3.6.3. Плавка чугуна дуплекс-процессом

Дуплекс–процесс представляет собой процесс выплавки чугуна с использованием двух взаимно дополняющих плавильных агрегатов, в которых последовательно реализуются различные металлургические процессы: в первом расплавляют шихту, а во втором жидкий чугун доводят по химическомуц составу и подвер­гают температурно-временной обработке. В качестве первичных агрегатов обычно используют вагранку, дуговую или индукционную ти­гельную печь, а вторичного - индукционную канальную или ти­гельную печь, а также дуговую печь.

Дуплекс-процесс «вагранка - дуговая электропечь с основной футеровкой» применяют в тех случаях, когда необходимо получить чугун с пониженным содержанием серы. При этом благодаря возможности перегрева чугуна в электропечи возможно снижение расхода кокса в вагранке до 8 мас.%. При избытке углерода в ваграночном чугуне его можно понизить введением в электропечь стального лома. Недостаток кремния и марганца можно восполнить введением ферросилиция и ферромарганца.

Дуплекс-процесс «вагранка - кислая дуговая электропечь» применяют в тех случаях, когда нет надобности в получении низкого содержания серы, но необходимо получать горячий чугун точного химического состава. В этом варианте дуплекс-процесса роль второго агрегата сводится только к повышению температуры и получению заданного химического состава чугуна путем подшихтовки необходимых ферросплавов. При этом ваграночную плавку можно проводить при повышенныхрасходах стружки, пониженных расходах кокса (на 35-40 %) и флюса (на 20 %).

Такая же задача успешно решается при применении дуплекс-процесса «вагранка - индукционная печь». В случае примения тигельных печей в качестве второго плавильного агрегата, то на каждую вагранку по две тигельные печи-копильники, которые попеременно работают в режиме наполнения и выдачи: когда один непрерывно наполняется чугуном из вагранки, из другого чугун разливается в ковши. С наибольшей эффективностью печи-копильники работают, когда один выдаёт треть металла, а второй, заполненный на две трети, доливается чугуном и работает в режиме подогрева. Удельный расход энергии для перегрева чугуна на 100 ^оС составляет 40-45 кВт∙ч/т. В случае применения индукционных канальных печей в качестве второго плавильного агрегата они должны иметь большую вместимость, благодаря чему обеспечивается выравнивание химического состава и температуры чугуна, а также сглаживаются возможных перебоев в работе вагранки. Варианты расположения печей и сочетания их с вагранками выбираются в зависимости от условий разливки

Применение дуплекс-процесса основная дуговая электропечь — индукционная печь целесообразно в тех случаях, когда на необходимо проведение предварительного рафинирования металла от нежелательных легирующих и примесьныхэлементов. При этом индукционную печь используют как миксер для раздачи металла по ковшам.

Дуплекс-процесс «индукционная печь — основная дуговая печь» применяют при производстве отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Твердая шихта плавится в индукционной печи тигельного типа, а затем обессеривается в дуговой печи под основным шлаком. Поскольку индукционная печь имеет наименьший КПД при расплавлении, а дуговая при перегреве, то этот вариант с теплотехнической точки зрения представляется наименее удачным.

Наиболее целесообразно применение при дуплекс-процессе в качестве второго агрегата индукционной канальной печи большой емкости, поскольку это позволяет экономично работать при изменении потребности в жидком металле, а также производить заливку отдельных отливок большой массы. В конвейерных литейных цехах наличие такой печи позволяет идеально усреднять состав и температуру металла в течение всего времени работы цеха.

Дуплекс-процесс «дуговая электропечь-дуговая электропечь» имеет много недостатков с теплотехнической (низкий КПД при перегреве) и металлургической (нестабильность и неоднородность химического состава чугуна, высокий угар элементов) точек зрания. Но имеет существенные эксплуатационные преимущества, так как полная замена футеровки дуговой электропечи занимает всего 36 часов, тогда как на замену футеровки канальных индукционных печей требуется длительная остановка плавильного агрегата. Последнее вынуждает остановку и литейного конвейера, что отрицательно сказывается на экономических показателях работы литейного цеха. При этом сохраняется проблема обеспечения стабильности химического состава чугуна от плавки к плавке. Но она также решаема, в том числе применением электромагнитного перемешивания или применение дуговых печей постоянного тока.

Минимальные энергетические затраты достигаются при дуплекс - процессе «доменная печь - индукционная печь». Этот процесс легко осуществим в пределах металлургического завода. Жидкий чугун из доменного цеха доставляю в чугуновозных ковшах в литейный цех, где в индукционных печах его доводят до заданного состава и затем используют для получения отливок.