Tecnologia de fundição contínua para peças ferroviárias de aço fundido e ferro fundido: Um salto da fundição tradicional para uma produção eficiente

1. The Historical Evolution of Continuous Casting Technology and The Breakthrough in Its Compatibility with The Railway Industry

The birth of continuous casting technology was not accidental but an inevitable outcome of the metallurgical industry’s dual pursuit of efficiency and quality. And it is widely used in fundições ferroviárias, the core principle is to directly transform liquid metal into solid billets through a continuous cooling and solidification process, completely overturning the traditional multi-step mold casting mode of “ingot casting – heating – billet opening”.

1.1 Standardized Applications from Laboratories to The Global Steel Industry

Na década de 1950, the University of Sheffield in the UK first proposed the concept of “continuous casting”, achieving the initial continuous casting of aluminum materials through water-cooled copper molds. No entanto, devido às limitações da resistência a altas temperaturas do material e da tecnologia de controle de resfriamento, esta tecnologia só poderia ser aplicada inicialmente na área de metais não ferrosos. O verdadeiro ponto de viragem surgiu no Japão na década de 1960: A Nippon Steel Corporation desenvolveu uma máquina de lingotamento contínuo em formato de arco, que combinou vibração do molde e um sistema secundário de spray de resfriamento, aumentando a taxa de sucesso do lingotamento contínuo de tarugos de menos de 70% acabar 90%. Este avanço não só encurtou o ciclo de produção, mas também aumentou o rendimento do metal de 85% na fundição de moldes para 92%, dirigindo um “continuous casting” onda na indústria siderúrgica global.

1.2 O “Fundição Contínua” Processo na indústria de fundição ferroviária da China

A introdução da tecnologia de fundição contínua na China começou na década de 1980, initially mainly through the digestion and absorption of second-hand equipment. With the technological breakthroughs made by large steel mills such as Baosteel and Wuhan Iron and Steel, the continuous casting capacity increased from less than one million tons in 1985 para 120 million tons in 2000. Na área ferroviária, the breakthrough in the adaptability of continuous casting technology is particularly crucial: the bogie bolster produced by traditional mold casting has internal shrinkage cavity defects, resulting in a fatigue life of less than 2 million kilometers for heavy-duty freight cars. After adopting continuous casting billets, through low superheat pouring and electromagnetic stirring technology, the internal grains of the castings were refined, and the fatigue life exceeded 3 milhões de quilômetros, meeting the operational requirements of 30-ton axle load trucks.

2.Principais inovações tecnológicas em tecnologia de lingotamento contínuo para fundições ferroviárias

As vantagens da tecnologia de fundição contínua residem na sua “continuidade” e “controlabilidade”. Seus principais avanços estão concentrados em três áreas principais: controle de molde, gerenciamento de temperatura e supressão de defeitos, formando um ciclo técnico fechado para melhorar a qualidade das peças fundidas ferroviárias.

2.1 Otimização Sinérgica da Vibração do Molde e Agitação Eletromagnética

O molde é o “coração” da máquina de lingotamento contínuo, e seu modo de vibração afeta diretamente a qualidade de formação da casca em branco. Os primeiros moldes fixos eram propensos a causar aderência e vazamento do invólucro da peça bruta. No entanto, a introdução da tecnologia de vibração sinusoidal resolveu este problema: controlando a amplitude (3-5milímetros) e frequência (200-400 vezes por minuto) através de um servo sistema hidráulico, uma camada lubrificante estável foi formada entre o invólucro da peça bruta e a parede do molde. Por exemplo, depois que a máquina de lingotamento contínuo de placas de 2300 mm da Baosteel adotou esta tecnologia, a profundidade da marca de vibração da superfície do tarugo fundido foi reduzida de 0,8 mm para 0,3 mm, e a taxa de defeitos de superfície foi diminuída em 60%.

A tecnologia de agitação eletromagnética aumenta o fluxo do aço fundido por meio de força eletromagnética sem contato, eliminando a segregação de componentes. Durante o processo de fundição contínua de aço grau E para acopladores ferroviários de alta velocidade, o agitador eletromagnético rotativo instalado na extremidade de solidificação aumentou a uniformidade da distribuição de carboneto em 40%, e a resistência ao impacto foi aumentada de 20J para 25J, atendendo aos requisitos operacionais em um ambiente extremamente frio de -60°C.

2.2 Precise Temperature Control and Tundish Metallurgical Technology

The superheat of molten steel is an “invisible killer” that affects the quality of cast billets. Due to the long turnover time of the ladle in the traditional mold casting process, the superheat often fluctuates by ±15℃, resulting in severe center segregation of the cast billet. Continuous casting technology reduces the fluctuation range of superheat to ±5℃ through measures such as ladle covering and argon gas protection in the tunbag. Por exemplo, the 1780mm continuous casting machine of Panzhihua Iron and Steel Company adopts plasma heating of the tundish, which can compensate for the temperature loss of molten steel in real time, increasing the equiaxed crystal rate of the cast billet from 60% para 80% and enhancing the tensile strength by 15%.

The upgrade of the tunpacket metallurgical technology has further purified the molten steel: by installing slag retaining walls and filtration devices, the content of non-metallic inclusions has been reduced from 0.02% para 0.005%, significantly reducing the tendency of casting cracks.

3. In-Depth Application of Continuous Casting Technology in Key Components of Railways

Continuous casting technology has been deeply integrated into the entire production chain of railway castings, from bogies to couplings, from brake discs to wheel sets. Its application scenarios continue to expand and drive performance upgrades.

3.1 Bogie Castings: A Leap from “Pesado” para “Precise and Strong”

The traditional bogie bolster and side frame are made by sand casting, with the inner cavity composed of multiple sand cores joined together, which are prone to defects such as steps and flash. The continuous casting technology combined with the integral core mechanical core feeding process has achieved the “multi-piece integration” of the inner cavity sand core: the ester-hardened sodium silicate sand molding combined with the uniform structure of the continuous casting billet has increased the density of the casting by 8% and improved the fatigue resistance by 30%. Take a B+ grade steel bolster as an example. Its weight is 12% less than that of ordinary carbon steel parts, and the yield strength has been increased from 400MPa to 500MPa, perfectly meeting the upgrade requirements of heavy-duty trucks.

3.2 Coupler Castings: An Innovation from “Brittle Fracture” para “Resilient Connection”

Como o “lifeline” de um trem, the coupler needs to withstand a tensile force of over 1,000 toneladas. A tecnologia de fundição contínua adota uma abordagem dupla de atualização de materiais e otimização de processos: depois que o aço grau E substitui o aço carbono comum, combinado com tratamento térmico de têmpera e revenido (têmpera a 880℃ + têmpera a 550℃), a energia de impacto de baixa temperatura a -60°C atinge mais de 15J. A aplicação combinada de refino secundário fora do forno (BF+UR) e a fundição com baixo superaquecimento reduziu o grau de inclusões não metálicas de 2.0 para 1.0 e a taxa de crack de 0.3% para 0.02%. Depois que os acoplamentos ferroviários de alta velocidade na Linha Pequim-Harbin adotaram esta tecnologia, a quilometragem cumulativa de operação segura excedida 5 milhões de quilômetros, e nenhum acidente de quebra ocorreu.

4. Perspectivas Futuras: A integração de fundição contínua quase final e controle inteligente

Com o desenvolvimento do transporte ferroviário de carga rumo a uma carga por eixo de 30 toneladas e um aumento de velocidade de 160 km/h, a tecnologia de fundição contínua está evoluindo para “forma quase final” e “inteligência”, injetando novo impulso na fabricação de peças fundidas ferroviárias.

4.1 Fundição contínua quase final: UM “processo curto” revolução do tarugo ao produto acabado

A tecnologia de fundição contínua de tiras finas de rolo duplo pode produzir diretamente tiras de aço finas de 1-5 mm, eliminando o processo de abertura de tarugos da laminação a quente tradicional e aumentando a eficiência da produção em três vezes. Esta tecnologia tem sido aplicada à produção de chapas finas de aço de alta resistência para carrocerias de vagões ferroviários de alta velocidade.. O grau de refinamento do grão foi aumentado em 50% em comparação com o processo tradicional, e a faixa de flutuação do limite de escoamento foi reduzida de ±20MPa para ±5MPa. Além disso, a tecnologia de lingotamento contínuo de tarugos com formatos especiais, otimizando o design do molde, pode produzir diretamente tarugos de seção transversal complexos, como os em forma de H e em forma de I, proporcionando a possibilidade de conformação integrada de aço utilizado em pontes ferroviárias.

4.2 Controle Inteligente: Uma atualização de orientada pela experiência para orientada por dados

O sistema de monitoramento do processo de lingotamento contínuo baseado em 5G+AI coleta dados em tempo real, como a temperatura da superfície do tarugo fundido e defeitos de trinca por meio de visão de máquina, e ajusta dinamicamente parâmetros como velocidade de extração e volume de água de resfriamento em combinação com algoritmos de aprendizagem profunda. O projeto piloto da Shougang Jingtang Company mostra que este sistema reduziu a faixa de flutuação da qualidade do tarugo para ±0,5% e reduziu o consumo de energia por tonelada de aço em 8%. No futuro, com a introdução da tecnologia de gêmeo digital, a linha de produção de fundição contínua alcançará um gerenciamento completo em circuito fechado de “depuração virtual – otimização em tempo real – manutenção preditiva”, promovendo a fabricação de fundição ferroviária para avançar em direção ao “zero defeito” meta.

Do suporte de ferro fundido da era das locomotivas a vapor ao acoplador de fundição contínua do trem-bala Fuxing, a tecnologia de fundição contínua deu um salto desde “seguindo” para “assumindo a liderança” em apenas meio século. Em meio às ondas da carga ferroviária pesada, alta velocidade e inteligência, a tecnologia de fundição contínua continuará a evoluir, fornecendo suporte sólido para a construção de um ambiente mais seguro, sistema de transporte ferroviário mais eficiente e ecológico.

Fornecedor de peças fundidas ferroviárias

Luoyang Fonyo Indústrias Pesadas Co., Ltda, fundada em 1998, é um fabricante de peças ferroviárias fundidas. Nossa fábrica ocupa uma área de 72.600㎡, com mais de 300 funcionários, 32 técnicos, incluindo 5 engenheiros seniores, 11 engenheiros assistentes, e 16 técnicos. Nossa capacidade de produção é 30,000 toneladas por ano. Atualmente, produzimos principalmente fundição, usinagem, e montagem para locomotiva, vagão, trens de alta velocidade, equipamento de mineração, energia eólica, etc.. Nossos produtos foram exportados para a Rússia, os Estados Unidos, Alemanha, Argentina, Japão, França, África do Sul, Itália e outros países.
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