Версия для мобильных
рус укр eng
Версия для печати

Наплавка валков центрифуг производства минерального утеплителя

Орлов Л.Н. Голякевич А.А., Хилько А.В. Кузубов А.А.

Опубликовано в журнале "Сварщик" №4, 2012

Изделия из минеральной ваты предназначены для тепловой и звуковой изоляции, без которых невозможно гражданское и промышленное строительство любого объекта. Основным сырьем являются горные породы — базальт, диабаз, доломит, известняк и в случае необходимости доменный шлак, который используется в качестве примеси. Минеральная вата производится путем вытяжки тонких волокон из расплава смеси горных пород.
      Оборудование для производства минеральной ваты и базальтового утеплителя включает стандартный набор, в состав которого входит центрифуга (рис. 1). В массивной конструкции центрифуги установлены высокооборотные шпиндельные головки с валками, охлаждаемыми водой. В зависимости от производительности линии валки вращаются со скоростью 6000 или 9000 об/мин. Расплавленный базальт с температурой 1450-1500°С подается из печи на валки центрифуги, и под воздействием центробежных сил образуются тонкие волокна минерального утеплителя. В процессе работы наиболее интенсивно изнашивается третий валок. При оптимальной температуре и очистке воды охлаждения валка его поверхность подвергается равномерному изнашиванию с формированием грибообразного подъема металла в зоне контакта с расплавом базальта. При превышении температуры воды и образовании слоя накипи на внутренней поверхности валка в зоне контакта с базальтом формируется интенсивный износ металла в виде канавки в сочетании с крупной сеткой трещин разгара (рис. 2). Характер изнашивания зависит от режима охлаждения валка, химического состава минерального расплава, химического состава охлаждающей воды и химического состава упрочняющего слоя, наплавленного на рабочую поверхность валка. Ресурс работы валков на различных предприятиях находится в пределах 40-100 ч. Для упрочнения валков при последующем ремонте в мировой практике рекомендуют применять аустенитный наплавочный материал с системой легирования типа Нп-06Х20Н10Г7. В Украине и России применяют преимущественно дорогостоящие импортные сплошные проволоки различных производителей.
     В 2007 г. ООО «ТМ. Велтек» и ЗАО «Изовол» (Белгород) провели комплекс совместных работ по разработке порошковой проволоки и технологии наплавки под флюсом АН26 взамен процесса наплавки импортной сплошной проволокой. В наплавленном металле не допускается присутствие дефектов в виде зашлаковок, пор и трещин. Кроме этого, наплавленный слой металла должен обладать высокой теплостойкостью, окалиностойкостью, механической прочностью при повышенных температурах. В процессе применения сплошной проволоки Нп-06Х20Н10Г7 в сочетании с флюсом АН26 ухудшается отделимость шлаковой корки, на поверхности наплавленного металла образуются шпинели и по мере увеличения температуры валка вследствие автоподогрева интенсивность этих процессов растет. Шпинели приводят к образованию межвалковых шлаковых включений, и возникает необходимость последующего ремонта дефектных мест, выявленных после механической обработки. Образование шпинелей при сварке и наплавке аустенитных материалов связано с развитием обменных реакций между минеральным расплавом и металлом валка. Высокое содержание SiO2 в составе флюса АН26 приводит к развитию обменных реакций, т. е. окислению хрома и марганца и последующему образованию хроммарганцовистых шпинелей на поверхности наплавленного металла, а также к восстановлению кремния. Содержание кремния в наплавленном металле находится в пределах 1,2-1,5%. Металлографическими исследованиями установлено присутствие в аустенитной структуре металла по границам зерен прослоек SiO, что становится причиной образования и развития горячих трещин в процессе работы валка. Все эти негативные проявления присутствовали при использовании импортных наплавочных материалов различных производителей.
     Разработана порошковая проволока ППс-ТМВ11С и достигнуто существенное снижение окисления хрома и марганца, а также снижение восстановления кремния, содержание которого в наплавленном металле составило 0,6-0,8%. Типичный химический состав наплавленного металла: 0,07%C, 0,7%Si, 6,8%Mn, 19,0%Cr, 9,5%Ni, S≤0,012%, P≤0,003%.
      Автоматическая наплавка выполняется по винтовой линии с 50% перекрытием проволокой ППс-ТМВ11С диаметром 3,0 мм на режиме: I=280...300 А, U=30 В, Vн=24 м/ч (рис. 3). При изготовлении новых валков трубная заготовка протачивается на заданный размер под последующую наплавку 2-3 слоев. В дальнейшем валок ремонтируют до 10 раз для центрифуг (6000 об/мин) с предварительной механической обработкой под наплавку. Для центрифуг, вращающихся со скоростью 9000 об/мин, валки используют один раз. Межремонтный цикл валков на центрифугах, вращающихся со скоростью 6000 об/мин, составляет 200-240 ч, а на центрифугах, вращающихся со скоростью 9000 об/мин, ограничен 100 ч в связи с существенным изменением структуры металла тела валка в зоне контакта с расплавом базальта. В целом ограничение ресурса работы валков центрифуги связано с образованием грибообразного вздутия металла в месте контакта валка с расплавом, приводящим к ухудшению волокообразования заданного диаметра и длины, увеличению процентной доли «королька» в конечной продукции, а также с изменениям структуры в пограничном слое основного и наплавленного металла.
     При этом следует особо отметить тот факт, что рабочий ресурс фактически может быть доведен до 200-220 ч на первом и втором валках и 96-110 ч — на третьем и четвертом валках центрифуги. Применение порошковой проволоки ППс-ТМВ11С диаметром 3,0 мм на центрифуге со скоростью вращения 6000 об/мин позволило перерабатывать расплав с температурой 1450-1500°С: первый-второй валок — 910 т; третий-четвертый валок — 480 т. На центрифуге со скоростью вращения 9000 об/мин: первый-второй валок — 1344 т; третий-четвертый валок — 672 т.
      В процессе наплавки наблюдается самопроизвольное отделение шлаковой корки, малая волнистость гладкой поверхности наплавленного металла, отсутствие дефектов в виде пор, зашлаковок и трещин (рис. 4). Начиная с 2007 г., после завершения отработки проволоки и по настоящее время со стороны потребителей претензий к качеству проволоки и наплавленных валков не было.
     Разработанная порошковая проволока марки ППс-ТМВ11С по своим характеристикам превосходит зарубежные аналоги. Ее стоимость в 2,0-2,2 раза ниже зарубежных аналогов. Применение проволоки этой марки обеспечивает гарантированное бездефектное качество наплавленного металла. Наплавленный металл обладает высокой стойкостью к разгару, жаростойкостью и окалиностойкостью, что позволило увеличить рабочий ресурс работы центрифуги на 10-20% по сравнению с зарубежными аналогами. Сварочная проволока ППс-ТМВ11С внедрена и успешно применяется уже более 6 лет на ЗАО «ЗНОиМ» (Белгород).


ООО «ТМ. ВЕЛТЕК»

факс: +38(044) 200-84-85; тел: +38(044) 200-82-09;
E-mail: office@veldtec.ua

.