа ТН 20.

Опытно-промышленные испытания получения бандажированных валков методом ЭШЛ (совмещенным методом заливки жидкого металла в осевое пространство с плавлением электрода-соленоида в шлаковой ванне) с применением в качестве материала бандажа высокохромистого чугуна, армированного час­тицами спеченного твердого сплава типа ТН 20, показали повышение срока службы валков в 3¸4 раза. ЭШЛ производили при следующих параметрах: U_шл = 40 В; I_ЭШП = 2200 А; d_эл.сол = 10 мм; шаг соленоида, т.е. расстояние между вит­ками спирали соленоида ℓ_{шаг сол} = 20¸80 мм; внутренний диаметр бандажа D_вн = 300 мм; диаметр электрода-соленоида D_эл.сол = 270 мм; высота оси валка H_вал = 1800 мм; коэффициент расплавления электрода-соленоида a_р = 40 г/А.ч.

Тогда, скорость расплавления проволоки электрода-соленоида составила:

V_пл.эл =  = 4 ·2200 · 40/(3,14 ·10² ·7,8) = 144 м/ч = 4 см/с;

Скорость подъёма зеркала металлической ванны оси валка, V_п.м.в:

V_п.м.в = V_пл.эл ·ℓ_{шаг сол}/π D_эл.сол = 40·80/(3,14·270) = 4 мм/с;

Время заполнения осевого пространства жидким металлом t_зап:

t_зап = (H_вал - L_боч)/V_max + L_боч/ V_п.м.в = (1800 – 800)/20 + 800/4 = 250 c = 0,07 ч;

Производительность процесса ЭШЛ бандажированного валка:

П_ЭШЛ = π D²_вн· H_вал ·ρ_ст /(t_зап) = 3,14 ·30² ·180 · 7,8/(0,07) = 56708 кг/ч;

Удельный расход электроэнергии на 1 кг металла, полученного ЭШЛ:

q_уд.эл = I_ЭШП · U_шл· t_зап / П_ЭШЛ = 2200 · 40 · 0,07/56708 = 0,11  кВт. ч/кг.

Следовательно, удельный расход электроэнергии нового способа ЭШЛ бандажированных валков по сравнению с ЭШП получения валков (q_уд.эл = 1,5 ¸ 2 кВт. ч /кг), примерно в 14 раз меньше [4].

Таким образом, разработанные способы ЭШЛ бандажированных валков приводят к сокращению удельного расхода электроэнергии примерно в 14 раз, а нанесение барьерных покрытий на твердые частицы – к экономии легирующих элементов в общей массе наплавленного металла за счет предот­вращения рас­творения твер­дых частиц и повышению стойкости валков в 3÷4 раза.

Условно-годовая экономия от применения ЭШЛ новыми КМ, повышающими срок службы деталей в 3÷4 раза, составила на 1 млн. т. проката за счет повышения срока службы прокатного стана в 2,5 раза, при действующем расходе валков 9,5 руб./т  на 1 т. проката;

Э_у.г = 1000000 · [9,5 · (1 – 1/2,5)] = 5˙700˙000 руб./год

Выводы. Применение системы управления новыми технологиями упроч­нения бы­ст­роизнашивающихся деталей металлургического оборудования, и обеспече­ние этих технологий инновационными решениями в области создания новых КМ и способов ЭШП, позволило увеличить срок службы деталей в 3÷4 раза и повысить производительность металлургических агрегатов на 6÷8 %, что обеспечило получение экономического эффекта 5˙700˙000 руб./год за счет снижения себестоимости го­товой продукции, а повышение качества продукции привело к повышению её конкурентоспособности.

Литература

1.    Быстров В.А. Новая технология изготовления бандажированных прокат­ных валков электрошлаковым литьём./ В.А. Быстров, В.И. Верёвкин, И.Ф. Селянин. // Изв. вуз. Черная металлургия. –2001. – № 8. – С. 64-66.

2.    Быстров В.А. Современные технологии получения и исследования сверх­износостойких КС./ В кн.: Новые индустриальные технологии и мате­риалы. / Под ред. В.Е. Громова. – Новосибирск: Сибирские огни, 2000. – (С. 122-133) – 361 с.

3.    Быстров В.А., Новиков Н.И., Оськин И.С. Экономическая эффектив­ность композиционных наплавочных материалов с барьерным покрытием. /II Международная НТК “Материалы и технологии XXI века”. – Пенза: Пенз. ГУ. – 2004. – (С 30-34) – 223 с.

4.    Быстров В.А. Экономическая эффективность энергосберегающей техно­логии изготовления бандажированных прокатных валков методом ЭШН. / В сб. научных трудов “Перспективные материалы, технологии, конструкции” /Под ред. В.В. Стацуры. Вып.3.– Красноярск: САА, 1997.– (С. 315-321) – 464с.

 

Назад к списку