Опубликовано в журнале "Вопросы материаловедения" 2015 №1
Разработана порошковая проволока и технология наплавки под флюсом АН26 валков центрифуг в составе линий производства минеральной ваты и базальтового утеплителя.
Введение
Изделия из минеральной ваты предназначены для тепловой и звуковой изоляции, без которых невозможно гражданское и промышленное строительство любого объекта. Основным сырьем являются горные породы типа базальт, диабаз, доломит, известняк и в случае необходимости - доменный шлак, который используется в качестве примеси. Минеральную вату изготавливают путем вытяжки тонких волокон из расплава смеси горных пород.
Рис. 1. Линия по производству минеральной ваты
Рис. 1. Линия по производству минеральной ваты
Оборудование для производства минеральной ваты и базальтового утеплителя включает в себя стандартный набор, в состав которого входит центрифуга (рис. 1). В массивной конструкции центрифуги установлены высокооборотные шпиндельные головки с валками, которые охлаждаются водой. В зависимости от типа линии валки вращаются со скоростью 6000 или 9000 об./мин. Расплавленный базальт при температуре 1450-1500°С подается из печи на валки центрифуги. Под воздействием центробежных сил происходит образование тонких волокон минерального утеплителя.
Наиболее интенсивно подвергается износу третий валок. При оптимальной температуре охлаждения валка и очистке воды его поверхность подвергается равномерному износу с формированием грибообразного подъема металла в зоне контакта с базальтом. При повышении температуры воды выше оптимального значения и формировании 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 износа зависит от режима охлаждения валка, химического состава минерального расплава, химического состава охлаждающей воды и химического состава упрочняющего слоя наплавленного на рабочую поверхность валка. Ресурс валков на различных предприятиях находится в пределах 40-100 ч. Для упрочнения валков при последующем ремонте в мировой практике рекомендуется применять аустенитный наплавочный материал с системой легирования типа Нп-06Х20Н10Г7. В Украине и России применяются преимущественно дорогостоящие импортные сплошные проволоки различных производителей.
Рис. 2 Характерный износ поверхности третьего валка
Рис. 2 Характерный износ поверхности третьего валка
В период с 2007 г. ООО «ТМ ВЕЛТЕК» (Киев, Украина) и ЗАО «ИЗОВОЛ» (Белгород, Россия) проведен комплекс совестных 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. Применение сплошной проволоки Нп-06Х20Н10Г7 в сочетании с флюсом АН26 приводит к ухудшению отделимости шлаковой корки и образованию на поверхности наплавленного металла шпинелей. Этот процесс интенсифицируется по мере повышения температуры валика вследствие автоподогрева. Образование шпинелей, приводящих к формированию межваликовых шлаковых включений, приводит к ремонту дефектных мест после механической обработки. Образование шпинелей при сварке и наплавке аустенитных материалов связано с развитием обменных реакций между минеральным расплавом и металлом валика. В флюсе АН26 содержится большое количество SiO2, что вызывает развитие обменных реакций, приводящих к окислению хрома и марганца, последующему образованию хромомарганцовистых шпинелей на поверхности наплавленного металла, а также восстановлению кремния. Содержание кремния в наплавленном металле находится в пределах 1,2-1,5%. Металлографическими исследованиями установлено формирование в аустенитной структуре по границам зерен прослоек SiO, что приводит к образованию горячих трещин и их развитию в процессе работы валка.
Рис. 3. Установка наплавки валков центрифуг
Рис. 3. Установка наплавки валков центрифуг
В процессе проведенных работ была разработана порошковая проволока ППс-ТМВ11С, достигнуто существенное снижение окисления хрома и марганца и снижение интенсивности 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%C; 9,5%Ni; 0,01%S; ≤0,003%P. Автоматическая наплавка выполняется по винтовой линии с перекрытием 50% проволокой ППс-ТМВ11С Ø3,0 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-х слоев. В дальнейшем валок ремонтируется до 10 раз для центрифуг на 6000 об./мин с предварительной механической обработкой под наплавку. Для центрифуг на 9000 об./мин валки используют один раз. Межремонтный цикл валков для центрифуг на 6000 об./мин составляет 200-240 ч, а для центрифуг на 9000 об./мин соответственно ограничен 100 ч в связи с существенным изменением структуры металла тела валка в зоне контакта с расплавом базальта. В целом ограничение ресурса валков связано с проявлением нарушений в формировании волокон заданной толщины и образованием «корольков», что является показателем брака продукции.
Рис.4. Рабочий момент наплавки валка
Рис.4. Рабочий момент наплавки валка
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 года после завершения отработки проволоки и по настоящее время со стороны завода претензий к качеству проволоки и наплавленных валков не было.
