§ 66. Плавильные печи и плавка чугуна

Для плавки чугуна применяют несколько типов печей: вагранку, пла­менные печи, тигельный горн и электропечи.

Вагранки являются основными плавильными агрегатами в чугунолитей­ных цехах.

Пламенную печь применяют для плавки специальных чугунов при отливке прокатных валков. Тигельный горн применяют в небольших ре­монтных литейных цехах. В электропечах выплавляют специальные легированные чугуны.

Вагранка и ее конструкция

На фиг. 71 приведена конструкция вагранки производительностью-5 т/час.

Вагранка представляет собой шахтную печь, выложенную внутри-шамотным кирпичом 2. Снаружи вагранка имеет металлический кожух / из листовой стали — клепаный или сварной.

Шахта вагранки опи­рается на плиту 3, уста­новленную на опорных колоннах 4. Снизу шах­та имеет днище 5, ко­торое перед началом работы закрывается и в конце плавки откры­вается. В верхней ча­сти шахты расположе­но загрузочное окно 8; через это окно вагран­ку пополняют опреде­ленными порциями (ко­лошами) шихтовыми ма­териалами в течение всей плавки. Для сохра­нения кирпичной клад­ки от ударного действия загружаемой шихты верхнюю часть шахты выкладывают чугунным кирпичом 9. В нижней части шахты вагранки для подачи воздуха имеется воздушная ко­робка 6; из нее воз­дух, необходимый для горения топлива, по­дается в вагранку че­рез отверстия-фурмы 7. Фурмы могут быть рас­положены в один или несколько рядов. На вагранке, показанной на

фиг. 71, фурмы рас­положены в один ряд.

Часть вагранки, рас­положенную выше за­грузочного окна, называют трубой 10. На верхней части трубы устанавливается искроуловитель 11 для гашения рас­каленных частичек топлива, которые выносятся из вагранки потоком газов.

Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть шахты, называемую

горном, и оттуда непрерывной струей по Фиг. 71. Вагранка с копильнйком.

наклонному поду вагранки через рукав

12 стекает в копильник 13, служащий для сбора металла. Из копильника по мере накопления металл выпускают через летку 14. Для выпуска шлака в копильнике сделана шлаковая летка 15.

Копильники у вагранки могут быть стационарные и поворотные. В ва­гранках без копильника сбор чугуна производится в нижней части — в горне.

Вагранки строят производительностью от 0,5 до 30 т/час. В последнее время начали строить вагранки с подогревом подаваемого воздуха, а также вагранки, охлаждаемые водой.

Подготовка вагранки к работе и процесс плавки

После окончания плавки и охлаждения вагранку снова подготовляют к плавке. Очищают вагранку и копильник от шлака и исправляют огне­упорную кладку. Копильник после исправления высушивают. После ре­монта футеровки закрывают днище и набивают подину вагранки и копиль­ника формовочной смесью через специальное окно 22 (фиг. 71).

На подготовленный под укладывают дрова и зажигают их. Когда дрова разгорятся, на них сверху через загрузочное окно 8 засыпают кокс. Во время розжига вагранка сушится и разогревается. Через некоторое время дрова сгорают, и на поду остается только раскаленный кокс.

Нижняя часть вагранки заполнена топливом 16. Эта часть топлива называется холостой колошей.

Холостая колоша служит для поддержания находящихся сверху рабо­чих колош и разогрева вагранки. Верхний уровень холостой колоши рас­положен выше фурм на 400—1200 мм, где в вагранке развивается максимальная температура и происходит расплавление металла. Эта зона вагранки называется плавильным поясом. Перед загрузкой металла холостую колошу кратковременно продувают воздухом для удаления золы и лучшего ее разо­грева.

Для удобства обслуживания вагранки около загрузочного окна устраи­вают так называемую колошниковую площадку 17. Загрузку шихты про­изводят ручным или механическим способом.

На заводах Советского Союза в большинстве вагранок загрузка меха­низирована при помощи бадьи 18 и специального консольного крана 19. Бадья имеет открывающееся дно, через которое материалы засыпаются в вагранку. Загрузку материалов в вагранку производят послойно, пор­циями, в следующем порядке: на холостую колошу загружают металли­ческую колошу 20, затем рабочую топливную колошу 21, на которую засы­пают флюс, потом снова металл и т. д. Толщина слоя рабочей колоши колеб­лется в пределах 150—250 мм. Топливо рабочей колоши сгорает в плавиль­ном поясе не полностью. Остаток его идет на пополнение частично выго­рающей холостой колоши, которая, таким образом, во время плавки поддер­живается на постоянном уровне.

В процессе плавки вагранка должна быть полностью загружена материа­лом. По мере опускания материалов вниз сверху постепенно загружают новые материалы. Воздушное дутье подают после заполнения материалами всей вагранки. С момента подачи дутья в вагранке начинается процесс плавки. Правильно подготовленная вагранка через 5 мин. после пуска дутья дает жидкий чугун.

Для*- повышения температуры расплавленного чугуна на отдельных заводах производят подогрев воздуха, подаваемого в фурмы, или вдува­ние кислорода в вагранку.

Плавящийся в вагранке металл находится в непрерывном соприкосно­вении с топливом, вследствие чего при повышенных температурах между ними происходит химическое взаимодействие. Это взаимодействие влечет за собой насыщение чугуна углеродом.

В результате насыщения металла углеродом содержание последнего в выплавляемом чугуне колеблется в пределах 3,2—3,3% независимо от того, как бы мало его ни содержалось в штыковых чугунах, употребляе­мых в шихту. Лишь при замене в шихте части чугуна стальным ломом удается снизить содержание углерода в выдаваемом вагранкой чугуне, и то в незначительной степени. Так, если шихту составить из одного сталь­ного лома с содержанием углерода 0,5%, то при переплавке ее в вагранке мы получим чугун с содержанием углерода не менее 2,5%. Это обстоятель­ство является основной трудностью в получении малоуглеродистого чугуна из вагранки. Для получения чугуна с содержанием углерода ниже 3,0% на практике применяют вагранки специальной конструкции — с низким . горном (малым расстоянием от фурменного пояса до дна шахты). При этом высота холостой колоши уменьшается и стекающие из плавильного пояса капли чугуна проделывают меньший- путь, на протяжении которого нахо­дятся в соприкосновении с раскаленным коксом. Кроме того, применяют форсированный режим плавки, связанный с увеличенной подачей воздуха в фурмы. При этом капли чугуна получаются более крупными, сливаются в сплошные струи и быстро достигают дна вагранки, что также способствует меньшему их науглероживанию. Этому же способствует более низкая тем­пература расплавленного металла, получающаяся при избыточной подаче воздуха в вагранку.

На наших заводах начали внедрять газовые вагранки конструкции АН СССР. Благодаря отсутствию в шихте вагранки кокса, способствую­щего науглероживанию металла и созданию окислительной атмосферы, в таких вагранках можно выплавлять не только низкоуглеродистый чугун, но и графитизированную сталь.

В этих печах достигается угар серы до 40% в противоположность обыч­ной вагранке, где содержание серы в металле увеличивается. Чугун в газо­вой вагранке нагревается до 1450^:—1500°.