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

из индукционной печи идет на переработку в высокопрочный, то не­ обходимо проводить десульфурацию металла. Десульфурация ве­ дется различными реагентами, вводимыми в металл в струе газа, или другими способами. Весьма эффективно, как уже отмечалось, вести десульфурацию карбидом кальция СаС2 , вводимым в металл [153]. Рекомендуется также в металл вводить соду в парообразном или измельченном состоянии [156]. После обработки металла десульфурирующими реагентами содержание серы в печи снижается до 0,001—0,015%) [157]. Степень десульфурации увеличивается с по-

222

зышением температуры металла, что объясняется уменьшением его вязкости и увеличением скорости диффузии. При очень высоких тем­ пературах, около 1600°С, наблюдается частичное снижение степе­ ни десульфурации как вследствие реакций карбида кальция с кис­ лородом воздуха и с футеровкой тигля, так и вследствие спекания карбида кальция при 1550°С.

Степень десульфурации зависит и от первоначального содержа­ ния серы в чугуне, с понижением которого требуется относительно большой расход карбида кальция. Если серы в исходном чугуне ме­ нее 0,04%, то расход обессеривающей добавки очень велик. Чем вы­ ше содержание углерода в чугуне, тем лучше обессеривающее дей­ ствие карбида кальция. Образующийся под действием карбида каль­ ция свободный углерод растворяется в жидком чугуне или выделяет­ ся из него в зависимости от его эвтектичности и температуры; прак­ тически науглероживание чугуна не наблюдается или эффект его не­ велик.

В ванну индукционной печи карбид кальция вводится порциями. Крупные зерна обессеривают чугун лучше, чем мелкие, в противопо­ ложность другим способам десульфурации. При постоянном приме­ нении карбида кальция следует учитывать понижение стойкости кис­ лой футеровки [158].

Технология получения определенных марок чугуна. На каунас­ ском заводе с целью отработки составов шихт и режимов плавки для получения различных марок чугуна было проведено специальное ис­ следование |112].

Для определения влияния химического состава, модифицирова­ ния и шихтовых материалов на структуру и механические свойства чугун выплавлялся на стальной стружке, чугунной стружке, высеч­ ке стальной жести и ваграночной шихте. Науглероживание произво­ дилось графитизированным порошком. Содержание кремния и мар­ ганца корректировалось с помощью ферросплавов. Максимальные прочностные свойства полученного модифицированного чугуна при­

223

Н е м о д и ф и ц и р о в а н н ы й

Анализ показывает, что в индукционных электропечах можно по­ лучать чугун, по своим свойствам не уступающий, а во многом пре­ восходящий чугун из вагранок. Он содержит меньше газов и не­ металлических включений, характеризуется более благоприятным строением микро- и макроструктуры. Испытания образцов на гер­ метичность и износостойкость показали его преимущества по срав­ нению с ваграночным чугуном. Примерно на одном уровне по ка­ чественным показателям с чугуном индукционной плавки находится чугун, выплавленный в газовой вагранке. Очевидно, что наиболее перспективным направлением улучшения качества чугуна является сочетание в дуплекс-процессе газовой вагранки с индукционной печью.

3. Д У П Л Е К С - П Р О Ц Е С С Ы П Л А В К И Ч У Г У Н А

Определение и классификация дуплекс-процессов плавки чугуна

Под дуплекс-процессом обычно понимают процесс плавки метал­ ла в двух самостоятельных плавильных агрегатах. В настоящее вре­ мя имеется тенденция к созданию плавильных агрегатов для осу­ ществления дуплекс-процесса в одной установке путем использова­ ния двух различных видов топлива или двойного использования од­ ного топлива.

Поэтому дуплекс-процесс плавки металла в настоящее время можно определить как процесс приготовления жидкого металла, осуществляемый в двух различных плавильных агрегатах или в од­ ном агрегате путем применения двух различных видов энергии, а также двойного применения одного и того же вида энергии двумя различными способами или путем применения дополнительной хи­ мико-термической обработки жидкого металла в специальных уст­ ройствах, если эти меры увеличивают температуру металла и оказы­ вают воздействие на химический состав получаемого чугуна.

Таким образом, необходимым условием дуплекс-процесса во всех случаях является дополнительное тепловое воздействие на металл, производимое обычно с целью его перегрева.

Это определение позволяет создать классификацию дуплекс-про­ цессов плавки металла для производства чугуна. Разработанная ав­ тором классификация приведена на рис. 69.

Эффективность и перспективность различных типов дуплекс-про- процессов не одинакова. Эффективность процесса можно подразде­ лить на техническую и экономическую. Под технической эффектив­ ностью понимается возможность получения чугуна с более высокой температурой в более простых устройствах, имеющих более высокий к. п. д.

Под экономической эффективностью понимается сравнительная стоимость процессов с одинаковыми техническими результатами.

226

Рис 9. Классификация дуплекс-процессов плавки чугуна.

Первую стадию дуплекс-процесса — расплавление — возможно технически достаточно просто осуществить в любом плавильном аг­ регате. Наименьшая стоимость расплавления достигается при ис­ пользовании природного газа. Если учесть при этом, что его добыча возрастет к 1975 году до 300—320 млрд. мъ, а доля в тепловом балан­ се страны будет непрерывно возрастать, то становится ясно, что на­ иболее экономичным и перспективным топливом на первой стадии дуплекс-процесса является природный газ.

Осуществление второй стадии дуплекс-процесса, которая заклю­ чается в перегреве металла и доведении его химсостава до заданно­ го, технически сложнее. Повышенных температур чугуна порядка 1450—1500°С легче всего достигнуть при применении электро­ энергии.

С экономической точки зрения перегрев чугуна также более вы­ годно осуществлять при использовании электроэнергии [88], посколь­ ку электрические устройства для перегрева чугуна имеют, как пра­ вило, более высокий к. п. д.

Таким образом, наиболее перспективным направлением в дуп­ лексировании процесса плавки является применение на первой ста­ дии агрегатов, работающих на газовом топливе, во второй стадии наиболее эффективно использование электроэнергии.

Индукционные печи за рубежом нашли широкое применение в качестве плавильных агрегатов для производства' чугуна в различ­ ных дуплекс-процессах. Распространены следующие виды дуплекспроцессов: вагранка — индукционная печь, индукционная тигельная печь — индукционная канальная печь, доменная печь — индукцион­ ная печь, мартеновская печь — индукционная печь, дуговая электро­

применению индукционных печей для обработки больших масс жид­ кого чугуна способствуют тенденции к улучшению его качества, стремление к удешевлению шихты для плавки серого чугуна при ис­ пользовании стального лома. Эти же тенденции сохраняются и в ли­ тейных цехах с мелкосерийным характером производства, одновре­ менно изготовляющих отливки из обычных и специальных марок чу­ гуна; в таких условиях дуплекс-процесс позволяет наиболее рацио­ нально организовать производство отливок. Применение индукцион­ ных печей в дуплекс-процессе с вагранкой изменяет требования к ваграночному процессу, ограничиваемые в этом случае максималь­ ной производительностью. Возможность снижения температуры ме­ талла при выпуске (в сравнении с обычными плавками) приводит к

228

уменьшению расхода кокса, к снижению содержания серы и эффек­ та науглероживания. Относительно холодный ход вагранки удлиня­ ет срок ее службы и создает благоприятные условия для ее непре­ рывной работы неделями или даже месяцами.

Для дуплекс-процесса успешно применяются как канальные, так и тигельные индукционные печи промышленной частоты различных емкостей.

Применение в дуплекс-процессах тигельных индукционных электропечей

Индукционные тигельные печи нашли довольно широкое приме­ нение для плавки чугуна за рубежом и начинают получать распрост­ ранение в нашей стране. Особенно перспективно их использование в дуплекс-процессах плавки чугуна, так как в этом случае в печь по­ ступает уже расплавленный чугун; резко снижается расход электро­ энергии, увеличивается к. п. д. установки; утрачивается жесткая связь между работой вагранки и разливкой жидкого чугуна.

На Кутаисском автомобильном заводе им. Г. К. Орджоникидзе впервые в нашей стране в дуплекс-процессе были применены тигель­ ные индукционные печи промышленной частоты [160]. Установка пе­ чей показана на рис. 70. Индукционные тигли-копильники / установ­ лены по два у каждой вагранки 2; в один непрерывно из «ее посту­ пает чугун, а из одного он разливается в подвесные'ковши на тележ­ ке. Через определенные промежутки переключением V-образного желоба 4 назначение копильников меняется; каждая вагранка со своими копильниками работает попеременно через день. Все копильники обслуживаются двумя однофазными трансформаторами по 1500 ква. Емкость конденсаторных батарей, расположенных на вто­

Копильники имеют четыре ступени подключения к трансформатору; схема подключения электрооборудования предусматривает одно­ временную работу одного копильника.

В качестве копильников применены миксеры промышленной ча­ стоты типа ЦЭП-33. Рабочее напряжение 950 в, мощность установки 1090 ква, потребляемая мощность миксера 984 кет, мощность холо­ стого хода 425 в, удельный расход электроэнергии установки для перегрева на 250°С 123 квт-ч при производительности 8,4 т!час.

При варианте работы копильников, когда один выдает 7з метал­

229

Рис. 70. Установка тигельных миксеров в дуплексе с вагранками.

. Белый чугун, выплавляемый дуплекс-процессом вагранка — ин­ дукционный копильнпк, содержит 2,45—2,75%С; 1,0—1,30% Si; 0,45—0,65% Mn; <0,22%S; 0,12—0,17% Р; < 0,06% С. Высокие ме­ ханические свойства ферритпого ковкого чугуна обеспечиваются выплавкой малоуглеродистого и перегретого чугуна с достаточно стабильным химическим составом. Непрерывный выпуск металла с отделением шлака на желобе вагранки и увеличение доли стального лома в шихте обеспечивают содержание в ваграночном чугуне 2,5— 2,75% С, поэтому на долю индукционных миксеров остается лишь перегрев металла до заданной температуры, усреднение состава и небольшая его доводка до требуемого. По технико-экономическим показателям индукционные миксеры промышленной частоты имеют значительные преимущества: удельный расход энергии для перегре­ ва на 100°С составляет в них 40—45 квт-ч/т. Многолетний опыт эксплуатации индукционных миксеров промышленной частоты в дуплекс-процессе с вагранкой подтвердил целесообразность их ши­ рокого применения для получения отливок из ковкого чугуна выс­ ших марок [160].

В настоящее время в нашей стране разработан [161] типаж ин-

230

дукционных тигельных печей для плавки чугуна в дуплекс-процес­ сах. Основные данные индукционных тигельных миксеров приведе­ ны в табл. 55.

Некоторые из этих печей уже изготовляются нашей промышлен­ ностью и начинают получать распространение. Так, на Макеевском труболитейном заводе применяется дуплекс-процесс при отливке чу­

Для опорожнения тигля миксера в проекте агрегата-блока пре­ дусмотрены стационарный футерованный желоб 2 и короб 6. В слу­ чае неожиданного прогара под миксером на тележке установлен футерованный огнеупорным кирпичом короб 4 для приема прорвав­ шегося чугуна и предотвращения аварии. С целью уменьшения се­ чения шинопривода и гибкого кабеля батареи статических конден­ саторов 5 и другая аппаратура установлены в непосредственной близости от миксера 3 за стеной цеха в специальной вентилируемой пристройке. Жидкий чугун, выплавляемый в вагранке, подается барабанным ковшом при помощи электромостового крана на рабо­ чую площадку миксера 3 и с температурой 1270—1280°С заливается в тигель емкостью 1 г; при необходимости вводится лигатура или модификаторы. Оператор установки производит наклон печи и за­ полнение ковша-дозатора чугуном, перегретым до 1380—1390°С. Дальнейшие операции полуавтоматического режима работы уста­ новки предусматривают поворот ковша дозатора, слив металла в приемную чашу и через желоб — во вращающуюся металлоформу с одновременным движением корпуса машины. После окончания кри­ сталлизации труба извлекается из металлоформы и подается на приемный стеллаж.

231