Украинцы научились изготовлять современные дутьевые устройства уровня крупнейших европейских производителей
ОБНОВЛЕННАЯ ФУРМА
ОБНОВЛЕННАЯ ФУРМА
Украинцы научились изготовлять
современные дутьевые устройства уровня
крупнейших европейских производителей
Внедрение новейших технологий на
специализированном НПП "Укрфурмет"
способствовало существенному сокращению
времени разработки, освоения и производства
современных дутьевых устройств, которые по своим
функциональным и экологическим свойствам
гораздо превосходят широко используемые, но уже
устаревшие аппараты. Оборудование предприятие
позволяет производить продукцию путем
интегрированных рабочих процессов ускоренного
изготовления деталей. Такие процессы соединяют
возможности компьютерных технологий обработки
информации, трехкоординатного моделирования
(САD) и современных способов изготовления (САМ).
Функциональная структура
интегрированного рабочего процесса
изготовления фурм имеет следующую
последовательность:
1. Получение трехмерной математической
модели, фурмы, которая создается по данным
чертежа, частным аналитическим зависимостям.
2. Компьютерная оптимизация конструкции
деталей фурмы создается по программам, исходя из
функционального назначения, требований
заказчика, предъявляемых к разрабатываемому
изделию.
3. Компьютерная оптимизация конструкции
формообразующей оснастки для получения
заготовок.
4. Создание программ компьютерного
управления движением рабочего органа
(инструмента) NC фрезерно-сверлильных станков.
5. Максимально возможное приближение
функциональных свойств фурмы к требуемым
качествам (долговечность, термостойкость,
адгезионные свойства и т.д.).
Разработка рациональных конструкций
кислородных фурм сталеплавильного производства
проводилась с учетом условий их эксплуатации.
Это, прежде всего, мощное тепловое воздействие на
наконечник фурмы, который представляет собой
сварную конструкцию из медных и стальных деталей
(при этом количество деталей достигает 12 и более
штук). Тепловое воздействие жидкой ванны
приводит к возникновению напряжений и
деформаций, особенно в области сварных швов,
поэтому к качеству сварки и контролю швов
предъявляются повышенные требования. Притом что
сварка производится, как правило, в среде
защитных газов (Ar, He или их смеси) на сварочных
полуавтоматах, данный процесс требует контроля
специалистов высокой квалификации.
С целью снижения материалоемкости
наконечников кислородных фурм, трудоемкости их
изготовления при повышении эксплуатационных
характеристик (особенно надежности и
долговечности), сокращения расходов на
проектирование фурм и подготовку производства
проведены аналитические и экспериментальные
исследования применения современных наукоемких
технологий для производства такого рода изделий.
Кроме остаточных напряжений, в наконечнике
фурмы, изготовленном из нескольких материалов
(медь, -латунь, сталь), могут происходить
необратимые тепловые изменения размеров и формы
деталей наконечника, вследствие релаксации
напряжений.
Напряжения могут быть вызваны:
— различного рода фазовыми
превращениями, происходящими с изменением
удельного объема;
— наличием градиента температуры по
сечению изделия;
— анизотропией коэффициента теплового
расширения в поликристаллических чистых
металлах;
— анизотропией коэффициента
термического расширения хотя бы одной из фаз в
гетерогенных системах;
— разницей в тепловом расширении
соседних фаз в гетерогенных системах.
Явление "роста" квалифицируется как
результат релаксации напряжений, полученных
неодинаковым расширением прилегающих микро- и
макроучастков материала. При этом релаксация
сопровождается пластической деформацией,
которая производит изменение размеров тела.
Анализ феноменологических теорий необратимого
теплового формоизменения показал, что механизм
формоизменения можно рассматривать как
релаксацию напряжений, возникающих при
достаточно высоких температурах, должна быть
своеобразная "анизотропия совокупности
параметров", физико-механические свойства
материала должны зависеть от температуры.
Характерное направление формоизменения
определяется распределением поля температур и
поля напряжений по сечению фурмы.
Проведенные физическое и математическое
моделирование с целью
структурно-параметрической оптимизации для
минимизации ряда характеристик процесса
изготовления фурм методами конечных элементов,
расчет контактных задач в системе ANSYS позволили
унифицировать элементы деталей наконечников
фурм. Это привело к уменьшению количества
деталей, соединяемых сваркой в 2-2,5 раза, снижению
веса медных деталей в 2 раза.
Разработанные рабочие процессы для
изготовления дутьевых устройств можно разделить
на восемь этапов:
— деление – дозирование металлов;
— формообразование заготовок;
— размерная обработка;
— изменение физико-механических свойств;
— сборка;
— неразъемные соединения;
— окончательная обработка;
— контроль, диагностика.
Данные процессы в большей степени
отвечают традиционным требованиям и точностным
характеристикам, параметрам качества
поверхностного слоя и т.д., а значит, и
соответствующему уровню функциональных свойств.
Отличительным признаком рабочих процессов
изготовления дутьевых устройств является их
индивидуализация, более жесткая связь с
требованиями, определенным уровнем
функциональных и экологических свойств изделий.
В классической технологии изготовления
фурм, как правило, не используют возможности,
связанные с нанесением покрытий. Разработанные
технологии обладают потенциалом для улучшения
качества и возможностью регулирования цены.
Развитие таких технологий связано с техникой
нанесения покрытий в процессе изготовления
элементов конструкций фурм.
Получаемые различными методами покрытия
обеспечивают повышение эффективности
эксплуатации кислородных фурм за счет
увеличения долговечности, надежности и
уменьшения настылеобразования.
Современное оборудование и технологии
покрытий создают предпосылки для разработки
новых принципов модификации материала
поверхностных слоев фурм и их свойств. К этим
свойствам относятся теплостойкость, адгезия к
компонентам среды конвертера, устойчивость
против коррозии и окисления при высоких
температурах, прочность при высоких термических
и механических нагрузках и т.д.
Новейшие технологии позволяют
синтезировать многослойные композиционные
покрытия на основе одинарной, двойной и тройной
связи металлов IV-VI групп таблицы Менделеева
(карбиды, нитриды, бориды, окислы и др.
комбинации).
Новые возможности для модификации
свойств поверхностей фурмы открывает комбинация
химических (СVD) и физических (РVD), термохимических
(ТСР), ионных (IP) и лазерных (LP). Каждая из названных
технологий имеет присущие ей достоинства и
недостатки, области эффективного применения.
Новые высокоэффективные технологии модификации
свойств поверхностных слоев фурм значительно
повышают их работоспособность. Эти технологии
расширяют практические возможности
конструирования фурм с заданными свойствами.
Одним из перспективных методов для
прямого получения массивных покрытий на
поверхности фурм является
самораспространяющийся высокотемпературный
синтез (СВС). В настоящее время наиболее
разработаны следующие методы:
— формирование СВС-расплавов на
поверхности изделий для получения требуемого
покрытия;
— перенос реагентов в газовой фазе к
поверхности при прохождении волны горения
(газотранспортное нанесение СВС-покрытий);
— индукционный способ нанесения
СВС-покрытий;
— нанесение покрытий в пламени при низкой
температуре подложки;
Одной из важных технологических задач
при изготовлении фурм является получение
качественного сварного шва, соединяющего медные
и стальные детали. Применение метода СВС,
сущность которого заключается в проведении
экзотермических реакций в режиме
распространения волны горения с образованием
продуктов горения в виде соединений металлов,
представляет практический интерес. Процесс
СВС-сварки осуществляется в зазоре между
изделиями. Сварочным материалом являются
продукты горения, а сам процесс горения –
источником высоких температур.
Полученные результаты по применению
СВС-технологий при изготовлении фурм, а также
нанесении покрытий другими методами позволяют
получать изделия с заранее заданными свойствами
при минимальной себестоимости.
Применение моделирования, структурной и
параметрической оптимизации для разработки
конструкций дутьевых устройств, низкоемких
технологий для их изготовления позволило
снизить стоимость наконечников в 3-5 раз по
сравнению со стоимостью зарубежных аналогов при
средней стойкости 450-500 плавок (максимальная
стойкость – 1580 плавок), что превышает достижения
большинства производителей фурм.