5.2.3 Плавка чугуна в индукционных печах

Для плавки чугуна широкое распространение получили индукционные печи. Они обладают рядом преимуществ перед другими плавильными агрегатами:

- высокий КПД при перегреве (до 85%);

- небольшой угар дорогих легирующих элементов;

- возможность применения защитных атмосфер для ведения технологического процесса.

В нашей стране выпускаются индукционные тигельные печи промышленной частоты для плавки чугуна ИЧТ-1, ИЧТ-2,5, ИЧТ-6, ИЧТ-10, ИЧТ-16, ИЧТ-25, ИЧТ-40, ИЧТ-60. Конструкция печи промышленной частоты показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема индукционной печи промышленной частоты:

1 - поворотная ось печи; 2 – крышка; 3 – индуктор; 4 – магнитопроводы; 5 – каркас печи; 6 – водоохлаждаемые кабели и шланги; 7 – тигель; 8 – рабочая площадка.

Каркас 5 представляет собой сварную конструкцию, выполненную из листовой стали. Жесткость каркаса обеспечивается ребрами жесткости, равномерно расположенными по диаметру обечайки. Под сливным носком рассоложена ось 1 поворота печи. Ось крепится в подшипниках, установленных на колоннах. Печь имеет гидравлический механизм наклона, состоящий из маслонапорной установки, аппаратуры гидропривода и двух плунжеров. Посредством гидравлического механизма осуществляется наклон печи в одну сторону на любой угол до 100^◦ для выдачи металла. Главной частью является индуктор 3, представляющий собой катушку, собранную из секций по 5-7 витков из медной трубы.

Витки индуктора изолированы стеклолентой и микалентой, во избежание осевого перемещения индуктора он зафиксирован магнитопроводами 4 – пакеты трансформаторной стали, равномерно расположенные по окружности индуктора. Магнитопроводы служат для замыкания внешнего магнитного поля индуктора, предохраняют от нагрева металлический каркас печи. Кроме того, обеспечивает надежное крепление индуктора, что особенно важно при наклоне печи.

Плавильным пространством печи является тигель 7, выполняемый обычно набивкой. В качестве набивочных материалов для изготовления тигля применяются кислые, основные и нейтральные огнеупорные массы. Рабочее пространство печи закрывается крышкой 2 из немагнитной стали, футерованной изнутри огнеупорным бетоном и теплоизолирующим материалом. Она снабжена механизмом подъема и поворота с ручным приводом рычажного типа. Загрузка шихты в печь производится сверху.

Токоподвод к печи осуществляется гибкими водоохлаждаемыми кабелями 6. Регулирование мощности печи производится автоматически регулятором режима. Для управления наклоном печи предусмотрен пульт управления.

Футеровка индукционных печей

Футеровка индукционных печей определяет длительность работы и экономичность процесса. Для индукционных печей применяется, в основном, набивная футеровка. Материал для футеровки должен хорошо противостоять агрессивному воздействию шлаков и быть термически устойчивым в условиях большого перепада температур по сечению стенки футеровки. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают оксиды алюминия, кремния и магния. Эти три оксида различны по своей природе: кремнезем(SiO₂) является кислым, глинозем(Al₂O₃) – нейтральным, а MgO –основным оксидом.

К выходу футеровки из троя приводят следующие факторы:

- плохое местное уплотнение футеровки вследствие некачественной формовки;

- перегрев металла в тигле при первой (остекловочной) плавке и в связи ч этим некачественное спекание футеровки;

- чрезмерная тепловая выдержка металла;

- плохая (неосторожная) заброска шихты в тигель при начале плавки;

- химическое взаимодействие металла и шлака с футеровкой печи.

Технология плавки

При загрузке в печь шихта не должна падать в тигель с большой высоты во избежание его повреждения. Лучше, если шихта сползает. Сползание шихты может быть обеспечено с помощью склизов, вибрационных конвейеров, бадей специальных конструкций. Шихта перед загрузкой, как правило, подогревается, но если этого нет и шихта влажная. То рекомендуется ее загружать так, чтобы влажный лом не попадал сразу же в жидкий металл во избежание выбросов.

Плавка может быть прерывной и непрерывной. В первом случае из печи выливают 70-100% металла. Преимуществом этого метода является малое время реакции между расплавом и футеровкой при высоких температурах. Благодаря этому реакция восстановления оксида кремния углеродом не получает существенного развития. Недостатком непрерывной плавки является уменьшение мощности печи при периодическом выпуске металла.

Скорость нагрева металла в печах промышленной частоты - 10^◦С/мин. В печах большой емкости (10-15т) для поддержания температуры металла постоянной требуется 20-30 кВт*ч/т жидкого металла.

Электромагнитное перемешивание жидкого металла в электропечах промышленной частоты оказывает сильное влияние на процесс науглероживания. Установлено, что высокая интенсивность перемешивания в значительной степени способствует быстрому и полному усвоению карбюризатора.

Технико-экономические показатели плавки чугуна в индукционных печах

Применение индукционных печей в качестве агрегата для плавки и перегрева чугуна обеспечивает ряд преимуществ, касающихся и качества металла и организации производства. Появляется возможность получения чугуна на различных этапах плавки с более точным химическим составом, с заданными структурой и механическими свойствами. Температура чугуна на различных этапах плавки может регулироваться с высокой точностью (5^◦С) в соответствии с заданной технологией, при этом перегрев металла от температуры 1300^◦С и выше оказывается более экономичным, чем при плавке в вагранке.

В индукционных печах можно получать любые марки нелегированных и легированных чугунов. На машиностроительных заводах страны ежегодно скапливается значительное количество чугунной, стальной стружки и других легковесных отходов металлообработки. Индукционные печи позволяют использовать эти отходы и получать практически все марки чугунов при соответствующих подготовке шихты и режимах плавки.

Недостатки индукционной печи как плавильного агрегата для чугуна является «холодный» малоактивный шлак с вытекающими из этого последствиями. В этом неоспоримое преимущество имеют дуговые электрические печи.