книги из ГПНТБ / Грачев В.А. Современные методы плавки чугуна

Еще одна причина, по которой футеровка тигля может выйти из строя, — образование так называемого моста над металлическим расплавом при забрасывании в печь большого количества мелкой шихты. Из-за образовавшегося моста температура металла под ним значительно повышается, попытка же расплавить мост посредст­ вом резкого увеличения потребляемой печью мощности приводит к

футеровки в тоннах выплавленного металла 400—600 т (расход футеровочиой массы 3—5 кг/т); при плавке черносердечного ковкого чугуна — 600—900 г (расход формовочной массы 2—3 кг1т); при плавке белосердечного ковкого чугуна — 400—600 т (расход футе-

Поскольку прорыв металла сквозь футеровку может привести к повреждению индуктора печи, необходимо контролировать целост­ ность футеровки тигля. Для этого применяется устройство, прин­ ципиальная схема которого рассчитана на срабатывание устройст­

года эксплуатируются электропечи LED-12 фирмы ASEA. Вначале их футеровку выполняли из шведского кварцита [119]. Стойкость футеровки составляла от 221 до 309 плавок.

С целью замены шведского кварцита и борного ангидрида были проведены опытные плавки с отечественными материалами (перво-

шая добавка борного ангидрида, а именно 0,5—1,0%, так как при содержании его более 1,0% наблюдается интенсивное разрыхле­ ние, сопровождающееся снижением кажущейся плотности и пре­ дела прочности при сжатии массы. При оптимальной добавке бор-

202

ного ангидрида масса из первоуральского кварцита не уступает по свойствам шведской массе.

Тигель, изготовленный из первоуральского кварцита, прорабо­ тал 321 плавку, т. е. несколько больше, чем лучшие образцы, из­ готовленные из шведского кварцита.

Однако кварцитовые футеровки обладают рядом недостатков: неравномерностью термического расширения, невысокой теплопро­ водностью, изнашиванием за счет кремнийвосстановительных реак­ ций [109]. Эти недостатки кварцитовой футеровки обусловливают необходимость поиска более универсальных, стойких и недефицит­ ных материалов. Так, применение плавленной кристаллической из­ вести дает положительные результаты при получении высококаче­ ственного чугуна с низким содержанием серы и кислорода [120]. Футеровка из 70% магнезита, 30% рукораля и 0,1% борной кисло­ ты способствует пониженному угару легирующих элементов (Мп, Сг, Ti и др.) и снижению шлаковых включений. Разнообразие состава и свойств набивных масс марки «Radanit», используемых

Анализ теплофизичеоких, химикоминералогических и огнеупор­ ных свойств различных материалов, изделий и набивных масс по­ казывает [109], что весьма высокими свойствами в отношении тер­ мостойкости, огнеупорности и шлакоустойчивости применительно к условиям выплавки чугуна в индукционных печах обладают высо­ коглиноземистые материалы.

Теплофизические свойства таких материалов, как муллит и ко­ рунд, позволяют противостоять трещинообразованию и сохранять постоянство объема.

Набивная высокоглиноземистая футеровка испытывалась в про­ мышленном масштабе на индукционных тигельных печах отечест-

203

венной конструкции типа ИЧТ-6, установленных на заводе «Водоприбор». Тигли этих печей набивались сухой массой, состоящей из 35—40% электроплавленного корунда, 60—65°/0 дистен-силлимани- та и 1,0—1,5% борной кислоты.

При выплавке синтетического серого чугуна на отходах динамной и трансформаторной стали футеровка выдерживает 800-тон­ ный проплав металла за кампанию и обеспечивает надежную ра­ боту печей. За 2 года эксплуатации печей не было зарегистрирова­ но ни одного случая сквозного размыва тигля аналогично тому, что имело место при кварцитовой футеровке. При этом чугун подвер­ гался высокотемпературной обработке при 1500—1550°С, а печи в конце недели, как правило, полностью опорожнялись в связи с пя­ тидневным режимом работы цеха.

Существенным достоинством футеровки является и то, что она поставляется в готовом для употребления виде и не требует раз­ мола, просеивания и прокалки. Преимущества использования при­ родных видов сырья, в частности минералов силлиманитной груп­ пы, и значительные залежи его в СССР делают этот материал пер­ спективным для футеровок индукционных плавильных печей. Ра­ бота [109] показала целесообразность применения высокоглинозе­ мистой футеровки для индукционных тигельных печей.

Изысканием новых видов огнеупоров и новых способов изготов­ ления футеровок с целью увеличения срока их службы широко занимаются и за рубежом [121 —134].

Серия опытов [121], проведенных в ФРГ, по увеличению стой­ кости кварцитной футеровки позволила выработать мероприятия по увеличению стойкости футеровки тигельных индукционных пе­ чей:

1. Увеличение толщины футеровки днища тигля с 280 до 350 мм.

с 1550° до 1600°С (на 60—80°С выше рабочей температуры), что способствует оптимальному спеканию относительно тонкого слоя массы (20—30 мм), препятствующего проникновению шлака и ме­ талла в футеровку. Содержание 1,6% борной кислоты в днище тигля при увеличении температуры спекания обеспечило большую глубину спекания и, следовательно, большую устойчивость к меха­ ническим воздействиям.

3. Увеличение конуса тигля на 100 мм при сохранении размеров дна. Поскольку нижняя часть футеровки испытывает большее воз­ действие ванны, то футеровка в целом изнашивается более равно­ мерно.

4. Регулировка процесса на определенный состав шлака. Особенно сильное разрушение футеровки производят окислы

тяжелых металлов (свинец, цинк), попадающие в печь со скрапом.

204

Температура плавления силиката свинца 720—760°С, а Силиката цинка 1430°С.

Кислая кварцитная футеровка с борной кислотой сильно разъ­ едается закисью железа FeO. Поэтому в зарубежной практике стараются снизить ее содержание в металле. Рекомендуется умень­

расход ферросилиция на раскисление чугуна в ковше и снизить рас­ ходы на футеровку печи на 48% за счет повышения ее стойкости [122].

Вдругих источниках рекомендуется вводить в формовочную огнеупорную массу 1,8% борной кислоты для смеси, идущей на фу­ теровку верхней части тигля, и-1,6% — для смеси, идущей на футе­ ровку днища. Отмечается, что в результате этого стойкость тигля была доведена до 99—104 рабочих дней (против 40—45) при рас­ ходе огнеупорной массы 1,03—1,06 кг/т чугуна [123]. Большая часть печей в ЧССР работает на кислой футеровке, изготовленной из массы на основе двуокиси кремния, выпускаемой в ЧССР под на­ званием «Сурацит». В качестве опекающей добавки в литейных це­ хах ЧССР также применяют борную кислоту. Оптимальную вели­ чину добавки борной кислоты определяют опытным путем на каж­ дом заводе. Чаще всего она составляет 1,5—2,5% [124].

Внастоящее время за рубежом уделяется большое внимание футеровке индукционных печей (в частности, тигельных) из кирпи­ чей. Кирпичная футеровка может класться без цемента, и это не приводит к уменьшению объема футеровки при ее разогреве. Кроме того, кирпичи изготовляются при тщательном контроле, поэтому вероятность появления дефектов в кирпичной футеровке намного меньше, чем при футеровке методом формовки. Кирпичная футе­ ровка более однородна, имеет меньшую пористость. Это благопри­ ятно сказывается на более равномерном распределении температур по футеровке. Вероятность появления трещин в ней при этом сни­ жается, футеровка слабее разъедается шлаками. Кроме того, кир­ пичная футеровка не нуждается в сушке, ее необходимо только прогреть до рабочих температур. Стоимость кирпичной футеровки заметно не отличается от монолитной. Так, например, индукцион­ ные печи металлургического завода «Buderus Eisenwerke» (ФРГ) имеют постоянную (долго работающую) футеровку, состоящую из термоизоляционного слоя и кирпичной кладки, и сменный (изна­ шивающийся) слой из набивной массы. Изнашивающийся слой фу-

205

теровки выполняется массой из скального кварцита с борной кис­ лотой. Дно и стенки тигля набиваются с применением вибратора, что позволило значительно сократить затраты времени на футеров­ ку тигля. Расход набивной массы в печах составляет 3,38 кг на од­ ну тонну жидкого чугуна. На 20-тонном тигле достигнут расход набивной массы 3,0 кг на одну тонну при проплаве 6000 т металла за 6—8 недель. За это время тигель ремонтируется два раза [125].

ВШвеции проводились эксперименты с индукционными печами емкостью 30 г для плавки чугуна, футерованными огнеупорными кирпичами. Несмотря на хорошую жидкотекучесть перегретого жидкого чугуна проникновения его через швы кладки не наблюда­ лось. Для многих индукционных печей больших размеров кирпич­ ная футеровка часто вообще единственно возможное решение [126].

Внастоящее время за рубежом для футеровки индукционных печей иногда применяются и огнеупорные цементы на основе MgO,

отпадает проблема сушки. Если в чугуне содержится более 2% кремния, то рекомендуется в качестве материала для футеровки цемент на основе алюминия. Если же в сплаве менее 2% кремния, то при основном процессе лучше использовать цемент на основе СаО [127].

В иностранной литературе сообщается о применении литых футеровок. Их преимущество: меньшая зависимость от опыта и на­ выка футеровщика, меньшая теплопроводность и проницаемость, исключительная простота установки в печь. Однако литые футе­ ровки имеют ряд недостатков и не нашли широкого применения [128].

Основные огнеупорные футеровки для индукционных печей ис­ пользуются также довольно редко, так как в печи образуется кис­ лый шлак [129]. Иногда применяется плавка чугуна в основном тигле с футеровкой из кристаллической извести. Это обеспечивает снижение-содержания серы и кислорода в чугуне, образование мел­ кого завихренного графита, образование при модифицировании ферросилицием графита шаровидной формы наряду с завихренным графитом. Плавка в указ-анных тиглях снижает минимально потреб­ ное для образования шаровидного графита остаточное количество магния (примерно до 0,01%) как путем модифицирования магнием, так и ферросилицием [130].

Во многих шлаках могут содержаться и основные окислы. В этом случае рекомендуется выполнять футеровку из нейтральных огнеупоров. Такими огнеупорами являются огнеупоры на основе окиси алюминия AI2O3. Они обладают большой прочностью при вы-

206

сокой температуре и постоянством объема, что предотвращает по­ явление трещин [129]. Так, например, в США для футеровки ин­ дукционных печей емкостью 10—25 т используется высокоогнеупор­ ная кирпичная кладка, состоящая из специально обработанного состава, содержащего 90% А12 0з [131].

В литейном институте в Брно (ЧССР) были испытаны составы, содержащие более 80% AI2O3. Как показали испытания, проведен­ ные на действующих печах, стойкость футеровок из этой массы сос­ тавляет не менее двух лет [132].

Футеровочные массы на основе AI2O3 успешно применяются не только для футеровки тигельных индукционных печей, но и для канальных. Стойкость индукторов канальных печей, зафутеровапных такими массами, например, в США достигает 10 месяцев и более [133].

В настоящее время за рубежом большое внимание уделяется цирконовым, хромомагнезитовым и другим огнеупорным материа­ лам. Предполагается, что долговечность этих огнеупоров будет весьма значительной [129]. Для футеровки канальных печей широко применяют пластичную корундовую массу следующего химического состава: А12 03 + T i 0 2 — 90,00%; Si0 2 — 8,1%; Fe2 03 — 1,74%. По­ мимо высокой огнеупорности эта масса обладает достаточной шлакоустойчивостью, хорошей термической устойчивостью и высоким постоянством объема [134]. Для футеровки канальных индукцион­ ных печей делаются также попытки применить цементиты и литые футеровки.

Плавильные участки с индукционными электропечами и подготовка шихты

Индукционные электропечи являются плавильными агрегатами, принципиально отличными от вагранок, они требуют совершенно иной планировки плавильного отделения, которое включает в себя сами печи, их электрооборудование, устройства для хранения, под­ готовки и загрузки шихты.

4, 5 на стенке. Основные размеры планировки с различными типа­ ми отечественных индукционных печей приведены в табл. 51.

На рис. 63 дана планировка и разрез плавильного отделения каунасского завода «Центролит» [135]. Плавильное отделение ос-

207

нащено тремя 8-тонными печами фирмы ASEA 1, двумя печами ИЧТ-6 2 и тремя ИЧТ-10 3. Трансформаторы шведских печей уста­ новлены в помещениях 4 я 5. Конденсаторные батареи располага­ ются в подвале 14 под пультовым помещением 6. Блок печей ИЧТ-6 обслуживается трансформатором, расположенным в помещении 6. Печи расположены фронтом к стене цеха и отделены от формовоч­ ных пролетов 9—И помещениями с электрооборудованием. Шихта подается по туннелю 12 из отдельного корпуса-склада. Более удач­ ной [135] является планировка, когда печи обращены фронтом к ли­ тейным конвейерам.

Рис. 64. Плавильное отделение завода «Шкода».

Т а б л и ц а 51

Основные размеры типовых планировок плавильных участков с индукционными тигельными печами, мм

210

1№

Кокильный

конвейер

Рис. 65. Планировка плавильного отделения завода «Водоприбор».

На рис. 64 приведена планировка плавильного отделения заво­ да «Шкода» (ЧССР). Плавильные и раздаточные печи / стоят фронтом к литейным конвейерам 2. Электрооборудование находит­ ся в помещении 3, отделяющем плавильный участок от шихтового пролета 4. Печи загружают специальными устройствами, движу­ щимися по монорельсу со стрелками 5.

Планировка плавильного отделения московского завода «Водо­ прибор» показана на рис. 65. Три печи ИЧТ-6 установлены на уров­ не пола цеха, таким образом рабочая площадка находится на вы­ соте 3,2 м [136]. Шихта загружается в бадью, которая при помощи тельфера устанавливается на тележку для подачи ее к печи.

Подготовка шихты —• важный фактор четкой, санитарно допусти­ мой работы индукционных печей. Она должна производиться с целью удаления стружки и других отходов — масла, влаги, горючих веществ. Вторым этапом подготовки шихты может быть ее подогрев с целью экономии электроэнергии.

Подготовка шихты может осуществляться либо путем нагрева, либо химической обработкой.

В работе [137] исследовали возможность обезжиривания легко-