1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Журнал "Металлургическая и горнорудная промышленность" №4 за 1998г.ISSN 0543-5749.

 

Оценка структурного состояния материала труб охлаждения крупногабаритных модулей шахт доменных печей 

Чеченев В.А. - первый заместитель генерального директора ОАО "Днепродомнаремонт", к.т.н., чл.-корр. АИНУ


        Выполнены металлографические исследования проб металла труб (скоб) охлаждения крупногабаритных охлаждаемых модулей после их изгиба с предварительным нагревом и без него. Установлено, что для повышения стойкости труб необходимо исключить их изгиб (в процессе изготовления модулей) без предварительного нагрева, т.к. это сопровождается концентрацией напряжений и раскрытием микротрещин, что в процессе эксплуатации приводит к разрушению скоб. Сформулированы требования, которые необходимо соблюдать в процессе изготовления скоб. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр.: 9 назв.



кожух шахты доменной печи, крупногабаритные водоох-лаждаемые модули, упругие деформации

        Недостатки традиционных холодильных устройств в конструкции стенки шахты доменной печи [1, 2] инициировали разработку принципиально нового технологического решения.(при участии специалистов ВНИИ Мехчермета, ГПИ "Днепрпроектстальконструкция", ГМетАУ, НПО "Энергосталь", трестов "Днепродомнаремонт" и "Донбассдомнаремонт", меткомбинатов им. Ильича, "Азовсталь", ДМК) Его суть заключается в изготовлении всей охлаждаемой зоны шахты печи из крупногабаритных модулей, представляющих собой часть кожуха с вмонтированными в него (сваркой) толстостенными трубами, изогнутыми в виде скоб, пространство между которыми заполнено жароупорным бетоном [2]. Опыт применения таких устройств на ряде доменных печей [3] показал, что в результате повышения газоплотности кожуха шахты и эффективности его охлаждения (в 2-2,5 раза) увеличивается межремонтный период в работе печей, снижаются металлоемкость шахты, расход огнеупоров, длительность ремонта печи и затраты труда.
        Вместе с тем установлено [4, 5], что надежная работа крупногабаритных модулей в значительной степени зависит от качества изготовления элементов их охлаждения (скоб). Вопрос заключается в том, что для изготовления скоб модулей применяются толстостенные (толщина стенки 14 или 16 мм) стальные (Ст. 20) трубы диаметром 70, 73 или 76 мм (водяное охлаждение) или 95 мм (при применении системы испарительного охлаждения). Изгиб таких труб без предварительного нагрева может быть выполнен на специальных трубогибочных устройствах, однако при этом, как показал опыт, не гарантируется сохранность структуры и свойств самих мест изгиба, что является одной из причин преждевременного выхода из строя охлаждаемых скоб модулей.
        Это послужило основанием для проведения специальных исследований по разработке технологии изготовления скоб модулей. Для анализа результатов применялись данные металлографических исследований (металлографические исследования выполнены к.т.н. Жаком К.М. и др.) и определения прочностных свойств изогнутых труб [6-8].
        Анализу подвергались образцы труб после изгиба без предварительного нагрева (изгиб осуществляли по технологии [9] на гидравлических трубогибах конструкции ОАО "Днепродом-наремонт", а также после предварительного нагрева (нагрев до 550-680 °С). В обоих случаях проводилась термическая обработка труб после изгиба (при температуре 500, 600 и 700 °С в течение 1 ч).
        Металлографический анализ образцов проводили на оптическом микроскопе NEOPHOT-21. Микротвердость измеряли с помощью мик-ротвердометра ПМТ-3 путем вдавливания алмазной пирамиды под нагрузкой 50 г. Расстояние между уколами по поперечному сечению образца составляло 0,35 мм. Металлографический анализ образцов труб (D95 мм, d = 14 мм) после изгиба без предварительного нагрева показал, что они имеют характерную для низкоуглеродистых доэв-тектоидных сталей феррито-перлитную структуру (рис. 1, а), в зернах видны полосы скольжения (рис. 1, б), образующиеся в результате холодной пластической деформации. В местах изгиба трубы образуется поверхностный наклепанный слой (табл. 1) протяженностью до 0,8-1,0 мм в зоне растягивающих и до 0,6-0,7 мм в зоне сжимающих напряжений. В приповерхностном слое образцов, отобранных вблизи места изгиба, обнаружились микротрещины по типу (рис. 2, а, б).

 

 



        После изгиба предварительно нагретых (-550-680 °С) труб в образцах наблюдалось перераспределение дислокаций с образованием однородной полигонизированной структуры (рис. 3), что свидетельствует о частичном снятии деформационного наклепа. Об этом свидетельствуют и замеры микротвердости (см. табл. 1): величина микротвердости в приповерхностном слое на ~ 30% ниже (зона наклепа также уменьшается) в сравнении с данными при холодном изгибе. То есть, при изгибе предварительно нагретых труб следует ожидать улучшения механических и эксплуатационных свойств охлаждаемых элементов крупногабаритных модулей шахты доменной печи.



        С целью изучения возможностей снятия остаточных (последеформационных) напряжений скобы после изгиба нагревали до температур 500, 600 и 700°С с выдержкой 1 ч. ' Металлографический анализ образцов предварительно нагретых труб после изгиба и термической обработки показал, что структурные изменения проходят достаточно полно уже в процессе тепловой деформации. Последующий нагрев не приводит к существенному перестраиванию дислокаций и изменению структуры. Положительное влияние термообработки проявляется на трубах с изгибом без предварительного нагрева, причем только при часовой выдержке при температуре 700 °С: отмечается развитие процесса первичной рекристаллизации (рис. 4, центры рекристаллизации указаны стрелками).



        Замеры микротвердости (табл. 2) показали, что термическая обработка приводит к частичному снятию последеформационного наклепа. Особенно заметно снижение значений микротвердости на поверхности образцов после отжига при температуре 700 °С. В случае изгиба предварительно нагретых труб после выдержки при 700 °С наклепанный слой практически отсутствует, а в структуре холоднодеформированных образцов наблюдается начало первичной рекристаллизации, что также сопровождается снижением значений микротвердости.







ВЫВОДЫ

        Выполненные металлографические исследования проб металла охлаждаемых элементов (скоб - D95 мм, d=14 мм, ст. 20) после их изгиба с предварительным нагревом и без него показали, что для повышения стойкости скоб необходимо исключить изгиб скоб без предварительного нагрева труб, т.к. это сопровождается концентрацией напряжений и раскрытием микротрещин, что в процессе эксплуатации приводит к разрушению скоб. В связи с этим, при изготовлении скоб следует соблюдать такие требования: - изгиб скоб производить при нагреве труб до 530-680 °С. При этом в стали происходит частичная релаксация внутренних напряжений с образованием стабильной полигонизационной структуры. Такая структура обеспечивает наилучшее сочетание механических и эксплуатационных свойств скоб.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

        [1] А. И. Толочко, Л. Д. Грицун, Д. Б. Куцыкович и др. II Сталь. 1986. №6. С. 106-110.
        [2] Чеченев В.А. Совершенствование конструкций элементов системы охлаждения шахт доменных печей. Днепропетровск: Системш технологи, 1998. 41 с. 
        [3] С.Т. Плискановский, Е.А. Царицын, В.А. Чеченев и др. //Сталь. 1997. №2. С. 9-13.
        [4] Чеченев В.А. // Теория и практика металлургии. 1997.№4. С. 52-55.
        [5] Чеченев В.А. // Металлург, и горноруд. пром-сть 1998.№2. С. 13-16.
        [6] Чеченев В.А. // Теория и практика металлургии. 1998. №1. С. 56-58.
        [7] Чеченев В.А. // Теория и практика металлургии. 1998. №1. С. 59-60.
        [8] Чеченев В.А. // Теория и практика металлургии. 1998. №2. С. 55-57.
        [9] Тавастмерн Р. И. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. М.: Стройиздат 1980. 135 с.