Электродуговая наплавка основных деталей засыпных аппаратов доменных печей

Повышение стойкости засыпных аппаратов доменных печей была и остается актуальной проблемой в доменном производстве. На протяжении многих лет металлургические и машиностроительные заводы, научно-исследовательские и проектные институты страны работают над этой проблемой и добились определенных успехов как в совершенствовании типовой конструкции засыпного аппарата, так и в увеличении срока службы основных деталей с помощью различных методов наплавки.

Стойкость засыпных аппаратов доменных печей зависит от большого числа факторов: конструкции и технологии изготовления деталей, ведения доменной плавки (состав шихты, температура, состав колошниковых газов) и др. Рабочие поверхности конуса и чаши засыпных аппаратов изнашиваются под воздействием материалов шихты, а контактные поверхности и другие детали засыпного аппарата — под воздействием колошниковых газов.

Непрерывная интенсификация технологических процессов, повышение температуры и давления колошниковых газов, применение железорудных окатышей и агломерата, обладающих высокой абразивной способностью, выдвигают все более высокие требования к деталям засыпных аппаратов, подверженным значительному износу.

Институтами Минчермета СССР проведен анализ стойкости засыпных аппаратов и их условий работы за последние 10 лет на двадцати металлургических заводах страны. Анализ проводили по 99 доменным печам, работающим на повышенном давлении газа под колошником от 0,5 кгс/см2 и выше. По статистическим данным, средняя стойкость загрузочных устройств составляет 11— 12 месяцев. Такой срок службы засыпных аппаратов не удовлетворяет возросшие требования эксплуатации.

В целях повышения стойкости засыпных аппаратов доменных печей и увеличения межремонтного срока их службы ведутся поиски новых упрочняющих материалов и способов их нанесения на детали, а также проводятся исследования по выбору оптимальных режимов эксплуатации оборудования. В результате стойкость засыпных аппаратов доменных печей за последние годы существенно повысилась.

Однако практика показывает, что возможности дальнейшего существенного повышения стойкости двухконусного загрузочного устройства ограничены. Этой конструкции присущи органические недостатки: совмещение функций газозапирания, шлюзования и распределения шихтовых материалов в конусных затворах, неравномерность нагрева кожуха печи, газоотводов и самого устройства и др. По этим причинам значительно снижается эффективность применения высокоизносостойких наплавочных материалов. Весьма тяжелые температурные условия работы больших конусов и чаш приводят к потере прочности рабочей поверхности.

Радикальным решением проблемы является создание для действующих доменных печей принципиально новых конструкций загрузочных устройств, отвечающих современным требованиям. Учитывая, однако, что работу по созданию новых загрузочных устройств и переоснащению ими большого парка действующих печей выполнить в короткий срок не представляется возможным, работы по повышению стойкости загрузочных устройств существующей конструкции сохраняют актуальность в течение ближайших лет.

Одним из важных факторов повышения стойкости деталей загрузочного устройства является нанесение на рабочие поверхности деталей упрочняющих износостойкость покрытий.

Производство засыпных аппаратов доменных печей сосредоточено на Уралмашзаводе, ЖЗТМ, ДЗМО и др. Кроме того, изготовление отдельных деталей и узлов, а также восстановление изношенных в процессе эксплуатации деталей засыпных аппаратов производится на предприятиях черной металлургии.

При изготовлении засыпных аппаратов применяют в основном наплавки трех видов: механизированную и ручную дуговую наплавку сплавами типа «Сормайт», механизированную дуговую наплавку износостойких сплавов на основе карбидов хрома; наплавку композиционными сплавами.

Анализ стойкости различных узлов засыпных аппаратов доменных печей и практическое осуществление наплавки позволяют сделать вывод, что эти методы не являются универсальными для всех узлов.

Наиболее перспективным процессом наплавки конусов и чаш засыпных аппаратов является разработанная ИЭС им. Е. О. Патона совместно с заводами тяжелого машиностроения технология наплавки порошковыми лентами.

Наплавляемые участки конусов и чаш: контактный пояс — поверхность сопряжения конуса и чаши, который наиболее подвержен газоабразивному износу; промежуточный пояс — участок рабочей поверхности шириной примерно 200 мм, расположенный выше контактного пояса и подверженный газоабразивному и абразивному износам; защитная поверхность — участок, расположенный выше промежуточного пояса и подверженный абразивному износу.

Для наплавки промежуточного пояса и защитной поверхности применяют порошковую ленту ПЛ-АН101. Химический состав наплавленного металла во втором слое, %: 2,2—3 С; 22—28 Сг; 2,5—5 Si; 1,3—3,6 Ni; < 2,5 Мп; остальное железо. Для наплавки контактного пояса применяют порошковую ленту ПЛ-АН111. Химический состав наплавленного металла во втором слое, %: 4,5—5,5 С; 35—45 Сг; 28—35 Ni; 1,5—3,5 Si; 1—2 Mn; 0,2—0,4 В; остальное железо.

Металл, наплавленный порошковой лентой ПЛ-АН111 по сравнению с наплавками лентой ПЛ-АН101 обладает более высокой износостойкостью и менее склонен к образованию трещин. Применение этой наплавки позволило увеличить срок службы засыпных аппаратов на металлургических заводах в 1,2— 1,5 раза.

На машиностроительных заводах конуса и чаши отливают из стали с содержанием 0,27—0,35% С и после отливки подвергают отжигу. По данным заводов, одной из причин низкого качества наплавленных износостойкими материалами чаш и конусов является наличие в исходных заготовках литейных дефектов. Литые детали имеют засоры, раковины, несплошности на наплавляемой поверхности. Дефекты располагаются под поверхностным слоем отливки и выявляются при обработке резанием и наплавке. 

Дефекты литья исправляют выплавкой с последующей заваркой. На отдельных деталях количество наплавленного металла при заварке дефектов литья составляет до 200 кг, что создает дополнительные внутренние напряжения и деформации чаши и конуса. Если дефектные места расположены неравномерно по окружности и при этом в одном месте требуется наплавить >10 кг металла, то конус после заварки дефектных' мест подвергают отпуску при температуре 600—620° С.

Наплавка конусов. Обработку резанием конуса под наплавку выполняют следующим образом: защитную поверхность обрабатывают окончательно под наплавку, контактную поверхность обрабатывают предварительно с припуском 5—6 мм на сторону без проточки углубления под наплавку.

При наличии на подлежащих наплавке поверхностях раковин, пор, песочин, расслоений, трещин и других дефектов, их необходимо вырубать до чистого металла. Разделенные места заваривают и зачищают наждаком. Перед наплавкой конус предъявляют ОТК- Особое внимание уделяется плотности основного металла на наплавляемых участках. Эллиптичность конуса должна быть <0,5 мм.

Основой технологии является высокопроизводительная двухдуговая наплавка порошковой лентой. Конструкция и состав, порошковой ленты обеспечивают наплавку высоколегированного сплава открытой дугой, т. е. без применения защитных газов и флюсов. Это позволяет применить непрерывную наплавку деталей по окружности с расположением валиков вдоль образующей при толчковом вращении детали на шаг наплавки.

По сравнению с ручной наплавкой штучными электродами технология автоматической наплавки порошковой лентой обеспечивает повышение производительности процесса в 12—15 раз. При этом увеличивается износостойкость наплавленного металла и исключаются отколы и несплавления наплавленного слоя.

Для механизированной наплавки конусов и чаш используют специальную наплавочную установку. После подготовительных работ — установки и закрепления детали на манипуляторе, настройки сварочной аппаратуры — устанавливают размах колебаний электродов, скорость возвратно-поступательного перемещения электродов и шаг наплавки. Специальными горелками наплавляемую поверхность подогревают до 100—150° С.

Последовательность операций при наплавке конуса. Наплавку начинают с промежуточного пояса, в первую очередь заплавляют углубление, расположенное у места перегиба. Затем увеличивают размах колебаний до 300—400 мм и наплавляют вторым проходом промежуточный пояс и часть защитной поверхности. После этого наплавляют последующие полосы шириной 300—400 мм в направлении от контактного пояса к вершине конуса. Защитный пояс в месте падения шихты рекомендуется наплавлять в два прохода (четыре слоя). После наплавки защитного пояса проводят первую термическую обработку: Затем выполняют обработку резанием контактного пояса под наплавку. В последнюю очередь наплавляется контактная поверхность, после чего проводят повторную термическую обработку и шлифование контактной поверхности.

В процессе наплавки на мундштуки налипает нагар, который отваливается и попадает в сварочную ванну, оставляя отпечатки в виде углублений или образуя шлаковые включения. Поэтому в крайних положениях электродов необходимо периодически очищать мундштуки.

В случае вынужденной остановки перемещения электродов и образования утолщения наплавленного слоя наплавку следует прекратить, повернуть конус таким образом, чтобы утолщение наплавленного слоя было бы в удобном положении, и выплавить

утолщение электрической дугой. Наплавку продолжать после полного удаления утолщения слоя.

После окончания наплавки промежуточного пояса и защитной поверхности производят их осмотр, отмечают и разделывают дефектные места с помощью шлифовальной машинки. Разделанные места заваривают электродами ГН-1, ЦС-1 или электродами из порошковой ленты.