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

в колошниковом газе С02, СО и 0 2 судят об эффективности горения топлива. Лучшим показателем, определяющим полноту горения, является С02 — продукт полного сгорания. Поэтому при контроле ваграночных газов за основу берется С02, количество которого в хорошо работающей вагранке должно быть 13—15%. Состав колошниковых газов определяют газоанализаторами. Состав отхо­

дящих газов может колебаться в широ­

ч,угуна будут низкими. Пробы берут также для проверки эффек­ тивности модифицирования чугуна. Клин разбивают и по излому судят о качестве чугуна. Обычно острие клина в изломе имеет отбел.

Г Л А В А I V

ПЛАВКА ЧУГУНА В ПЛАМЕННЫХ

И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧАХ§

§1. ПЛАВКА В ПЛАМЕННЫХ ПЕЧАХ

Пламенные печи применяют в тех случаях, когда необходимо выплавить чугун с низким содержанием углерода (ниже 2,8%) и переплавить одновременно большое количество крупногабаритного лома.

Пламенные печи применяют для плавки ковкого чугуна и чу­ гуна для крупных прокатных валков.

Пламенные печи стационарного типа строят емкостью до 80 т. На рис. 185 приведена пламенная печь для работы на мазуте. Кожух

290

пламенных печей собирают из литых чугунных плит, укрепленных стойками. Под набивают смесью, состоящей из 92—94% кварцевого песка и 6—8% огнеупорной глины, по кирпичной кладке. Свод печи состоит из отдельных съемных арок /. Для загрузки крупного лома в печах большой емкости свод делают съемным. Пламенная печь имеет топку для сжигания мазута. Форсунки вставляют в от­ верстия топки. Пламя от форсунки 2 направляют в рабочее прост­ ранство 4 печи. Воздух, необходимый для горения топлива, подается по трубопроводу. В самой нижней точке ванны сделана летка 3, через которую готовый чугун выпускают в ковш.

Продукты горения поступают в рабочее пространство 4, где на поду находится шихта, загруженная через окно 5. В начале плавки пламя стелется по поверхности твердых кусков шихты и посте-

Дополнительный воздух

Рис. 185. Пламенная печь для плавки чугуна

пенно оплавляет нх. Дверцы 6, служащие для ремонта и чистки трубы, во время плавки закрывают или заделывают. Пламенные печи работают на твердой и жидкой завалке. Например, на твердой завалке плавят чугун для прокатных валков.

Легкоплавкие шихтовые материалы следует загружать на под печи, ближе к заднему порогу; крупные же куски и тугоплавкие материалы загружают сверху, ближе к пламени. Шихтовые матери­ алы не следует загружать плотно. Шихту рекомендуется плавить коротким пламенем, а во время доводки чугуна по химическому составу — длинным пламенем, покрывающим всю поверхность ванны.

Угар элементов чугуна (кремния, марганца и углерода) зави­ сит от следующих факторов: 1) продолжительности плавки: чем продолжительнее плавка, тем угар больше; 2) температуры в печи: чем выше температура, тем больше угар; 3) поверхности шихты: с увеличением поверхности угар увеличивается; 4) содержания углекислого газа в атмосфере печи; кислорода, закиси железа и марганца в шлаке: чем их больше, тем угар больше; 5) глубины ванны: чем меньше глубина ванны, тем больше угар.

При замедленной плавке и повышенном содержании закиси же­ леза способность валков к отбелу уменьшается. Присадку в чугун

ферросилиция и ферромарганца следует вводить не в печь, а в ковш, чтобы исключить угар ферросплавов. Для предупреждения восста­ новления кремния из шлака в чугун (когда шлак сильно перегре­ вают и содержание кремнезема в нем более 55%) следует удалять шлак и посыпать поверхность чугуна мелким известняком или доломитом. Легирующие же элементы в чугуне (хром,- никель и др.) ведут себя так же, как и при плавке в вагранке. Угар металла в пламенной печи составляет 5—7% массы шихты. Нормальный состав шлаков: 45—55% Si0.2; 5—20% А130 3; 15—25% (FeO -f Fe„03); 10—25«о МпО и 5—25% (CaO + MgO).

Для ошлакованпя примесей применяют флюсы, состоящие из 3—6% плавикового шпата или магнезитового порошка и 6—12% мартеновского шлака.

Общее количество шлака при плавке составляет 6—8% массы чугуна. С целью улучшения качества валков рекомендуется произ­ водить раскисление шлака во время плавки в пламенной печи. В качестве раскислнтеля применяют-смесь, содержащую в опреде­ ленной пропорции молотый ферросилиций, дробленый ферромарга­ нец, молотый кокс, плавиковый шпат, магнезитовый порошок. На под печи засыпают 0,4—0,5% смеси от массы садки и по ходу плавки

0,2—0,3%.

Оптимальная температура перегрева нелегированного чугуна для валков 1370—1390°С, а легированного чугуна при выпуске

1410—1420° С.

В случае использования в шихте высококремнистого лома для увеличения производительности печи рекомендуется продувать чугун кислородом. Кислород вводят под давлением 12—15 ат с помощью специальной фурмы, погруженной в чугун на 100—

обычно соединяют желобом. В этом случае чугун выпускают из

происходит угар элементов чугуна: на 15—20% С, на 5—10% Si и на 10—20% Mri, количество серы и фосфора не изменяется. Кроме того, добавляют стальной лом, чугун и ферросплавы. Для раскис­ ления во время заливки в ковш в струю чугуна вводят присадку

0,02—0,04% А1.

Емкость пламенной печи должна быть примерно в 2—2,5 раза больше часовой производительности вагранки. Пламенную печь разогревают за 1 ч до выпуска чугуна из вагранки и за 2,5—3 ч до заливки чугуна в форму. Печь нагревают до заливки в нее чугуна до 1400° С. Нагрев чугуна вместе с заполнением и доводкой в печи длится 1,5—2 ч. Расход мазута на плавку чугуна составляет 22—25% массы металлической садки при работе на твердой завалке и 10—15% на жидкой завалке. Продолжительность плавки на твердой завалке зависит от емкости печи и составляет 7—10 ч.

292

§ 2. ПЛАВКА В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ

Электрические печи начинают широко применять в литейных цехах для получения качественного жидкого чугуна. Их исполь­ зуют как самостоятельные плавильные агрегаты, а также при дуплекс-процессе вагранка + электропечь, электродуговая печь

+индукционная печь.

Электродуговые печи применяют для плавки чугуна для отли­

вок ответственного назначения, особенно тонкостенных и сложной конфигурации, легированных чугунов, а также для высокого пере­ грева модифицированного и высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Электроплавка имеет ряд преимуществ: низкий угар элементов, возможность получения более точного состава чугуна с меньшим количеством вредных примесей, высокий перегрев, лучшие санитарно-гигиенические условия плавки, большую воз­ можность механизации и автоматизации, а также регулирования процесса плавки.

Плавку можно вести на твердой и жидкой завалке. Электроду­ говые печи работают на переменном токе (12 500 А), рабочее напря­ жение 105—130 В, емкость их 1500—5000 кг и более (до 40 т). Электродуговые печи работают с основной и кислой футеровкой. Наибольшее применение нашли электродуговые печи с кислой футеровкой. В этих печах стойкость футеровки большая, ее стои­ мость низкая, меньше удельный расход электроэнергии, электродов и меньше продолжительность плавки. Электродуговые печи с ос­ новной футеровкой применяют для плавки легированных чугунов с высоким содержанием алюминия (так как алюминий энергично восстанавливает кремний из двуокиси кремния и разрушает кис­ лую футеровку печи), марганца и хрома, а также с незначительным содержанием серы до 0,04% и др.

Устройство электродуговой печи. Как правило, кожух совре­ менных электродуговых печей изготовляют сварным. Верхнюю часть печи перекрывают съемным сводом. Каркас свода выполняют свар­ ным из листовой или угловой стали. Свод имеет три отверстия для установки в рабочее пространство течи электродов (угольных или графитовых). Диаметры отверстий в своде должны быть на 40—50 мм больше диаметра электродов. Зазор между электродами и огнеупор: ной кладкой свода перекрывают уплотняющими кольцами, которые охлаждают водой (холодильниками).

Ширина рабочего (загрузочного) окна обычно составляет 0,3 диаметра плавильного пространства, а высота — 0,8 ширины окна. В печах с загрузкой шихты через свод ширину рабочего окна при­ нимают равной 0,25 диаметра плавильного пространства. Диаметр выпускного отверстия 120—150 мм.

Ток подводится к электродам по электрододержателям, кото­ рые перемещаются по вертикали со скоростью 0,8—1,0 м/мин. Печь наклоняется плавно без рывков в сторону сливного желоба на угол 40—45° и на угол 10—15° в сторону рабочего (загрузочного) окна

293

для скачивания шлака. Скорость наклона печи зависит от ее емко­ сти. Например, скорость наклона печен емкостью 10—20 т состав­ ляет 1—1,2 град/с, а емкостью 20 т — 0,7—0,9 град/с. Для наклона в печах небольшой емкости устанавливают боковой механизм, а в печах большой емкости — нижние механизмы. Шихту загружают сверху через съемный отходящий в сторону свод или выводимую из-под свода печь.

Футеровку печи выполняют, при основном процессе магнезито­ вым кирпичом, который обычно укладывают на слой теплоизоля­ ционного кирпича; при кислом процессе — динасовым кирпичом.

(ГОСТ 1566—71), а затем футеруют смесью, состоящей из огнеупор­ ной массы (52% кварцевого песка, 26% огнеупорной глины, 22% воды). Ванну и стены футеруют динасовым кирпичом. При этом оставляют зазор между кожухом печи и футерозкой 50—60 мм, ко­ торый засыпают порошком динасового кирпича. Кладку печи про­ изводят в сухую перевязку.

Перед набивкой кирпичную кладку пода просушивают газом или дровами в течение 3—5 ч. Золу и остатки дров удаляют, после чего футеровку смазывают жидким стеклом, насыпают смесь (из 92—94% кварцевого песка и 6—8% жидкого стекла) и набивают слоями толщиной 20—30 мм. Перед набивкой следующего слоя смеси на предыдущем слое делают насечку и смазывают его жидким стеклом для лучшего соединения слоев пода, набивают откосы.

После набивки пода и откосов печь накрывают сводом и под сушат дровами или газом в течение 3—4 ч, затем забрасывают кокс и усиливают горениевдуванием сжатого воздуха.

Если в электродуговой печи плавили чугун, то производят горячий ремонт печи. После выпуска чугуна из печи сливают ос­ татки его и шлака из ванны, а затем наваривают под и откосы огнеупорной ' массой указанного выше состава. При наросшем поде перед наваркой для разъедания наростов на него насыпают плавиковый шпат.

Плавка чугуна. В электродуговой печи плавку можно произво­

с науглероживателем на под укладывают крупные куски стального лома, затем их засыпают коксом, древесным углем или же элект­ родным боем и известью (или известняком при плавке в печи с ос­ новной футеровкой).

При пуске печь включают на «звезду» примерно на 5 мин до получения устойчивого контакта электродов с шихтой. В период плавления чугуна печь переключают на «треугольник» и плавку

294

29 5

ведут на максимальной мощности печи под слоем шлака. Для со­ кращения длительности расплавления необходимо своевременно сталкивать шихту с откосов и порога, не допуская образования мостов.

После расплавления нагревают ванну, удаляют шлак, на поверх­ ность ванны насыпают науглерожпватель (электродный бон) кус­ ками размерами не более 50 мм и тщательно перемешивают. После окончания науглероживания в ванну вводят в кусках ферросили­ ций и ферромарганец; чугун нагревают до необходимой температуры и выпускают.

Расход науглерожпвателя составляет 5— 10°6 массы лома и зависит от степени усвоения углерода. Степень науглероживания зависит от природы науглерожпвателя п содержания в нем золы. Наилучшим является электродный бой. С повышением основности шлака, температуры и при перемешивании ванны степень наугле­ роживания чугуна увеличивается. При переплавке чугуна в за­ валку добавляют 0,3—0,4% науглерожпвателя для компенсации небольшого угара углерода в период плавления. Угар остальных элементов в чугуне незначительный.

Чугун переплавляют под кислым или основным карбидным шлаком. Кислый шлак состоит из 80% Si02 и 20"о СаО, а карбид­ ный из 60% СаО, 25% CaF2 и 1596 молотого кокса. Состав конечного шлака при кислой футеровке: 55—65% SiO.,; 5—25% СаО; 1—3% A\gO; 5—10% FeO; 3—7% МпО и 5—10% A1X)3 и при основной футеровке 15—2098 SiO.,; 50—60% СаО; 10—15% MgO; 1—29о FeO; 1—2% МпО; 5—8% А130 3 и 2—3% CaF3.

Особенности плавки на жидкой завалке. Плавку чугуна в электродуговых печах осуществляют периодически пли непрерывно. Белый чугун для ковкого чугуна плавят в электродуговой печи с кислой футеровкой. Выплавленный в вагранке чугун за час —

того, чтобы к началу смены печь была заполнена и чугун подогрет до требуемой температуры. По мере выдачи чугуна печь регулярно пополняется жидким чугуном из вагранки. Чугун в печи должен занимать не менее 70% ее емкости. Температура чугуна при заливке в электродуговую печь 1350—1380° С. Печь работает при напря­ жении 80—100 В. Для быстрого нагрева чугуна печь переключают на 5—8 мин на работу при повышенном напряжении 120—130 В.

В процессе плавки необходимо следить за тем, чтобы не было срыва пода, происходящего при чрезмерном перегреве чугуна. При срыве пода образуется густой шлак и «отсер», т. е. выделение из белого чугуна графита.

В случае недостатка кремния и марганца в жидкий чугун вво­ дят ферросилиций (ФС45 или ФС75) и ферромарганец, а для умень­ шения содержания углерода — стальные обрезки. После доводки чугуна по составу и при температуре до 1460—1550° С чугун выпус­ кают из электродуговой печи.

296

Угара примесей в электродуговых печах практически не про­ исходит.

После окончания плавки все остатки чугуна и шлака необходимо удалить из печи и под печи тщательно заправить кварцевым песком.

Для образования шлака в кислую печь на ванну жидкого чу­ гуна добавляют кварцевый песок и частично отработанную смесь; шлак разжижают известью. Химический состав шлака, по данным

серого—60% SiO,; 3% СаО; 2% MgO; 10% МпО; 15—18% (FeO+ -г Fe30 3); 10% А1,03. Шлак удаляют из печи по мере его накопления.

При плавке на жидкой завалке в электродуговой печи с ос­ новной футеровкой после заполнения печи удаляют ваграночный шлак, затем добавляют стальной лом и ферросплавы и наводят карбидный шлак. По мере нагрева чугуна в печь подают известь, шпат и молотый кокс для образования карбидного шлака: 6 частей извести, 2 части шпата и 1 часть кокса с таким расчетом, чтобы количество шлака составляло 20—30 кг на 1 т жидкого чугуна. Чугун под шлаком выдерживают до получения необходимого коли­ чества серы и необходимой температуры.

При плавке высокопрочного чугуна с низким содержанием серы карбидный шлак наводят дважды. Для уменьшения содержания углерода и кремния в жидком чугуне производят присадку сталь­ ного лома (с 0,25% С и 0,25—0,3% Si), количество которого зависит от исходного и требуемого содержания элементов в чугуне. При расчете потребного количества стального лома пренебрегают наугле­ роживанием чугуна от электродов.

При недостаточном содержании кремния в жидкий чугун вво­ дят 45%-ный ферросилиций. Массу последнего определяют в зави­ симости от исходного и требуемого содержания кремния, при этом необходимо учитывать угар кремния, равный 15% его содержания в ферросилиции. Можно вместо 45%-ного ферросилиция применять 75%-ный ферросилиций, но при этом необходимо уменьшить его количество в 1,6 раз.

Продолжительность плавки чугуна в печи с основной футе­ ровкой увеличивается на 30—40 мин, удельный расход электро­ энергии повышается на 30—60 кВт-ч/т и увеличивается расход электродов по сравнению с плавкой в печи с кислой футеровкой.§

§3. ПЛАВКА В ИНДУКЦИОННЫХ ТИГЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Всоответствии с Директивами XXIV съезда КПСС, 9-м пяти­ летним планом развития народного хозяйства нашей страны пре­ дусматривается широкое внедрение в практику литейных цехов ма­ шиностроительных заводов плавки чугуна в индукционных печах.

Индукционные печи применяют для плавки чугуна на твердой завалке, а также для подогрева чугуна и доводки его до необхо­ димого состава.

297

Индукционные печн основаны на принципе, при котором электро­ магнитное переменное поле индуцирует вихревые токи в металле. При этом в металле электрическая энергия переходит в теплоту, количество которой зависит от электросопротивления шихты. Если в печь загружают металлический лом, стружку или другие мелкие отходы металла, то вихревые токи вследствие больших переходных сопротивлений образуются между отдельными части­ цами загружаемого металла. Поэтому чем меньше загружаемые куски, тем больше должна быть частота тока, питающего индуктор,

Рис. 187. Тигельная индукционная печь:

/ — индуктор; 2 — тигель; 3 — механизм поворота печи; 4 — ковш; 5 — крышка

для быстрого расплавления шихты пли величина силы тока. Из­ вестно, что чем выше частота тока при прочих равных условиях, тем легче начать плавку на холодной шихте. Питание индукцион­ ных печей осуществляется токами промышленной частоты 50 Гц и токами повышенной частоты 50—107 Гц.

Основными преимуществами индукционных печей являются чистота источника теплоты, низкий угар (угар до 5% С, до 5% Si, до 10% Мп), общий угар металла не превышает 2—3%, возможность использования небрикетированной стружки и улучшения гигиени­ ческих условий труда.

, В литейном производстве применяют индукционные печи без сердечника и с сердечником. Наибольшее распространение полу­

2 9 8

Индуктор выполняют в виде многовптковой цилиндрической однослойной спирали нз полой и водоохлаждаемой медной трубки; питающее напряжение подается на концы индуктора. Индуктор охлаждается водой. Такие печи широко применяют для плавки чугуна, стали п цветных сплавов. Большое распространение в про­ изводстве получили высокочастотные вакуумные печи для выплавки сталей с низким содержанием газов и вредных примесей. В послед­ нее время широко внедряют в производство индукционные печи тигельного типа промышленной частоты, емкостью 5—30 т жидкого металла.

стью 40 т, 60 т п более с тремя отъемными индукторами в'дуплекспроцессе используют с вагранкой и мартеновской печью. Футе­ ровку в таких печах заменяют приблизительно после выпуска 200—300 т стали. Футеровка печей набивная и преимущественно кислая. Исходными материалами для набивки футеровки являются 48 6 по объему кварца (с величиной зерна 15—5 мм и содержанием не менее 95% Si02 и минимальным содержанием А120 3; Fe20 3; СаО и MgO), 50% молотого пылевидного кварца КП-3 (с величиной зерна не более 1,5 мм) и 1,8% борной кислоты. Перед употреблением кварц сушат при 250— 150° С и просеивают через сито. Молотый кварц п борная кислота должны быть сухими. Борную кислоту просеивают через спто с ячейками 0,5 мм. Футеровочиую массу приготовляют в сухом состоянии в смесителе. Приготовленную смесь просеивают через сито с ячейками 5 мм. Смесь необходимо быстрее употреблять для набивки, так как борная кислота погло­ щает влагу (время хранения приготовленной смеси должно быть не более 15 ч).

Перед набивкой футеровки тигля необходимо осмотреть и опро­ бовать механизм наклона печи, проверить крепление индуктора катушки, а также проверить индуктор под заданным давлением воды с целью выявления возможных дефектов (течи, засорения и т. д.).

Перед плавкой необходимо осмотреть дно тигля, обмазку между витками индуктора и все места между деревянными перекладинами и асбестом; повреждения обмазки между витками замазать пастой (ее состав: три части глиноземистого цемента; одна часть сухого песка; одна часть молотой глины). Составляющие пасты необхо­ димо тщательно перемешать и добавить воду до консистенции гус­ той сметаны. Обложить внутреннюю часть индуктора асбестовым листом толщиной 3—5 мм. Затем выложить дно тигля асбестовым листом общей толщиной 6—10 мм и на дно засыпать просеянный через сито с размером ячеек 2 мм мелкозернистый кварцевый поро­ шок. Набивку тигля произвести трамбовкой слоями 50—70 мм. Перед набивкой следующего слоя смеси предыдущий разрыхлить на глубину 5 мм, чтобы получить плотную связь, отдельных слоев. На уплотненный под установить шаблон из листового железа,

2 9 9