порные массы и кирпичи для футеровки вагранок применяют редко из-за дефицитности и низкой термостойкости магнезита.

Для работы вагранки без выбивки в течение недели и более футеровка в области фурм, горна, а также в каналах, через которые протекают шлак и металл, должна быть выполнена из особо огнеупорного материала. Для этого применяют высокоглиноземистый кирпич ДВ-5, ДВ-6 (ГОСТ 10381 – 75), высокоглиноземистый мертель марки ВТ-1, графитовые блоки, муллитокорундовые массы с добавками графита.

Для футеровки крановых ковшей для разливки металла применяют шамотный кирпич ШАВ, для ручных ковшей – обмазку, состоящую из 50% кварцевого песка и 50% огнеупорной глины или же кварцевый песок с жидким стеклом, а для основной футеровки – стабилизированный доломит.

1.2 МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ШИХТА

Металлическую шихту составляют из различных железоуглеродистых сплавов: доменных чугунов, чугунного и стального лома, возврата собственного производства, брикетов стружки и ферросплавов, загружаемых в печь в определенной пропорции (в виде металлических колош) для получения чугуна заданного химического состава.

Доменные чугуны поставляют в виде чушек с одним или двумя пережимами толщиной не более 30 мм, массой не более 20 кг. Поверхность чушек должна быть чистой, без включений. Эти чугуны разделяют на литейные, передельные и природ- но-легированные. (Приложения 3,4)

Выпускают обычные (маркировка Л) и рафинированные магнием (ЛР) литейные чугуны (ГОСТ4832 – 95) . По содержанию кремния их подразделяют на марки Л1 (3,2 – 3,6% Si) – Л6 (1,2 – 1,6% Si); по содержанию марганца на группы I (до 0,3% Мn) – IV (0,9 – 1,5% Мn); по содержанию фосфора на классы А (0,08% Р); Б (0,09% – 0,12% Р), В (0,13% – 0,3%Р), Г (0,4% – 0,7% Р), Д (0,8% – 1,2% Р), по содержанию серы на категории 1 (0,02% S), 2 (0,02 – 0,03% S), 3 (0,03% – 0,04% S), 4 (0,04% – 0,05% S).

Передельные чугуны по ГОСТ 805 – 95 выпускают десяти марок: для сталелитейного производства П1 и П2, для литейного производства ПЛ1 и ПЛ2, фосфористый ПФ1, ПФ2, ПФЗ и высококачественный ПВК1, ПВК2 и ПВКЗ. Марки, как и для литейного чугуна, определяются содержанием кремния, которого в передельном чугуне значительно меньше, чем в литейном. Их также подразделяют на группы по содержанию марганца, на классы по содержанию фосфора и на категории по содержанию серы.

Природно-легированные чугуны применяют в основном трех видов: хромоникелевый (ТУ 14-15-84-79), титановый и титаномедистый (ТУ 14-15-4-74). Хромоникелевый чугун выпускают десяти марок от ЛХН1 [0,2% (Ni + Co) , 0,4 – 1,2% Cr] до ЛХН10 [1% (Ni + Co); 2,3 – 3,2% Cr]. Титановый чугун (БТЛЗ-БТЛ7) со-

8

держит 0,3–1,2% Ti, титаномедистый (БТМЛЗ-БТМЛ7)–1 – 3 % Cu и 0,3 – 1,2% Ti. Присадка их в шихту позволяет выплавлять низколегированные конструкционные чугуны.

Литейный чушковый чугун – наиболее дорогая составляющая шихта. Его выплавка значительно понижает производительность доменных печей, поэтому в последние годы в шихте ваграночной плавки стараются заменить литейные чугуны на передельные. Замена значительной части литейных чугунов передельными требует добавки большого количества ферросилиция для компенсации недостатка кремния

иточного его дозирования. В противном случае возможны большие колебания по химическому составу, литейным и механическим свойствам. Все доменные чугуны поставляют вместе с сертификатом, в котором указывают его химический состав.

Лом – это разбитые на куски старые, изношенные части машин, отслужившие

исписанные чугунные и стальные изделия и т.п. Лом, поступающий в литейный цех, обязательно должен иметь сертификат, характеризующий его качество. Согласно ГОСТ 2787 – 75 лом для вагранок должен удовлетворять следующим требованиям: куски должны быть удобными для загрузки (размером не более 300 х 200 х 150 мм, толщиной куска не менее 6 мм, массой 0,5 – 40 кг); не допускается наличие проволоки и проволочных изделий; не допускается наличие цветных металлов и вредных примесей, а засоренность безвредными примесями не должна превышать 2%; куски не должны быть проржавленными и разделенными кислотами. Лом подразделяют на две категории (А – углеродистый, Б – легированный), два класса (стальной и чугунный) и несколько видов. Вид определяется физическим состоянием и показателями качества: кусковой, прессованный, стружка, габаритный, негабаритный.

Стальной лом для вагранок имеет маркировку А1, брикеты стальной стружки

– А5, чугунный лом – А7, а брикеты чугунной стружки – А8.

Возврат собственного производства – литники, брак и скрап – обычно це-

ликом используют для переплавки. Литники и брак при необходимости дробят и предварительно очищают в галтовочных барабанах от пригоревшей к ним формовочной смеси, так как на ошлакование ее в вагранке расходуются дополнительный флюс и топливо. Скрап образуется от сплесков, разбрызгивания металла, слива остатков в изложницы и при очистке ковшей. Возврат собирают после плавки и хранят в особых закромах с указанием номера шихты. В зависимости от массы литья и марки выплавляемого чугуна возврат может составлять от 20 до 40%.

Брикеты чугунной и стальной стружки для ваграночной плавки, как правило, имеют массу 2 – 40 кг, их готовят на гидравлических прессах.

Ферросплавы – обширная группа металлических шихтовых материалов, включающая сплавы железа с одним или несколькими легирующими элементами. Основной легирующий элемент обычно приводит в названии. Их вводят в шихту для повышения в чугуне содержания того или иного элемента. Различают доменные и электропечные ферросплавы. Хотя в доменных ферросплавах пониженное количество легирующего элемента, они более предпочтительны, так как не вызывают значительных колебаний химического состава чугуна при ваграночной плавке, одна-

9

ко из–за значительного снижения производительности доменных печей при выплавке производство их сокращается. Электропечные ферросплавы кроме высокого содержания легирующей добавки имеют низкое содержание серы и фосфора, поэтому стоят дороже. При использовании их тщательно дозируют. Чаще всего для ваграночной плавки применяют следующие ферросплавы:

ферросилиций (ГОСТ 1415 – 78) марок ФС90, ФС75, ФС75л, ФС65, ФС45, ФС25, ФС20, В марке цифры показывают среднее содержание кремния в ферросилиции. Например, ФС45 содержит 41 – 47% Si;

ферромарганец (ГОСТ 4755 – 80) подразделяют на низкоуглеродистый (0,5% С), сред- неуглеродистый(1–2%С)ивысокоуглеродистый(7%С).Низкоуглеродистыйисреднеугле- родистый ферромарганец содержит 85% Мn (кроме марки ФМн2,0, в которой 75% Mn). В марке низкоуглеродистого ферромарганца цифра указывает среднее содержание углерода. Например, ФМн1,5 содержит 1,5% С. В марке высокоуглеродистого ферромарганца цифра указывает среднее содержание марганца, например ФМн75 содержит 75% Mn. В марке ферромарганца буква А означает пониженное содержание фосфора, например ФМн78А содержит 0,05% Р, буква К – пониженное содержание кремния, например ФМн78К содержит до 1% Si,букваС–повышенноесодержаниекремния,например,ФМн75АС6содержит6% Si;

феррохром (ГОСТ 4757 – 79) подразделяют на низкоуглеродистый (0,01 – 0,05% С), среднеуглеродистый (1 – 4% С), высокоуглеродистый (6,5 – 8% С) и азотированный (1 – 6% N), в марке которого присутствует буква Н. Во всех марках феррохрома содержание хрома находится в пределах 60 – 68%. В марке феррохрома цифры показывают содержание углерода, например ФХ006А содержит 0,06% С, а в марке азотированного феррохрома – содержание азота, например ФХН200А содержит 2% N. Буква С указывает повышенное содержание кремния (до 10%), а буквы А и Б на различное содержание фосфора;

ферротитан (ГОСТ 4761 – 80) выпускают двенадцати марок с содержанием гитана от 20 до 68%, например ФТи68 содержит 68% Ti. В марке ферротитана буквы А и Б указывают на содержание фосфора;

феррофосфор содержит до 18% Р.

Высокопроцентные ферроматериалы, некоторые металлы (магний, олово) и лигатуры применяют для ковшевой обработки сплава – модифицирования и легирования.

Подготовка шихтовых материалов к плавке (разделка шихты). Доменные чугуны в зависимости от размеров вагранок могут подаваться в шихту целыми чушками или раздробленными по пережимам. Высокопроцентные ферросплавы для присадки в шихту дробят в целях удобства взвешивания, для ковшевой обработки размалывают до границы необходимых размеров. Стальной лом разрезают в скрапном цехе, а чугунный лом разбивают под копром. Во всех случаях размеры кусков возврата, машинного лома и других материалов, применяемых для ваграночной плавки, не должны превышать 1/3 внутреннего диаметра вагранки во избежание зависания в шихте вагранки и нарушения процесса плавки. Следует иметь в виду, что ферросилиций с содержанием кремния более 20%, ферромарганец и ферросиликохром немагнитны, и для их транспортирования не

10

применяют магнитные шайбы.

1.3 ВАГРАНОЧНОЕ ТОПЛИВО

Топливом называют вещество, при горении которого выделяется большое количество теплоты. Эта теплота может быть использована в промышленности и быту.

По агрегатному состоянию все виды топлива делят на твердые естественные (дрова, торф, бурый и каменный уголь, антрацит и горючие сланцы) и искусственные (древесный уголь, кокс), жидкие естественные (нефть) и искусственные (бензин, керосин, мазут); газообразные естественные (природный газ) и искусственные (коксовый, доменный, генераторный газы и др.).

В основном вагранки работают на твердом топливе – коксе.

Основное количество теплоты при сжигании твердого топлива выделяется в результате горения углерода. Водород улетучивается при нагреве до 500 – 600 °С; кислород, азот, минеральные соли и влага являются балластом. Большое количество теплоты выделяется при горении серы, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как она частично переходит в металл, частично в виде SО2 остается в продуктах горения, отравляя окружающую среду. Чем больше углерода в топливе и меньше летучих веществ и балласта, тем оно полноценнее для ваграночной плавки. Наиболее пригоден для ваграночной плавки литейный кокс, получающийся в коксовых печах при сухой перегонке (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Процесс коксования состоит в том, что при нагреве до 1000 – 1100 °С из угля выделяются летучие вещества, а вся масса – "коксовый пирог" необратимо затвердевает, растрескивается, образуя куски кокса.

Топливо должно быть прочным при высокой температуре. В шахте печи раскаленная холостая колоша топлива должна выдерживать давление всего столба шихтовых материалов, при загрузке она подвергается ударной нагрузке от падающей в шахту колоши металла. Для проверки механической прочности топлива используют технологическую барабанную пробу. Отбирают пробу кокса массой 300 кг, влажностью 5%. Из пробы отсеивают фракции крупнее 60 мм, массой 150 кг. Ее делят на три части по 50 кг. Две части испытывают на прочность, для чего навеску массой 50 кг помещают в барабан диаметром 1000 мм и длиной 1000 мм и вращают в течение 4 мин с частотой 25 мин-1. После чего пробу просеивают через сито со стороной ячейки 40 мм. Остаток массы фракции на сите по отношению к первоначальной массе пробы, выраженный в процентах, является показателем М40. Остаток после просеивания на сите со стороной ячейки 10 мм (показатель М10) не должен превышать 12%.

Для определения прочности при высокой температуре кусок топлива нагревают до 900°С и бросают на металлическую плиту с высоты 600 мм. Термически стойкое топливо должно при этом расколоться не более чем на 2 – 3 куска.

11

Топливо должно иметь минимальную реакционную способность, т.е. способность восстанавливать углекислый газ до оксида углерода. Реакция взаимодействия углекислого газа с углеродом топлива протекает с поглощением большого количества теплоты, поэтому, чем полнее она протекает в зоне холостой колоши вагранки, тем меньше теплоты остается на расплавление и перегрев жидкого чугуна. Реакционную способность проверяют в лабораторных условиях. Через раздробленную навеску топлива, нагретую до 900°С пропускают углекислый газ. Количество (в процентах) восстановленной углекислоты является мерой реакционной способности: 25% – низкая реакционная способность, 25 – 50% – средняя, более 50%

– высокая.

Куски ваграночного топлива должны быть одинакового размера и соответствовать ГОСТ 3340 – 71. Размеры кусков кокса определяют условия процесса горения углерода топлива и восстановления углекислого газа и весь ход ваграночной плавки. Топливо должно быть плотным, т.е. его пористость не должна превышать 30%. Чем больше пористость, тем выше реакционная способность и ниже механическая прочность топлива. Содержание серы должно быть минимальным, не более 1,4%, так как металл, соприкасаясь с топливом и газами насыщается серой, а это ухудшает его качество.

Зольность топлива должна быть минимальной и составлять не более 10 – 12%. Зола является балластом, снижающим теплотворную способность топлива. Она уходит в шлак, увеличивая его количество, что усложняет работу печи. При этом требуется увеличенный расход флюса на ошлакованные золы.

Трещиноватость топлива должна быть минимальной. Наличие трещин на кусках кокса повышает его реакционную способность и уменьшает механическую прочность.

Ко кс л и т е й н ы й к а м е н н о у г о л ь н ы й (ГОСТ 3340 – 88) подразделяют в зависимости от содержания серы на три марки (КЛ-1, КЛ-2, КЛ-3), по размерам кусков на классы (60 мм и более, 40 мм и более. Его показатели качества приведены в табл. 1.2.

Менее качественным заменителем литейного кокса является доменный кокс восточных районов России (ГОСТ 13898 – 80), который маркируют буквами КД. Доменный кокс по своему назначению имеет высокую реакционную способность, высокую пористость, отличается меньшими размерами кусков и малой прочностью. Для ваграночной плавки требуется его большое количество.

Заменителем литейного кокса может быть литейный антрацит, который обладает значительной прочностью и термической стойкостью. Повышенное содержание серы не позволяет полностью заменять им кокс. Чаще всего используют смесь антрацита и литейного кокса.

Ваграночным топливом может служить обычный антрацит, имеющий меньшую реакционную способность и большую теплотворную способность по сравнению с коксом. Антрацит можно добавлять к коксу в определенном соот-

12

ношении, так как он растрескивается и мелкие куски запутываются в шлаке, что приводит к расстройству хода плавки.

Топливом служит и природный газ, применяемый в коксогазовых и газовых вагранках. Его широко применяют в плавильных отделениях для подогрева воздуха, розжига вагранок, обогрева ковшей и сушки желобов печи. Характеристика природных газов некоторых месторождений приведена в табл. 1.3.

Таблица 1.2

Показатели качества литейного кокса

13