Новые возможности ПАО «ЭМСС» в области изготовления уникальных отливок для энергетики и судостроения

В литейном производстве ПАО ЭМСС произошел переломный момент. Завершена реконструкция СЛЦ, которая коренным образом изменила подход к технологическому процессу изготовления отливок.

Введены и освоены новые технологии No-Bake процесса: формовка по песчано-смоляным смесям с применением связующего на фурановой основе.

Внедрение формовки с применением холодно-твердеющих смесей (ХТС) в СЛЦ позволяет достигать:

• высокой точности изготовления формы и стержней;
• уменьшения пригара на поверхности отливок;
• отсутствия дефектов отливок, связанных с подутием, размывом, обрушениями формы, уменьшения количества газовых раковин;
• хорошей выбиваемости смесей, так как под воздействием температуры жидкого металла происходит деструкция смеси;
• возможности регенерации смеси и использование 70 - 90 % регенерата (значительное уменьшение отходов производства);
• исключения организации смесеприготовительного отделения, так как приготовление смеси и подача ее в формы и стержневые ящики совмещены в одном агрегате - смесителе;
• резкого снижения объема различных внутрицеховых транспортных операций, сухой песок и выбитая смесь перемещаются пневмотранспортом по трубам, что позволяет отказаться от громоздких ленточных транспортёров, эстакад, подземных туннелей и полностью исключить пылевыделение в цехе при транспортировке сыпучих компонентов смеси;
• сокращения трудоемкости формовочных, очистных и обрубных работ.

В цехе установлены два стационарных смесителя непрерывного действия, работающие с производительностью 10 и 60 т/ч.

Рабочее место, оснащенное смесителем производительностью 10 т/ч и вибростолом, предназначено для изготовления стержней. Рабочее место, оборудованное смесителем производительностью 60 т/ч, предназначено для изготовления крупных стержней, форм в опоках, а также для раздачи смеси, применяемой для изготовления форм в кессонах. Управление смесителями программируемое, для различных типов смесей настраивается индивидуальная программа.
Также установлена выбивная решетка, грузоподъемностью 100 т и введен в эксплуатацию комплекс регенерации смесей.

Для улучшения качества поверхности отливок смонтирована и введена в эксплуатацию самая крупная в Европе дробеметно-дробеструйная камера.

В рамках реконструкции производственных мощностей ЭСПЦ построена и введена в эксплуатацию новая электродуговая печь ДСП-70 в комплексе с установкой ковш-печь и установкой вакуумирования стали, оснащенной дополнительным оборудованием для ведения VOD процесса. Основные преимущества новых плавильных мощностей это:

• бесшлаковый выпуск для обеспечения высокого качества металла.
• низкий расход электроэнергии за счет использования альтернативного тепла экзотермических реакций;
• высокая производительность;
• низкий расход шлакообразующих материалов.

• Емкость печи – 70т;
• Мощность трансформатора – 52МВА;
• Длительность плавки – 55 мин;
• Расход электроэнергии – 390 кВт·ч/т;
• Расход кислорода – 45 нм³/т;
• Расход газа – 15 нм³/т.

Применение внепечной обработкой металла позволяет:

• снизить содержание серы в стали до необходимого уровня;
• обеспечение содержания легирующих элементов в заданных узких пределах;
• отдача металла на разливку в заданном интервале температур;
• обработку стали активными элементами (кальций, титан, бор, РМЗ и др.) с максимальным и стабильным усвоением.
• Производственные мощности, уровень автоматизации и технологический уровень сталеплавильного производства позволяют получать продукцию, отвечающую самым высоким требованиям отечественных, зарубежных стандартов и спецификаций заказчиков, с обеспечением следующего уровня качества металла:
• по содержанию вредных примесей, на сталях не легированных данными элементами:
• сера [S] - не более 0,005%;
• фосфор [Р] - не более 0,010%;
• по содержанию газов после вакуумной обработки:
• кислород [O] - 30 ppm;
• водород [H] - не более 1,5 ppm;
• азот [N] - не более 70 ppm.

Применение самого современного технологического оборудования для выплавки, внепечной обработки, вакуумирования и вакуум-кислородного обезуглероживания позволяет выплавлять стали, удовлетворяющие самым жестким требованиям, предъявляемым современным рынком.

Способность контролировать процесс затвердевания стальных отливок имеет огромное значение и совершенно бесполезно использовать самую качественную сталь, если отливка не лишена таких дефектов, как усадочные раковины или трещины (надрывы).

В условиях жесткой конкурентной борьбы за заказчика все более актуальными становятся вопросы изготовления качественной продукции в оговоренные контрактом сроки. Эта проблема приобретает особую важность в тех случаях, когда речь идет об изготовлении отливок высокой степени сложности.

Удовлетворение жестких требований, предъявляемых к отливкам, возможно не только изменением технических возможностей (реконструкцией сталеплавильных и формовочных мощностей), но и разработкой и внедрением новых технологических приемов при разработке технологических процессов.

Главная трудность изготовления отливок, особенно если это многотонная конструкция ответственной детали в сложном технологическом оборудовании, заключается, прежде всего, в том, что заполнение формы расплавленным металлом и его затвер-девание скрыты от глаз человека. Остается лишь догадываться, как в это время ведет себя будущее изделие, и какие процессы происходят внутри него. Приходится предпо-лагать о происходящих в форме явлениях, опираясь на собственный опыт и знание процесса, а также на опыт и знания коллег.

Качество литой заготовки напрямую зависит от того, насколько точно технолог-литейщик разработает технологию ее изготовления. Оптимизировать технологию по-лучения литых заготовок «опытным путем» можно только при массовом производстве заготовок, когда есть возможность отработать технологию литья на опытных отливках. В индивидуальном производстве отработка технологического процесса на опыте изготовления предыдущих отливок зачастую невозможно, т.к. количество отливок на заказе нередко ничем не отличается от 1. В таких случаях компьютерное моделирование литейных процессов становится просто необходимым.
В 2013 году приобретена и успешно применяется система инженерного анализа (САЕ) высокого уровня.

Использование программы в литейном производстве предприятия позволяет:

• резко повысить качество проектирования литейных технологий за счет сокращения времени анализа и оценки результатов промежуточных вариантов технологии;
• повысить преемственность проектных решений за счет накопления выверен-ной базы данных технологий, отливок и оснастки;
• в процессе моделирования увидеть сразу несколько ошибок и исправить одновременно, что сокращает количество процедур коррекции техпроцесса в 2 раза.

Качество стальных отливок в значительной степени определяется температурно-скоростным режимом заливки: общим временем заполнения формы (до выхода металла в прибыль), скоростью подъема зеркала металла, скоростью его истечения из питателей в полость формы. Применение шиберной и литниковой керамики больших диаметров позволило обеспечить требуемую скорость заливки литейных форм - заполнение полости формы жидким металлом происходит за 2-3 минуты.

Оптимизация скорости подъема зеркала металла, скорости его истечения из питателей в полость формы путем моделирования в расчетной среде CAE гидродинамики заливки уже позволила в значительной мере улучшить внутреннее качество конструктивно сложных отливок.

Важно знать не только то, как получить качественную отливку, но и то, по какой причине результаты получаются неудовлетворительными.

В последнее время часто приходится сталкиваться с заказами на изготовление крайне нетехнологичного литья. Зачастую ответственные массивные части отливок конструктивно располагаются в зонах затрудненного питания, при этом эти места могут подвергаться контролям МПД и УЗК. Важным инструментом при разработке технологических процессов является ранее упомянутая программа моделирования литейных процессов, в которой можно визуализировать следующие процессы: распределение температурных полей отливки и формы; гидродинамику течения расплава; направление затвердевания сплава; развитие усадочных дефектов; развитие ликвационных процессов; возникновение горячих и холодных трещин; деформацию формы отливки в осях X, Y, Z и многое другое.

На сегодняшний день при подготовке к производству всех отливок ответственного назначения выполняется их объемное проектирование в графической среде CAD пакета, а затем выполняется моделирование литейных процессов в расчетной среде CAE. При достижении по результатам моделирования требуемого уровня качества литейная технология поступает к специалистам по объемному проектированию модельных комплектов.

Особенности новых технологий изготовления литейных форм и стержней ХТС предъявляют более жесткие требования и к качеству модельных комплектов, так как от этого напрямую зависит размерная точность и качество литой поверхности отливки. Задача добиться высокой точности и хорошего качества модельных комплектов решается за счёт объемного проектирования модельных комплектов, широкого применения многослойной ламинированной фанеры, вставок из пенополистирола, применения эпоксидных смол для выполнения галтелей.

 

 

 

Проведение прочностных расчетов при объемном проектировании позволяют достигать оптимального расходования ресурсов, как материальных, так и трудовых.
Применение фанеры для обшивки формообразующих поверхностей моделей и стержневых ящиков позволяет получить более гладкую поверхность (по сравнению с деревом), облегчить модельный комплект, так как при работе на фурановых смесях отсутствует операция механического уплотнения смеси, следовательно, отпадает необходимость в массивных моделях с высокой жесткостью рабочей поверхности. Кроме того, усилие протяжки модели, обшитой ламинированной фанерой, значительно отличается от известных ранее.

Внедрение всех перечисленных комплексных мер позволило значительно расширить номенклатуру выпускаемого литья, как по сложности, так и по требованиям, предъявляемым к отливкам, создать качественно новые возможности по изготовлению уникальных отливок для энергетики, судостроения и др. областей машиностроения.

На сегодняшний день предприятие имеет все производственные и технические возможности, а также опыт производства ответственных отливок. География поставок литья весьма обширна – от США до Индии.
Основной литейной продукцией ЭМСС является:

• корпуса паровых и гидравлических турбин;
• корпуса насосного оборудования;
• отливки для прессового оборудования (траверсы, основания, шаботы, подушки);
• корпусное литье для задвижек и кранов нефте- и газопроводов большого диаметра с различным рабочим давлением;
• отливки для металлургического и горно-обогатительного комплексов.

Успешно изготавливается на ПАО «ЭМСС большое количество отливок (с высокими требованиями по качеству) для турбостроения. Представителями таких отливок являются: «Корпуса ЦВД», «Лопасти», «Ступицы», «Сектора» и т.п.
Отливки изготавливаются из различных углеродистых и легированных марок сталей: 15 – 45Л, 08ГДНФЛ, 20ГСЛ, 35ХМЛ, 15Х1М1ФЛ, 06Х12Н3ДЛ, и т.д. . Масса отливок колеблется в пределах от 5 до 150 т, а в отдельных случаях и больше. Максимальные габаритные размеры – 13 м х 7,5х3,6м.

В заключение всего сказанного можно сделать вывод, что реконструкция, проведенная на ПАО ЭМСС в сфере литейного производства, дала положительные результаты:

• улучшение качества литья, доведение его до мирового уровня за счет введения фурановых смесей, внепечной обработки металла, применение новых технологических приемов и современного программного обеспечения при разработке техпроцессов;
• уменьшение ресурсоемкости изготовления модельных комплектов;
• уменьшение трудоемкости получения отливки, начиная с операции смесеприготовления, формовки, заканчивая обрубкой и очисткой литья;
• уменьшение затрат на ремонт и содержание оборудования;
• улучшение экологического состояния литейного производства.

Эффективность мероприятий по модернизации литейного производства ПАО ЭМСС была отмечена в отчете International Finance Corporation (IFC) «Ресурсоэффективность литейного производства» за 2012г.:
«Предприятие Энергомашспецсталь по структуре затрат лучше средних литейных предприятий в России на 39%.

Существует потенциал сокращения затрат относительно средних литейных предприятий Европы на 9% и лучших литейных предприятий Европы на 14,6%».

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №10 (158) 2013 г.