3.5. Плавка чугуна.

3.5.1. Выбор плавильного агрегата

В современном литейном производстве для выплавки чугуна применяют три вида плавильных печей: вагранки, индукционные и дуговые электропечи, обладающие различными технологическими возможностями. Их сравнительные показатели приведены в табл. 3.5.1.

Таблица 3.5.1. Сравнительные показатели основных чугунно-плавильных агрегатов

Показатели	Вагранки закрытого типа	Электропечи
		Индукционные тигельные печи				Дуговые печи
		средней частоты		промышленной частоты
Потребление энергии (на 1 т чугуна), кВт/ ч	До 150 кг кокса	До 700		До 700		До 600
Тепловой КПД: - общий - при расплавлении - при перегреве	0,30-0,40 0,40-0,60 0,05-0,07	0,70 0,70 0,69-0,74		0,62-0,68 0,50 0,65-0,70		0,55 0,60-0,70 0,25
Общий угар металла, %	7	2-3		2-3		5
Количество шлака, кг/т	100-120	10-15		10-15		70-90
Регулирование температуры	Ограниченно	Возможно		Возможно		Возможно
Уровень звуковой мощности, Дб	До 60	До 30			До 30		До 60
Использование не кондиционных металлоотходов	Ограниченно	Возможно			Возможно		Возможно
Отбор металла	Непрерывный	Ступенчатый			Ступенчатый		Ступенчатый
Количество выделяемого газа, м3/т	До 1000	До 03	До 30				До 60
Содержание пыли в отходящих газах, кг/т	10-18	0,3	0,30-0,50				5-10

Выбор плавильной печи в действующем литейном цехе при наличии различных плавильных агрегатов осуществляется, в первую очередь, их технологическими возможностями для получения необходимой марки чугуна с заданными свойствами при использовании имеющихся в цехе шихтовых материалов.

Низко- и среднепрочные марки серых чугунов с пластинчатым графитом CЧ10, СЧ15 и СЧ20 без особых затруднений можно выплавлять в вагранке, однако для их получения ваграночная шихта обязательно должна содержать некоторую долю более дорогих чушковых доменных чугунов. При использовании же индукционной или дуговой электропечи эти марки чугуна можно получать путём переплава дешёвого стального лома с добавкой карбюризатора и ферросплавов, что позволяет существенно снизить себестоимость жидкого чугуна и соответственно отливок.

Высопрочные марки серого чугуна с пластинчатым графитом СЧ25, СЧ30 и СЧ35 предпочтительнее выплавлять в электропечах. Они содержат пониженное содержание углерода и кремния и, кроме того, для их получения обязательно проведение внепечной обработки жидкого чугуна путем модифицирования или модифицирования и микролегирования. Для их осуществления необходимо иметь достаточный перегрев расплава. При плавке в электропечах это не составляет проблемы, но при ваграночной плавке не всегда возможно и эффективно, поскольку это связано с повышенным расходом кокса и необходимостью применения горячего воздушного дутья.

Ковкие чугуны традиционно выплавляли в вагранках, но их можно выплавлять в любых других плавильных агрегатах.

При производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом предпочтительнее использование электрических печей, так как основными условиями их получения являются низкое содержание серы (менее 0,02 %) в исходном расплаве чугуна (перед сфероидизирующим и графитизирующим модифицированием) и повышенная температура для реализации внепечной обработки. При ваграночной плавке чугун имеет повышенное содержание серы вследствие насыщения от кокса. Из-за этого ваграночный чугун перед сфероидизирующе-графитизирующим модифицированием приходится обессеривать путем внепечной обработки. Для осуществления двойной внепечной обработки (десульфурации и модифицирования) требуется высокий перегрев расплава, который практически малодостижим при ваграночной плавке. Виду этого приходится дополнительно использовать электропечь (миксер) для подогрева расплава перед модифицированием.

Легированные чугуны в большинстве случаев получают в электродуговых или индукционных печах. В вагранках можно выплавлять только низколегированные Cr, Ni, Cu и Si чугуны, используя в качестве компонентов ваграночной шихты природнолегированные чугуны или доменные ферросплавы.

Высоколегированные кремнием и алюминием чугуны, например, ферросилиды, содержащие 13-17 % Si, или чугали, легированные 19-25 % Al, целесообразнее плавить только в индукционных печах или дуговых печах постоянного тока. При плавке таких чугунов в 3-х фазных дуговых печах высокий перегрев металла под электродами приводит к насыщению сплава водородом и, как следствие, получению отливок, поражённых газовой пористостью.

Электропечи более мобильны и могут обеспечивать быстрый переход выплавки чугунов с одной марки на другую, высокое качество чугуна при низких требованиях к шихте, любой необходимый перегрев расплава и возможность проведения активной внепечной обработки.

Выбор между индукционной и дуговой печью определяется, главным образом, качеством шихтовых материалов. Плавка в индукционной печи ведётся методом сплавления разнородных шихтовых материалов или переплава возвратных отходов. При этом рафинирующие процессы не реализуются, поскольку шлаки имеет более низкую температуру, чем расплав. Поэтому для плавки в индукционной печи необходима качественная (компактная и чистая) шихта. В дуговой печи, в отличие от индукционной печи, формируется шлак, который имеет более высокую температуру, чем жидкий чугун. Это позволяет активно реализовать рафинирующие процессы, что создает предпосылки использования при плавке менее качественной, но более дешёвой шихты.

Во вновь строящемся или реконструируемом чугунолитейном цехе выбор плавильного агрегата осуществляется на основании ТЭО, в котором на основе многофакторного анализа обосновывается целесообразность применения того или иного плавильного агрегата. При этом учитываются конкретные условий производства: объем производства, номенклатура отливок, составы (марки) выплавляемых чугунов, возможности капитальных вложений, наличие сырьевых и энергетических ресурсов, а также экологические требования в данной местности.