ŽELEZARSKI ZBORNIK
IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT
LETO 22	LJUBLJANA	DECEMBER 1988
Skrajševanje tehnološkega postopka od taline
do žice
Shortenings of Techno/ogica/ Procedures from Melt
to Wire
J. Rodič*
Novi materiali in materiali z izboljšanimi uporabnimi lastnostmi, ki so v ospredju strateških usmeritev razvojnih programov, zahtevajo nove aH pa spremenjene in izboljšane tehnologije z ekstremno racionalizacijo procesov, zmanjševanjem specifične porabe energije in zagotavljanjem maksimalnega materialnega izkoristka. Pojavljajo se pomembne in prav revolucionarne spremembe celo v osnovnih konceptih tehnoloških postopkov s težnjo k skrajševanju tehnoloških poti. Odločilnega pomena je optimalna kombinacija specializacije in hitre prilagodljivosti tržnim in razvojnim potrebam.
V članku je podrobneje opisan razvoj pilotne proizvodnje z vakuumsko indukcijsko pečjo ter horizontalno kontilivno napravo za žico in palice v dimenzijskem območju 0 3 do 0 40 mm.
1. UVOD
Novi materiali so danes po vsem svetu v središču pozornosti strateških usmeritev razvoja. Za proizvodnjo in zagotavljanje kakovosti teh materialov je potrebna nova ali boljša tehnologija.
Spremembe tehnoloških procesov prinašajo izboljšanje materialnega izkoristka, zmanjšanje specifične porabe energije in optimalno ekonomiko proizvodnje.
Odločilnega pomena je pri tem optimalni odnos spe-cilizacije in fleksibilnosti zaradi sposobnosti hitrega prilagajanja razmeram na trgu in zahtevam razvoja.
Pomembno novost v tehnološkem razvoju predstavlja horizontalno neprekinjeno litje drobnih dimenzij, žic in palic, ki je povezano tudi z novostmi v razvoju novih, tehnološko in energetsko racionalnejših procesov vroče predelave.
Razvoj pilotne proizvodnje na Metalurškem inštitutu v Ljubljani (1) je z mednarodnim sodelovanjem prinesel nekaj izvirnih novosti za nadaljnji razvoj tehnologije tega področja in novih materialov, tako da specifičnosti te nove tehnologije niso več zanimive samo za proizvajalce specialnih konstrukcijskih in orodnih jekel ter superzlitin, ampak tudi za proizvajalce manj legiranih jekel.
Izkazalo se je, da je danes že možno v proizvodni praksi uresničiti nekdanje futuristične želje po nepreki-
* Prof. dr. Jože Rodič, dipl. ing. met. — Slovenske železarne, METALURŠKI INŠTITUT LJUBLJANA
' • Originalno publicirano: ZZB 22 (19881 4 *'' Rokopis prejet avgust 1988
UDK: 669.181.274:621.746.047:621.771.25 ASM/SLA: D7c, D9q, D8m, A11e, 4—61
New materials and materials vvith improved properties vvhich are in the forefront of strategic orientation of development programmes demand new or modified and improved technologies vvith extreme process rationaliza-tion, reduction in specific energy consumption and higher material yield. New important and revolutionary changes have appeared even in basic technological con-cepts vvith the aim of shortening technological procedures. The optimum combination of specialization and quick adaptation to market and development demands are of decisive importance.
The development of pilot plant consisting of vacuum induction furnace and horizontal continuous casting ma-chine for wire and rods within 3—40 mm diameter range is described.
1. INTRODUCTION
Today new materials are in the focus of strategic orientation of development aH over the worid. The production and quality requirements of these new materials require new or better technologies.
Changes in technological procedures result in higher yieid of material, reduction of specific energy consumption and optimal economy of production.
The optimal ratio between specialisation and flexibil-ity has a decisive role due to the need for quick adaptation to market conditions and development require-ments.
Horizontal continuous casting of small section rods and wires is an important innovation of technological development associated vvith new achievements in the development of new from energetic and technological viewpoint more rational hot vvorking processes.
The development of pilot production at Metaliurgical Institute in Ljubljana (1) vvith international cooperation has brought forth some original innovations for further development of this technology and new materials so that this specific technoiogy becomes interesting not only for the producers of special constructional and tool steels, and superalloys but for the producers of iow allo-yed steels as well.
It has been shown that today it is possible to realize old wishes for a continuous technological process from melt to the fina/ product — rod or wire in heat treated state.
njenem tehnološkem postopku od taline do končnega izdelka — palice ali žice v toplotno obdelanem stanju.
Pilotna proizvodnja je tesno povezana z matematičnim simuliranjem procesov in tako v razvoju nove tehnologije ter zagotavljanja »zanesljive ekonomske kakovosti« prevzema pomembo razvojno vlogo.
Asortiment izdelkov pilotne proizvodnje omogoča tudi ustrezno uveljavitev na tržišču, nakar ga je v polni meri treba prenesti v industrijsko proizvodnjo — učinkovito in hitro!
Prva faza razvoja pilotne proizvodnje slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani obsega vakuumsko indukcijsko peč z napravo za horizontalno neprekinjeno litje, napravo za električno pretaljevanje pod žlindro, naprave za vlečenje v hladnem in toplem stanju ter toplotno obdelavo, klasično, v vakuumu in v lebdečem sloju. Poleg tako imenovane pilotne vloge za uvajanje novih tehnoloških procesov in materialov v industrijsko proizvodnjo, bodo te naprave zadovoljevale tudi potrebe po manjših količinah posebnih materialov, katerih proizvodnja je v industrijskih pogojih ekonomsko nesprejemljiva.
2. HORIZONTALNO NEPREKINJENO LITJE ŽICE, OKROGLIH IN KVADRATNIH PALIC TER DROBNIH PLOŠČATIH PRESEKOV
Leta 1972 je firma CSE (Steel Casting Engineering) izdelala prvo napravo (2) za horizontalno neprekinjeno litje žic (Slika 1). Najpomembnejše je, da je na taki napravi možno izdelati tanke palice, premera 3 do 15 mm in dolžine ca. 6 ali tudi več metrov, iz nepredelavnih materialov na bazi kobalta in drugih zlitin za dodajne materiale pri postopkih varjenja oziroma navarjanja, katere je bilo doslej mogoče izdelovati samo z dragimi postopki sesanja v kvarčne cevke, dolžine največ do 600 mm. Z razvojem novega postopka neprekinjenega litja se je odprlo tudi novo področje tehnologije, ki je zaenkrat še omejeno na asortiment avstenitnih nerjavnih jekel in nekaterih supezlitin. Lito žico nekaterih vrst jekel in zlitin je namreč mogoče vleči v hladnem ali toplem, in to neposredno po litju, v nekaterih primerih celo brez kakršne koli predhodne toplotne obdelave. Za razvoj te tehnologije bo potrebno še veliko raziskovalno-razvojnega dela, predvsem na področju orodnih in nekaterih posebnih jekel, za ka-
Slika 1
Izhodni del trožilne naprave za horizontalno neprekinjeno litje žice Fig. 1
Outgoing side of a three strand horizontal continuous wire caster
Pilot production is closely bound vvith mathematical modelling and computer simu/ation of processes vvhich enables it to undertake an important role in the development of new techno/ogical procedures and obtaining "reliable economic quality".
The production program of the pilot production makes it possible to reach corresponding market effect vvhich should be follovved by a quick and efficient trans-fer in industrial production!
The first phase of development of the pilot production of Slovenske železarne (Slovenian Ironvvorks) at the Metallurgical Institute in Ljubljana is made up of a vac-uum induction furnace vvith horizontal continuous casting machine, electro-slag remelting unit, hot and cold dravving machines, and the equipment for vacuum heat treatment, classic heat treatment and heat treatment in fluidized bed. The pilot plant composed in this way will besides its development role satisfy also market demands for smaller quantities of special materials vvhich can not be produced economicaly in an industrial plant.
2. HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING OF WIRE, ROUNDED AND SOUARE BARS AND SMALL FLATCROSS SECTIONS
In 1972 SCE (Steel Casting Engineering) built the world's first (2) horizontal continuous vvire casting machine (fig. 1)
The most important is that such a caster can pro-duce 3—15 mm diameter rods of ca 6 m or longer length from practically nonvvorkable materials such as cobalt base d and similar alloys for vvelding rods vvhich up to the present had to be produced by expensive vacuum suck-ing into quartz glass tubes of utmost 600 mm length. The development of the new continuous casting process opened up new field of technology also vvhich is at present limited to austenitic stainless steel and some superaloys. Continuously casted vvire of some steels and alloys can be subjected to hot or cold dravving im-mediately after the casting and in certain cases ei/en vvithout any heat treatment. The development of this technology specially for tool steel and some specialty steel will demand a lot of additional research vvork. How-ever, the obtained experience confirm its feasibility and
Slika 2
Površina žice kobaltove zlitine ob frekvenci oscilacij 200, 250, 300 in 800 impulzov na minuto (od zgoraj navzdol) Fig. 2
Surface of cobalt based vvire. Stroking rates from above: 200, 250, 300 and 800 strokes per minute.
tera tehnologija še ni osvojena, izkušnje pa kažejo, da je prav gotovo možna in za kakovost zelo perspektivna. Firma SCE je tudi dobavitelj pilotnih naprav Metalurškega inštituta v Ljubljani.
Tehnološki parametri litja (1,2) vplivajo na izoblikovanje oziroma odpravo lunkerjev in na kakovost površine (Slika 2). Pri optimalnih pogojih je danes, ne glede na veliko hitrost litja, že mogoče zanesljivo izdelati z neprekinjenim litjem žico brez lunkerjev (Slika 3). Uvedba vmesne ponovce v izvedbi in vlogi dogrevalne ali celo talilne peči (3), ki deluje pod tlakom in ima možnost prepi-hovanja taline z argonom, omogoča vzdrževanje optimalnega in nespremenljivega ferostatičnega pritiska v kristalizatorju (Slika 4).
Z razvojem horizontalnega neprekinjenega litja va-Ijavskih gredic in žice je povezan tudi razvoj horizontalnega neprekinjenega litja palic končnih dimenzij za razrez pri postopku utopnega ali prostega kovanja in polizdelkov za nadaljnje valjanje. To so palice v območju premerov 20—50 mm, ki v zadnjem času postajajo vse bolj interesanten vložek za nadaljnjo predelavo.
Izdelki iz te naprave za horizontalno neprekinjeno litje so zelo perspektivni v nadaljnjem razvoju predelave z vročim valjanjem specialnih jekel in zlitin, izdelkov in oblik, ki so v določenih primerih tudi vložek za vroče, poltoplo ali hladno kovanje. Kot primer lahko omenimo ventile, obroče krogljičnih ležajev in številne druge izdelke.
Neprekinjeno litje palic v območju premerov 20—50 mm za nadaljnjo vročo plastično predelavo se je izkazalo kot zelo pomembno, predvsem pri materialih, ki se težko plastično preoblikujejo. Z manjšim vhodnim presekom je mogoče vhodno hitrost pri valjanju optimalno prilagoditi najprimernejši izhodni hitrosti ter z uravnavanjem stopenj deformacije pri posameznih prehodih zagotavljati izotermalno predelavo v ozkem temperaturnem intervalu. Tako je mogoče valjati z novo kovaško valjavsko linijo (4) tudi jekla in zlitine, ki so doslej veljale skoraj kot nesposobne za vročo plastično predelavo. Posebej je treba poudariti, da je interes za neprekinjeno vlivanje takih polizdelkov v obliki drobnih palic odprl nove probleme in zahteval nove tehnološke rešitve v tehnologiji neprekinjega litja.
Matematično modeliranje za optimiranje tehnoloških pogojev (5, 7) daje velik prispevek k pospeševanju napredka na področjih litja in predelave.
Slika 3
Vzdolžni prerez neprekinjeno lite žice nerjavnega jekla tipa 18 % Cr-11 % Ni ob izvlačenju žice s frekvenco 800 impulzov na minuto Fig. 3
Longitudinal section of continubusty čast staintess steel (18 % Cr-11 % Ni) vvire. Stroking rate 800 strokes/min.
Slika 4
Tlačna vmesna ponovca, ogrevanje z električnim pretaljevanjem pod žlindro ali induktivno ogrevanje ponovce in izlivka, prepiho-vanje z argonom in drsno zapiralo za horizontalno neprekinjeno
litje Fig. 4
Scheme of an HCC vvith Electroslag Heating, Ar-purging and constant gas pressure above the bath
promissing prospect regarding quaiity improvement. The mentioned equipment of the pilot plant of Metallurgical Institute is to be supplied by SCE.
Technological parameters of casting (1, 2) influence the interna! shrinkage and surface quaiity (fig. 2). At opt-imum conditions it is possibie to produce internally sound wire (fig. 3) vvith horizontal continuous casting irrespective of great casting rate.
The introduction of heating or even smelting type tundish (3) operating at constant gas pressure above the bath and equipped vvith argon purging helps to main-tain optimal and constant ferrostatic pressure in the mould (fig. 4).
The development of horizontal continuous casting of bars of fina! dimensions and cutting for die or free forging and semi products for subsequent rolling is also asociated vvith the development of horizontal continuous casting of billets and vvire. These bars of20—50 mm dia-meter for further subsequent vvorking have recently be-come very interesting. The products of horizontal continuous caster are very interesting for further development of hot roiiing of special steels and alloys as well as profiies and shapes vvhich in certain cases serve as se-miproducts for subsequent hot, semi hot or cold forging. As an exampie valve s and bali bearing rings should be mentioned.
Continuous casting of rods of 20—50 mm diameter for further hot vvorking has been found as very important particularly for materials of poor workability. The use of smaller section makes it possibie to select the most ap-propriate input rolling rate to suit the optimal exit rate and to ensure practically isothermal vvorking vvithin a narrovv temperature range by the control of deformation degree in particular rolling passes. The new combined forging-rolling procedure (4) makes it possibie to process the steels and alloys vvhich up to now vvere consid-ered as practically nonvvorkable. Hovvever, it should be underlined that continuous casting of such semi products in the form of small size rods opened up new probiems and started the search for new innovations of the continuous casting technology.
Mathematical modelling as a tool for optimization of technological conditions (5, 7) have a significant share in the acceleration of progress in the field of casting and plastic deformation.
The productivity of these machines is quite good to-day also, e.g. a three strand horizontal continuous caster of vvire can produce
Tudi produktivnost teh naprav je danes že kar pomembna, saj na primer horizontalna kontilivna naprava za žico s tremi žilami omogoča letno proizvodnjo.
—	pri 0 3 mm . . . ca. 200—250 t/leto
—	pri 0 5 mm ... ca. 400—500 t/leto
—	nad 0 8 mm ... nad 850 t/leto,
kar je odvisno od deleža sekvenčnega ali individualnega litja.
Enožilna naprava za palice, premera 50 mm, pa daje možnost proizvodnje od 10.000 do 20.000 ton letno, kar predstavlja dandanes najekonomičnejši postopek proizvodnje nekaterih izdelkov v določenem dimenzijskem območju.
V fazi razvoja je tudi naprava za neprekinjeno litje ploščatih presekov (3) z debelino 10 mm —15 mm in širino 150 mm—350 mm. Ta razvoj je namenjen optimiranju tehnologije za proizvodnjo nerjavnih varjenih cevi. Posebno za te namene prirejena valjavska linija se v kombinaciji z napravo za neprekinjeno litje pojavlja kot zelo resen konkurent konvencionalnemu proizvodnemu postopku za varjenje cevi.
3. NOVE PERSPEKTIVE RAZVOJA NA PODROČJU VALJANJA SPECIJALNIH JEKEL IN ZLITIN
Današnjo stopnjo razvoja je mogoče opredeliti z optimalno kombinacijo horizontalnega neprekinjenega litja z neprekinjeno kovaško valjavsko linijo za predelavo v vročem, ki ima prehodni kovaški stroj povezan s kontinuirno valjavsko progo (1). Taka kombinacija z regulir-nim natančnim indukcijskim dogrevanjem pred vstopom v progo zagotavlja proizvodnjo homogenih in po vsem preseku zdravih izdelkov — žic in palic. Pri taki specialni liniji že stopnja predelave neprekinjeno litih polizdelkov z redukcijo 3,5:1 povsem zadošča (4).
Sekvenčno litje žice že pri majhni napravi omogoča izdelavo kolobarjev celo do dveh ton.
Vroča predelava v eni vročini od dobave vročega vložka iz jekiarne do končnega izdelka predelave, ki predstavlja normalni tehnološki postopek na področju konstrukcijskih jekel, je vsekakor ekonomsko tehnični cilj razvoja tudi na področju specialnih jekel in zlitin, orodnih jekel in superzlitin, kakor tudi visokotrdnih in ognjeodpornih, težko predelavnih materialov, kar pri današnjih standardnih pogojih ni izvedljivo.
V središču pozornosti je zato danes nov postopek vroče predelave z napravami, ki omogočajo učinkovitejšo plastično deformacijo in že pri manjši stopnji redukcije zagotavljajo zdrav presek tudi pri uporabi neprekinjeno litih gredic ali palic, zaradi optimirane porazdelitve deformacij, ki omogočajo učinkovito zapiranje lunkerjev in zgoščevanje centralne pozornosti (7).
Na osnovi praktičnih izkušenj valjanja je znano, da vhodna hitrost ne sme ali pa ne more biti manjša od 0,1 m/sek. Končna izhodna hitrost pri valjanju pa je omejena z značilnimi lastnostmi valjanega materiala.
Danes končna izhodna hitrost 50 m/sek pri premeru 6 mm ni več nikakršna posebnost in ne predstavlja tehničnih problemov valjanja. Seveda pa je ta hitrost dopustna pri običajnih konstrukcijskih jeklih, od nelegiranih do srednjelegiranih in pri malolegiranih orodnih jeklih. Pri brzoreznih jeklih ta hitrost v splošnem ne sme presegati 30 m/sek. Pri kobaltovih brzoreznih jeklih je ta hitrost omejena na maksimum 25 m/sek, a pri nekaterih super-zlitinah celo na maksimum 20 m/sek.
Če upoštevamo te omejitve, lahko takoj ugotovimo, da klasično valjanje neprekinjeno litih gredic v eni vročini pri mnogih vrstah specialnih in orodnih jekel ter superzlitin sploh ni izvedljivo.
at 3 mm diameter... ca 200—250 t/year
at 5 mm diameter... ca 400—500 t/year
over 8 mm diameter. . . over 850 t/year. vvhich depends on the share of sequential casting.
Single strand caster for rods of 50 mm diameter can produce 10,000 to 20,000 tons per year, vvhich today re-presents the most economic production process for some products of certain dimension range. Research work is continuing on a development programme to čast flats (3) in sizes of 10—15 mm by 150—350 mm. This development programme is aimed at the optimization of the manufacture of vvelded stainiess steel tubes. Spe-cially adapted rolling mili combined vvith continuous caster appears as very serious contester vvith conventionai manufacturing of vveided tubes.
3. NEW OUTLOOK FOR DEVELOPMENT IN ROLLING OF SPECIAL STEELS AND ALLOYS
The present stage of development can be defined vvith the optimal combination of horizontal continuous casting vvith a continuous forging-rolling mili for hot vvorking vvith continuous forging machine coupled vvith continuous rolling mili. Such a combination vvith accu-rately controlled induction heating at the start ensures a reliable manufacture of homogeneous and over aH section sound rods and vvires. The degree of deformation for continuously casted semi products of 3.5:1 is already sufficient (4) for such a combined production line. Se-quential continuous casting makes it possible to produce even 2 ton coils aiready vvith a s mali caster. Hot vvorking of hot stock as suppiied by steelworks vvithout any intermediate reheating to the end of processing, vvhich is a normal procedure for constructional steel, is by aH means the economic and technicai aim of development also in the field of special steels and alloys as vveli as for tool steels, superaiioys, hardfacing and refractory materials of poor plasticity vvhich at present standard conditions is stili impossibie.
Today the activity is focused in the new hot processing method vvhich makes it possible to perform more ef-fective plastic deformation and ensures sound cross-section of continuousiy čast biilets or rods aiready at io-wer degree of deformation because of the optimum distribution of deformation vvhich heips to eliminate center line porosity (7).
Experience obtained in rolling has shown that input speed may not or can not be lovver than 0.1 m/s vvhere-as the finai exit rolling speed is limited by material properties.
Today's exit speed of 50 m/s at 6 mm diameter is ai-most routine and does not cause technicai rolling pro-blems. Of course, such final speed is permissible for common construction al steel from unalloyed to medium alloyed grade and for lovv ailoyed tool steel. The speed for high speed tool steel is limited to 30 m/s. For high speed tool steel containing Co the maximum rolling speed is 25 m/s vvhereas it is utmost 20 m/s for some super ailoys.
Taking into account these limitations it can easily be concluded that conventionai rolling of continuous čast biilets vvithout intermediate reheating is not possible for numerous special and tool steels and superailoys. The key for the solving of hot vvorking problem vvhen dealing vvith such a production programme lies in the radical changes of first technological phase of plastic vvorking as brought forth by the development of new GFM forging-rolling process vvhich has been described elsevvhere (1, 4, 6).
Ključ za rešitev problemov vroče predelave na področju teh asortimentov proizvodnega programa je v zagotavljanju radikalnih sprememb v prvi tehnološki fazi plastične predelave, kakršne je prinesel razvoj novega kovaško-valjavskega postopka GFM, ki je podrobneje opisan v (1, 4, 6),
4. NADALJNJI RAZVOJ
Nadaljnji razvoj prinaša bistvene novosti na področju specialnih jekel in zlitin z inovacijo nove moderne visoke tehnologije, ki se razvija z namenom izboljševanja materialnega izkoristka in zmanjševanja specifične porabe energije,
V proizvodnji specialnih jekel in superzlitin drobnih dimenzij je zaradi težav pri plastičnem preoblikovanju, ki so povezane z izkoristkom vloženega dela in materiala, a tudi zaradi splošne specifične porabe energije nesmiselno začeti predelavo s preseki vložnih materialov, ki so večji od nujno potrebnih. Dosedanje izkušnje s kovaško-valjavskim postopkom kažejo, da je pri tovrstnem plastičnem preoblikovanju že z zmanjšanjem premera vhodnega materiala na polovico mogoče zagotoviti zdravo strukturo po vsem preseku tudi pri uporabi kontinuirno vlitega vložka.
To pomeni, da neprekinjeno litje v območju dimenzij 20—40 mm danes že predstavlja interes v industrijski uporabi in ustreza smernicam razvoja najsodobnejše vrhunske tehnologije v svetu.
Spomnimo se, da je dosedanji razvoj neprekinjenega litja gredic potekal v dveh fazah. Najprej je bila izražena težnja k čimvečjim presekom neprekinjeno litih gredic, da bi s klasičnim valjanjem dosegli zdrav presek pri čim-večjih dimenzijah končnih izdelkov. Z novim kombiniranim razvojem tehnologije neprekinjenega vlivanja in intenzivnejše ter optimirane plastične predelave z novimi postopki so težnje razvoja usmerjene k zmanjševanju preseka neprekinjeno ulitih gredic, ki naj bi še zagotavljale ustrezno kakovost končnih izdelkov v čimširšem dimenzijskem območju do največjih potrebnih in tehnično ekonomsko sprejemljivih premerov. Nadaljnji razvoj je vse bolj usmerjen na področje horizontalnega neprekinjenega litja in predelave manjših dimenzij palic in žice.
Ta tehnologija daje široke možnosti intenzivni racionalizaciji proizvodnje, predvsem na področju materialov iz asortimenta specialnih visokolegiranih konstrukcijskih jekel, orodnih jekel, jekel s posebnimi lastnostmi, specialnih zlitin in superzlitin — materialov, od katerih se zahtevajo posebne lastnosti na najvišjem nivoju.
Znano je, da prinaša že dosedanje klasično in neprekinjeno litje v primerjavi s tradicionalnim litjem ingotov izboljšanje materialnega izkoristka za 10—20%, odvisno od vrste jekla. Zmanjševanje stopnje predelave na minimalno neobhodno potrebno redukcijo omogoča posebno pri težko predelavnih materialih pomembno dodatno povečanje izkoristka, vezanega na tehnološko fazo predelave.
Skrajševanje verige celotnega tehnološkega postopka, ki predstavlja prevladujočo idejo v današnjih razvojnih prizadevanjih racionalizacije, prinaša zelo pomembne prihranke v specifični porabi energije (8).
Na današnji stopnji tehnološkega razvoja moramo posebej poudariti, da se že zelo približujemo industrijsko sprejemljivi realizaciji ideje neprekinjenega proizvodnega procesa od taline do končnih dimenzij palic ali žice v kolobarjih, kar je dolgo predstavljalo neuresničlji-ve želje (1).
Za določeno dimenzijsko območje je mogoče razmeroma veliko hitrost neprekinjenega litja prilagoditi razme-
4. FUTURE DEVELOPMENT
Further development vvill result in essential innova-tions and advancements of high technoiogy in the fieid ofspeciaity steei and superalloys vvhich is aimed at high-er material yield and energy saving.
In the production of specia/ steel and super alloys of small cross-section the input stock should have as small cross-section as possible because of well-known diffi-cu/ties in p/astic deformation vvhich are joined vvith corresponding poor yield of material and high specific energy consumption. The obtained experience in for-ging-rolling process has shown that 50 % reduction in stock diameter already can ensure soundness over aH cross section of continuous čast stock also.
This means that continuous casting of products with-in 20—40 mm section size range is today already inter-esting for industrial use and well compatible vvith development trend of the most advanced technology in the world.
The development of continuous casting ofbillets has proceeded in the two stages. The first trend was to de-velop continuous casting of billets of maximum possible section size to produce by conventional rolling com-pletely sound cross-section at highest possible section size of finished products. VVith new combined development of continuous casting technology, vvith more inten-sive and optimum new plastic vvorking processes the trend has changed to the reduction of cross section of continuously čast billets vvhich should yet suffice for the corresponding quality of finished product of the vvidest possible dimension range up to the utmost needed and techno-economically acceptable diameters. Further development is even more oriented to horizontal continuous casting and processing of small sized rod and wire.
This technology offers vvide possibilities for intensive rationalization of manufacturing particularly in the field of special high ailoyed construction al steel, tool steel, steel vvith special properties, special alloys and super alloys of top le ve I properties.
It is well knovvn that transition from ingot casting to conventional continuous casting resulted in 10—20 % in-crease in material yieid depending on steel grade. The reduction in the degree of deformation to the lowest ne-cessary amount brings forth a significant additionai in-crease in yield particularly of material vvith poor wor-kability.
The shortening of over-all technological process vvhich is the predominant idea lying in the background of p rese nt development trend and rationalization efforts re-sults in very important reduction of specific energy consumption (8).
It should be emphasized that today's development leve/ is very c/ose to the industr/a/ly acceptable continuous production process from molten steel to the final product i.e., vvire coii or rod of fin i te dimension which has long been unreaiistic vvish only (1).
For a definite dimension range comparatively great rate of continuous casting can be adapted to relatively small input rate of the continuous forging-rolling line.
For a part of production programme the production line composed in this way can reach optimai techno-economic results vvith the minimum energy consumption, the highest yield of material and generally, the iow-est production cost.
This idea of the continuous production line vvhich has not yet been realized has become feasible thanks to the new concept. Of course, it reguires the determina-
roma majhni vhodni hitrosti v kovaško-valjavsko preoblikovalno linijo.
S proizvodno linijo, ki jo oblikujemo na tak način, je mogoče za določen del programa proizvodnje dejansko doseči optimalne tehničnoekonomske rezultate z minimalno porabo energije in maksimalnim izkoristkom materiala ter v splošnem doseči minimalne možne proizvodne stroške.
Ta, doslej še ne izpolnjena ideja tehnološkega postopka, ima z novim konceptom realno možnost uresničenja z zagotavljanjem optimalnih parametrov. Pilotna proizvodnja Metalurškega inštituta v Ljubljani ima pri tem važno vlogo (1).
5. RAZVOJNE RAZISKAVE IN PILOTNA PROIZVODNJA (1, 8)
V sodobni visoko produktivni proizvodnji se izvajanje raziskav prenaša iz laboratorijskih na pilotne naprave, ki se po osnovnih karakteristikah približujejo pogojem industrijske proizvodnje. Take pilotne naprave so predrage, da bi jih izkoriščali samo za raziskave, zato morajo dajati tudi določen delež neposredne proizvodnje, s katerim je po možnosti treba pokrivati vsaj lastne stroške delovanja pilotne proizvodnje. Informacije in rezultati raziskav ter meritve na napravah pilotne proizvodnje so velikega pomena za hitrejši nadaljnji razvoj. Na ta način z izkoriščanjem pilotnih naprav ne motimo redne proizvodnje z eksperimentiranjem, ampak v njej samo občasno preverjamo modele. Poleg raziskovalnega pomena ima pilotna proizvodnja tudi velik pomen za razvoj in osvajanje tržišča, saj daje normalne proizvode v manjših količinah za neposredno uporabo. Ko količina proizvodov iz pilotnih naprav ne zadošča več potrebam, se z vsemi izkušnjami ta proizvodnja prenese v industrijske obrate.
Take usmeritve razvojnih raziskav so povsem razumljive in pilotna proizvodnja je v današnjih pogojih za učinkovit napredek neobhodno potrebna!
Pilotna proizvodnja slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani neposredno povezuje v celovit sistem naprav vakuumsko indukcijsko peč in napravo za horizontalno neprekinjeno litje žice ali palic. To je izredno fleksibilen sistem, ki omogoča najrazličnejše kombinacije tehnoloških postopkov tudi v povezavi z električnim pretaljevanjem pod žlindro, kovanjem, valjanjem, vlečenjem v hladnem ali pri povišanih temperaturah in toplotno obdelavo vseh vrst, od klasične do vakuumske. Ta koncept pilotne proizvodnje odpira široke možnosti neposredne proizvodnje določenih specialnih izdelkov v ustreznih količinah, za katere je zagotovljen plasman na tržišču. Po drugi strani pa tak sistem omogoča v povezavi s posebnimi meritvami in laboratorijskim preizkušnjem ter raziskovanjem lastnosti izvajanje programov vrhunskih aplikativnih in znanstvenih raziskav, katerih rezultati se preko simulacij z matematičnimi metodami modeliranja učinkovito prenašajo v razvoj industrijske proizvodne tehnologije. Če tovrstno pilotno proizvodnjo gledamo kot mini tovarno s potrebami prav vseh normalnih aktivnosti, od raziskav in razvoja do organiziranja proizvodnje in plasmaja na tržišču, je tak celovit sistem odlična priložnost za sistematično vzgojo mladih kadrov in za dopolnilno usposabljanje strokovnjakov — tehnologov, organizatorjev, kontrolorjev, raziskovalcev in ekonomistov.
Naprava za horizontalno neprekinjeno litje žice ima tri žile za premer žice v območju od 3—12 mm in na njej se lahko izdelujejo palice dolžine do 6 m ali pa v primeru sekvenčnega litja kolobarji do 1000 kg.
Z zamenjavo izhodnega bloka vmesne ponovce je možno napravo prilagoditi za neprekinjeno litje palic,
tion ofoptimum technological parameters. The pilot pro-duction of Metallurgical institute has an important role in respect to this task (1).
5. DEVELOPMENT RESEARCH AND PILOT PRODUCTION (1, 8)
In modern production with top level productivity re-search and development work is transferred from labor-atory to pilot piant which is by its characteristics very close to industrial works. However, such a pilot piant is expensive therefore it must be partiy market-oriented to cover pilot piant production costs at ieast. The informati-ons measurements and research results obtained in pilot production are very important for the rate of development. In this way research and development work do not distub normai production vvhich is temporarily used only for checking eiaborated modeis. Besides this role the pilot production is very important for market development also sonce it offers smaller quantities of new products directly to the market. When the market demands sur-passes the pilot production capacity the production mo-ves to industrial scaie together with overall experience obtained.
Such orientation of development is quite under-standabie. Under today's conditions pilot production is absoiutely necessary for efficient progress!
The pilot production of Slovenian lronworks at Metallurgical Institute in Ljubljana is an integral system com-posed of vacuum induction furnace and a horizontal continuous caster for rod and wire. This is a very flexible system which can be combined with electro-slag remelt-ing unit, forging and rolling mills, cold dravving or draw-ing at higher temperatures induding aH sorts of heat treatment from the conventional one to the vacuum treatment. This pilot production concept opens up new possibilities for direct manufacture of certain special products in adequate quantities to satisfy the existing market demands. On the other side pilot piant in con-nection with special measurements and laboratory research makes it possible to carry out the most advanced scientific and appiied research programme the results of which are used for mathematical modelling and compu-ter simulation and finally utilized for development of industrial technology. The pilot piant can be considered as a mini factory induding aH necessary activities from research and development to the production planning and marketing so it is quite clear that such an integrated sys-tem offers excellent opportunities for systematic educa-tion of young workers and supplemental education of professionals like technologists, planners, foremen, su-pervisors, research workers, economists. etc.
Horizontal continuous caster is of three strand type for casting wire of 3—12 mm diameter range in coils and can be used for casting rods up to 6 m length also. In the čase of sequential casting it can produce wire coils up to one tone weight.
By repiacement of the exit biock of tundish and pul-ler system the caster can be adapted to single strand continuous casting of 20—40 mm diameter rods. Similar repiacement of dravving mechanism can adapt it to čast flat section products.
The continuous manufacturing process from meit to wire can be connected with further cold dravving or dravving at higher temperatures.
The mentioned flexibility includes also vacuum or open-air casting of 300 kg ingots for subsequent forging on GFM machine in Ironvvorks Ravne. Ofcourse, smaller experimentai ingots can also be čast. Electrodes for
premera 20—40 mm, z eno žilo. Če zamenjamo vlečne mehanizme, je s to napravo mogoče vlivati tudi ploščate preseke.
Neprekinjen tehnološki postopek od tekoče kovine do žice lahko neposredno povežemo z nadaljnjo predelavo z vlečenjem v hladnem ali pri povišanih temperaturah.
K že omenjeni prilagodljivosti tega sistema pilotnih naprav naj omenimo, da je mogoče vlivati ingote, teže 300 kg, prosto na zraku ali v vakuumu za normalno predelavo na kovaškem stroju GFM v Železarni Ravne ali pa manjše eksperimentalne ingote. Prav tako je mogoče vlivati elektrode za električno pretaljevanje pod žlindro in ulitke v kovinske, croning ali precizijske forme, in to en ulitek maksimalne teže 300 kg ali pa več manjših ulitkov ali grozdov pri precizijskem litju.
Horizontalna naprava za neprekinjeno litje žice je predvsem pomembna za osvajanje novih vrst dodajnih materialov pri postopkih varjenja in navarjanja. Največkrat je mogoče proizvesti kar celotne potrebne količine nekaterih specialnih materialov. Pomembno je to, da se v določenih primerih lahko uporabi kar kontinuirno ulita žica, kar omogoča tudi izdelavo elektrod iz nepredelav-nih materialov.
Na ta način razvoj pilotne proizvodnje lahko ocenjujemo z dveh gledišč, enkrat kot nujno potrebno in racionalno osvajanje novih materialov, drugič pa kot proizvodnjo mini količin, ki v normalnem industrijskem procesu ne morejo biti sprejemljive in ekonomične.
Horizontalno neprekinjeno litje predstavlja potencialno zelo velik interes za področje proizvodnje brzoreznih in ledeburitnih orodnih jekel ter specialnih zlitin, za katere pa tehnološki parametri litja še niso osvojeni. Ta interes je vezan predvsem na finozrnato strjevanje in na skrajševanje procesov, ki je danes v splošnem v ospredju tehnološkega razvoja predelave kovin. Na teh področjih pričakujemo od raziskav v naslednjem obdobju velik pomen in številne aktivnosti zaradi široke mednarodne aktualnosti tega razvoja.
6. MOŽNOSTI ZMANJŠANJA SPECIFIČNE PORABE ENERGIJE
V okviru investicijskega projekta pilotne proizvodnje na Metalurškem inštitutu v Ljubljani smo podrobno analizirali specifično porabo energije s primerjavo različnih postopkov opisanega tehnološkega razvoja (8).
Pri tem smo upoštevali za primerjavo dva značilna tehnološka postopka klasične tehnologije in tri variante nove tehnologije. Naslednja shema na sliki 5 nazorno prikazuje specifičnosti teh petih tehnoloških postopkov. V glavnem nas zanima primerjava specifične porabe energije v procesu vroče predelave, kajti specifična poraba energije za taljenje jekla je pri vseh variantah v bistvu enaka in se ji ne moremo izogniti.
1.	varianta tehnološkega postopka se uporablja danes za zahtevnejše vrste orodnih, specialnih in viso-kolegiranih konstrukcijskih jekel. Specifična poraba energije za tehnološko fazo vroče predelave, približno 1500 kWh/tono, predstavlja ... indeks 100.
2.	varianta tehnološkega postopka predstavlja klasični standardni tehnološki postopek. Specifična poraba energije, približno 1350 kWh/tono, predstavlja . . . indeks 90.
3.	varianta tehnološkega postopka predstavlja tehnologijo za standardni del proizvodnega programa dobro predelavnih jekel. Specifična poraba energije, približno 500 kWh/tono, predstavlja . . . indeks 33.
electro-slag remeltirig can also be produced as well as castings made by metali mould, shell mould or precision wax cluster proces. Casting limlted to a 300 kg pleče or severa/ pieces of smaller weight is possible.
Horizontal continuous wire caster is particularly si-gnificant for development of new materials for welding electrodes. Frequently it is possible to produce the re-quired quantity of special materials. Sometimes continuous^ čast wire can be directly used for welding electrodes from nonvvorkable materials.
Thus the development of pilot production can be es-timated from the two view points. First as absolutely ne-cessary for rational research and development of new materials and second as mini production unit for small iot production vvhich can not be accepted by norma/ in-dustrial works.
The horizontal continuous casting is potentially very interesting for high-speed tool steel, ledeburitic tool steels and special alloys. Technological parameters for continuous casting of these materials have not yet been de-veloped. Special interest is devoted to grain refinement and shortening of technological procedures vvhich is ge-nerally in the forefront of development of metal vvorking. Numerous development activities can be expected in these fields because of their's importance and universal actuaiity.
6. POSSIBILITIES FOR ENERGYSA VINGS
VVithin the investment project of pilot production piant at Metallurgical Institute an ana/ysis of specific en-ergy consumption has been made involving the compar-ison of different ways of the technological development described (8).
Two characteristical procedures of conventional technology and three variants of the new technology vvere taken into account. The sketch on fig. 5 display specific characteristics of the five procedures.
Specific energy consumption for meiting is naturally the same for ali the five variants, therefore it is interesting to find out the differences in hot vvorking stage.
1. variant has been used for high quality tool, special and high alloyed constructional steel. Specific energy consumption for hot vvorking phase of technology amo-unts to 1500 kWh/ton and sderves as a basis for compa-
rison, i.e.
Index....................................... 100
2. variant is the standard technological procedure. Specific energy consumption is 1350 kWh/ton. Index........................................ 90
3.	variant represents the technology for standard part of production programme consisting of steel vvith good workabiiity. Specific energy consumption is 500 kWh/ton i.e.
index........................................ 33
4.	variant covers dimension range under 20 mm and is suited to the stels of poor workability belonging to constructional, special and tool steel group as well as to special alloys and super alloys vvherein it is desired to obviate problematic hot vvorking. Specific energy consumption is approx. 400 kWh/ton.
Index........................................27
5.	variant represents horizontal continuous casting of 3—12 mm diameter vvire. This technology completely discard hot vvorking stage.
index......................................... 0
It is specially interesting for the two fields of production programme:
E XI ST IN G TECHNOLOGV DANAŠNJA TEHNOLOGIJA
NEW TECHNOLOGICAL PROCEDURES NOVE TEHNOLOŠKE POT
FAZA
®
®
©
®
M
A L J E N
c l
A r f
N j
G E
300 mm
GFM 4 375 kg
220mm
480mm
V 20 2t SSOmrn1*
HCC
$ 130 mm
HCC
HO mm 9
\
HCC
VV 0 R K I
N
G
V R 0 Č A
P R E D E L A
V A
n
$ 90mm » ■
I
$ 90 mm
L
$ 8mm
u
♦8mm	$8mm
IZDELEK PRODUCT
Slika 5
Primerjava dveh klasičnih in treh novih tehnoloških postopkov za specifično porabo energije v procesu vroče predelave
Fig. 5
Comparison of specific energy consumption of hot working for two conventiona/ and three new technological procedures.
i
18 mm
4.	varianta tehnološkega postopka naj bi pokrivala dimenzijski asortiment pod 20 mm in je posebej primerna za težko predelavna konstrukcijska jekla, specialna in orodna jekla, specialne zlitine in superzlitine, pri katerih se želimo predvsem izogniti nepotrebnemu delu problematične vroče predelave. Specifična poraba energije, približno 400 kVVh/tono, predstavlja .. . indeks 27.
5.	varianta tehnološkega postopka predstavlja postopek horizontalnega neprekinjenega litja žice s premerom 3—12 mm. Ta tehnologija, pri kateri vroča predelava sploh odpade (indeks 0) je interesantna predvsem za dve področji proizvodnega programa:
—	za vse materiale, ki se uporabljajo v tem dimenzijskem območju in so praktično nepredelavni. Razumljivo je, da je ta tehnologija zanimiva predvsem za vse vrste dodajnih materialov za elektrode v postopkih varjenja, ker se s tem postopkom lahko popolnoma izognemo klasični predelavi, četudi bi bila izvedljiva. To prinaša pomembne ekonomske učinke v prihranku materiala, dela in porabe energije, kar končno omogoča maksimalno možno ekonomiko in izkoristek blizu 100%;
—	za vse materiale, ki so primerni za nadaljnjo predelavo z vlečenjem v hladnem ali vročem stanju. Za nekatere materiale, kot so na primer nerjavna in ognjeod-porna jekla avstenitnega tipa, nekatera ventilska jekla in nekatere specialne zlitine, je postopek že v celoti osvojen in preizkušen, mnogo pa je takih jekel, za katere je
—	for aH practically nori workabie materials of the mentioned dimension range. Of course this technology is particularly interest/ng for welding electrodes. This brings forth considerable savings in material, work and energy making it possible to minimize the production costs and to reach almost 100 % yield.
—	for aH materials suitable for cold or hot drawing. For some materials of this group like austenitic stainless steels, heat resisting steels, some valve steels and special alloys the technology has been fully developed. Ho-vvever, the techology for numerous steel grades remain to be developed. The grovving interest for this task is no-ted.
7. CONCL USIONS
Technological process of continuous casting of steels and alloys in the shape of wire and rod brings forth signi-ficant quality and economic benefits as compared to conventiona/ technology. Reduction in specific energy consumption is of great importance particularly in the field of heating and intermediate reheating in hot work-ing.
The energy saving increases with reducing section size of the finished products.
in the field of expensive and hardly vvorkabie materials increase in yield is of particular importance. Con-
treba tehnologijč še raziskati in optimirati, interes za take rešitve pa je vse večji.
7. ZAKLJUČKI
Tehnološki postopek neprekinjenega litja jekel in zlitin v obliki palic in žice prinaša pomembne kakovostne in ekonomske prednosti v primerjavi s klasičnipii tehnološkimi postopki. Ekonomika specifične porabe energije ima velik pomen, posebno v območju ogrevanja in do-grevanja pri procesih vroče predelave. Ta ekonomika se izboljšuje z zmanjševanjem preseka gotovih izdelkov.
Pri asortimentu razmeroma dragih in težko predelav-nih materialov je še posebno pomembna vloga izboljševanja izkoristkov materiala, ki že pri uvedbi klasičnega neprekinjenega litja gredic prinese 10—20 % v primerjavi s klasičnim postopkom litja v ingote, zaradi rezanja glav in nog ingotov. Velik je tudi vpliv, ki ga prinaša zmanjševanje investicijskih stroškov na področjih litja in predelave. V odvisnosti od vrste materialov ocenjujemo z novo tehnologijo možne prihranke materialov z boljšimi izkoristki 5—30 %, odvisno od sposobnosti materiala za plastično preoblikovanje v vročem. Tudi izgube s škajanjem so v primerih nove tehnologije znatno manjše.
S fizikalno-metalurškega gledišča ima jeklo, izdelano s postopkom neprekinjenega litja drobnih presekov, bistvene kakovostne prednosti, ki so povezane s hitrejšim strjevanjem.
ventionaI continuous casting results in 10—20 % increase in yield in comparison to ingot casting already. High/y important is a reduction in investment costs for casting and vvorking also. Depending on hot workabiiity of the material possible material savings through increased yieid resulting from the new technoiogy can be estimated as 5—30 %. Scale losses are also reduced as compared to the conventionai technology.
From physico-metallurgical vievvpoint the steel pro-duced by horizontal continuous casting of small section size has essential quality advantages associated vvith increased rate of solidification.
LITERATURA/ REFERENCES
1.	Rodič J., M. j-laissig, H. Hojas, W. Holzgruber, B. Glogovac, K. Habijan: Izhodišča in usmeritve za razvoj pilotne proizvodnje Slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani. Poročila Metalurškega inštituta v Ljubljani — projekt MIP 88-001, naloga Ml. 88-059, april 1988.
2.	Haissig M.: Horizontal continuous casting — recent devel-opments and future trends. Steel times, 1986, 10, 546—548.
3.	Haissig M., W. Holzgruber: Technologie des horizontalen Stranggiessens — Aktueller Stand und Zukunftsperspekti-ven. Noch nicht veroffentlicht.
4.	Hojas H.: New bar and rod mili concept for continuous čast biilets. Iron and Steel Engineer, 1985, June, 21 —25.
5.	Rodič T., Ph. D. Thesis — University of Svvansea, 1988.
6.	Rodič J.: Tehnološki razvoj — SOZD SLOVENSKE ŽELEZARNE. Izdaja oktober 1984, dopolnitve maja 1987.
7.	Rodič T., B. Štok, F. Gologranc, D. R. J. Owen: Finite element modelling of a radial forging process, 2nd Int. Confe-rence on technology of , plasticity, Stuttgart, Avg 24.-28. 1987.
8.	Rodič J., K. Habijan, B. Glogovac: Energetska študija za talil-no-livni sklop pilotne proizvodnje, IBE — projekt 8177/42-6 junij 1987.