книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

Из табл. 47 видно, что углерод в выплавляемом чугуне содер­ жится в пределах заданного, а кремния не хватит на одну завалку:

колошу. Недостаток кремния восполним введением ферросилиция. 1 кг доменного ферросилиция марки СиЮ содержит 0,09—0,13 кг

1 кг ферромарганца ФМн75 содержит 0,7—0,75 кг марганца. Угар марганца около 30%. Следовательно, в шихту можно давать ферро-

на 100 кг завалки.

На основании расчета шихты методом подбора можно написать состав шихты металлической завалки массой 800 кг:

Расход топлива зависит от способа плавки в вагранке и состав­ ляет 9—16% массы металлической завалки. Например, при плавке в вагранке без подогрева дутья расход кокса в литейном цехе се­ рого чугуна ЗИЛа составляет 15,5%, с подогревом дутья — 11% и на коксогазовой вагранке с подогревом дутья 9% массы завалки. Флюсы вводят в количестве 3% массы металлической завалки.

Шихту методом подбора рекомендуется рассчитывать при стан­ дартной шихте, когда она изо дня в день состоит из металлов одних и тех же марок. Для расчета же новых шихт следует пользоваться аналитическим методом.

Пример расчета шихты аналитическим методом. Аналитический метод расчета шихты заключается в составлении системы уравнений,

вкоторых неизвестными являются содержания элементов в шихте

ичугуне. Для упрощения расчета задаются значениями двух или трех неизвестных.

Допустим, что в отливках необходимо получить 1,9% Si и 0,65%

Мп. В вагранке угар кремния примем равным 10% и марганца 20%. Тогда с учетом угара в шихту необходимо ввести кремния и мар-

261

ганца:

Допустим, что шихту надо приготовить из четырех сортов ме­ талла, химический состав которых по кремнию и марганцу приведен в табл. 48. В шихте возврат собственного производства составляет 40%, металлическая шихта из трех сортов доменных чугунов — 60 %.

Для того чтобы убедиться, что можно составить шихту из ком­ понентов, приведенных в табл. 48, предварительно выясним воз­ можность получения требуемых содержаний кремния и марганца.

Среднее содержание кремния в доменных чугунах

s . = 2,1 + 2 .3 + 2,2, = 2|2% i

а в ломе 2,0%, откуда среднее содержание кремния в 100 кг шихты

Для нахождения неизвестных величин х, у и z составляем три уравнения, причем массу шихты при расчете принимаем равной 100 кг. Тогда содержание компонентов в процентах будет равно их массе в килограммах.

Таким образом, первое уравнение

* + (/-1-2 + 4 0 = 100 или * + # + г = 100 — 40 = 60.

Второе уравнение для кремния

1,1* + 2,3(/ + 2,2г + 40 ■2,0 =100-2,1

или

l,l* + 2,3(/ + 2,2г = 2 1 0 -8 0 = 1 3 0 .

2 6 2

Таким образом, для расчета шихты из двух составляющих имеем систему линейных уравнений с двумя неизвестными х и у:

Эту систему уравнений можно решить графическим способом.

Таким образом, точка С, которая отвечает составу рассчитывае­ мой шихты (по кремнию), делит отрезок между составляющими шихты на части, обратно пропорциональные количествам составляю­ щих.

Для расчета количества составляющих шихты возьмем отрезок DE (рис. 167, б), на котором в произвольном масштабе от точки D строим равномерную шкалу, численно равную 100%. Через точку D проводим прямую DM наклонно под произвольным углом ос к DE, а через точку Е — прямую EN, параллельную прямой DM (ос при­ нимается в пределах 40—80°).

Если на прямой DM отложим отрезок DB, равный ВС (рис. 167, а), а на прямой EN — отрезок ЕА — АС, а затем соеди­ ним точки В и А, то точка F пересечения этой прямой с DK опреде­ лит процентное содержание составляющих в шихте.

264

Величина отрезка DF будет соответствовать количеству х лома А, а величина отрезка FE — количеству у чугуна Б.

Треугольник BDF подобен треугольнику AEF. Следовательно,

Аналогично можно определить и содержание других элементов в шихте. Если при проверочном расчете обнаружится несоответ­

0,55% Мп, 0,7% Р, до 0,1% S.

По опытным данным цеха, угар кремния составляет 15%, мар­ ганца 20%, пригар серы 40% из топлива. На прямой, приняв за

И т о го : . . 100 — 0,70 — 0,70 — 0,0630

265

единицу масштаба 1 см = 0,1% Si, наносим точки А, В, С (рис. 168, а), соответствующие содержанию кремния в машинном ломе,

Данные проверочного расчета содержания элементов, которые не были определены при расчете элементов, составляющих шихту, приведены в табл. 49. По данным табл. 49, найденное содержание принятых составляющих шихты обеспечивает получение чугуна заданного химического состава.

Г Л А В А 111

ПЛАВКА ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Чугун плавят в вагранках, пламенных печах и электрических печах. Плавильные печи должны обеспечивать получение металла заданного химического состава, малый угар металла и минимальное насыщение его вредными примесями, низкий удельный расход топ­ лива, использование газового н местного топлива.

Литейные печи должны быть приспособлены к режиму работы цеха и иметь максимальную производительность. Наибольшее при­ менение для плавки чугуна нашли шахтные печн-ваграики.

Вагранкой называется шахтная печь, служащая для расплавле­ ния и перегрева чугуна. Она проста по устройству п обслуживанию, требует небольшого расхода топлива, производительность ее 500—25 000 кг/ч жидкого чугуна. ■

По виду используемого топлива вагранки подразделяются на обычные, работающие на коксе (или термоантраците); коксогазовые, работающие на коксе и природном газе, и газовые. В вагранке во время плавки можно менять шихту и получать чугун желаемого химического состава с температурой на желобе до 1450° С.

Устройство вагранки (рис. 169). Вагранки состоят из опорной части, шахты, дымовой трубы с искрогасителем, фурменного уст­ ройства и копильника. Стальной кожух 9 вагранки изнутри выложен огнеупорным материалом. Шахта является главной частью вагранки;

вней происходят два основных процесса плавки: сгорание топлива

иплавление чугуна.

Вверхней части шахты находится окно 10 для загрузки в ваг­ ранку шихты. Шахту-от пода до загрузочного окна выкладывают из огнеупорного кирпича 8 в два ряда толщиной до 250 мм; от загрузоч­ ного окна шахта на высоту 1 м футеруется пустотелым чугунным кирпичом 12. Выше завалочного окна вагранка футеруется в один ряд шамотным кирпичом на «плашку».

266

Рис. 169. Вагранка с копильником

267

Толщина стального кожуха вагранки в зависимости от ее диа­ метра составляет 6—12 мм. Для свободного расширения футеровки во время плавки чугуна между кожухом и футеровкой имеется зазор 25—50 мм, заполненный песком 13. Шахту устанавливают на подо­ вую плиту 4 и колонны 3. Отверстие в плите 4 закрывают откидным днищем, состоящим из створок 1 и 2. Через рабочее окно 6 нижнюю часть шахты набивают наполнительной смесыо 14 слоем 100— 300 мм. Набивной под —лещадь имеет уклон в сторону чугунной летки 15. Рабочее окно 6 на время плавки закладывают огнеупорным кирпичом, забивают формовочной смесью и закрывают дверцей. Летка 16 для выпуска шлака расположена выше уровня металла в копильнике.

Нижнюю часть шахты от пода до первого ряда фурм называют г о р н о м. Во время работы вагранки горн и часть шахты запол­ нены раскаленным коксом. Этот слой кокса называют холостой колошей. На холостую колошу загружают из бадьи 11 отдельными порциями (слоями) м е т а л л и ч е с к у ю к о л о ш у : чугун, лом, стальной скрап, а также кокс, называемый т о п л и в н о й

к о л о ш е й .

Известняк загружают после каждой рабочей колоши кокса. Хо­ лостая колоша высотой 700—800 мм перекрывает фурмы 5. Воздух в фурмы поступает из фурменной коробки 7. Для полного сгорания топлива и интенсификации плавки фурмы устанавливают в несколько рядов. Холостая колоша поддерживает в ходе процесса уровень пояса плавления на определенной высоте.

Высота горна (расстояние от пода до нижнего ряда фурм) за­ висит от диаметра вагранки и составляет 150—300 мм. В вагранках без копильника высота горна определяется объемом жидкого чу­ гуна, который необходим для заливки форм в промежутках между выпусками. Высота горна в таких вагранках составляет 400— 700 мм.

Полезной высотой шахты вагранки называют расстояние между нижним рядом фурм и порогом загрузочного окна. Чем выше ваг­ ранка, тем длиннее путь газов между кусками металлической за­ валки, тем лучше прогревается шихта. Однако очень высокие шахты способствуют зависанию шихты и повышению сопротивления движе­ нию газов в вагранке.

В чрезмерно низких вагранках колошниковые газы, наоборот, имеют высокую температуру и требуют большого расхода топлива на плавку металла.

Через дымовую трубу вагранки продукты горения топлива удаляются из шахты наружу. Труба заканчивается искрогаси­ телем 18, который улавливает раскаленную пыль, искры, вы­ брасываемые из трубы, и предохраняет от пожара соседние поме­ щения.

Искрогасители бывают сухие и мокрые. В современных вагран­ ках в соответствии с требованиями охраны воздушного бассейна кроме искрогасителей устанавливают газоочистители.

268

Вагранка — плавильный агрегат непрерывного действия. В ней расплавляется 6—10 колош в 1 ч. По мере того, как металл расплав­ ляется и уровень шихты опускается, в вагранку непрерывно за­ гружают новые колоши. Полученный жидкий чугун выпускают через летку 17 непрерывно или через небольшие промежутки вре­ мени (8—10 мин).

Подготовка вагранки к плавке. Перед плавкой производят те­ кущий ремонт вагранки. Различают три вида ремонта: случайный, текущий и капитальный.

С л у ч а й н ы й р е м о н т производят при аварии (обвал части футеровки во время плавки, прогрев кожуха вагранки, за­ мерзание летки и т. п.). К а п и т а л ь н ы й р е м о н т произ­ водят при замене футеровки шахты вагранки от подовой плиты до загрузочного окна, а также при замене футеровки дымовой трубы и искрогасителя. При капитальном ремонте, если необходимо, ре­ монтируют кожух вагранки, воздухопровод, фурменную коробку и искрогаситель. Капитальный ремонт производят 1—2 раза в год, после продолжительной работы вагранки. Текущий ремонт вагранки производят после каждой плавки: он заключается в частичной или полной замене шахты в поясе плавления, зоне фурм и горне ваг­ ранки. Объем текущего .ремонта зависит от качества огнеупорных материалов, длительности плавки в вагранке, а также от качества предыдущего ремонта. Чем продолжительнее плавка, тем быстрее разрушается футеровка. Продолжительность плавки зависит от потребности цеха в жидком чугуне. Вагранку после плавки охла­ ждают естественной тягой воздуха, для чего открывают фурмы и дверцы днища, а загрузочное окно закрывают. Не рекомендуется охлаждать футеровку водой, так как резкое охлаждение приводит к растрескиванию огнеупорного кирпича и тонкого слоя гарнисажа на поверхности футеровки. Охлаждение футеровки вагранки уско­ ряют продувкой шахты воздухом. Оставшиеся после плавки ма­ териалы (чушки чугуна, лома, куски топлива) убирают из-под вагранки.

При продолжительности плавки от одной до двух смен футеровка сильно выгорает и во время ремонта пояса плавления выгоревшие кирпичи заменяют новыми. Футеровка в поясе плавления почти полностью выгорает, если продолжительность работы вагранки более 30 ч. В этом случае выкладывают новым кирпичом не только пояс плавления, но и фурменную зону.

Вместо кирпичной футеровки часто применяют набивную массу из 80—85% кварцевого песка, 20—15% огнеупорной глины и 6—8% воды. Эту смесь хорощо перемешивают в бегунах в течение 5—10 мин. Для увеличения прочности смеси по-сырому в воду до­ бавляют жидкое стекло (1 кг на 1 л воды). Набивная футеровка более стойка по сравнению с кирпичной футеровкой.

Во время ремонта копильник сначала очищают от остатков чу­ гуна и шлака. Затем очищают нижнюю часть копильника и ремон­ тируют летку, шлаковое отверстие и канал, по которому чугун из

269