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

На заводе фирмы «Ankasrums Вгик» (Швеция) выплавка чугу­ на производится дуплекс-процессом: вагранка с основной футеров­ кой производительностью 4,5 т/час и индукционная канальная печь емкостью 6 т, где осуществляется перегрев чугуна до температуры 1430°С. Между плавильным пространством печи и выпускным от­

верстием имеется чайниковое устройство. Футеровка печи состоит

из 80% AI2O3 и 20% Si0 2 [163].

На заводе «Koskums Gernverk, Kallinge» (Швеция) работает ин­ дукционная канальная печь емкостью 5 г в паре с вагранкой про­ изводительностью 6—7 т/час. Печь имеет один индуктор мощностью 175 квт. Чугун транспортируется в ковшах из вагранки в индукци­ онную печь, где выдерживается при температуре около 1450°С. Плавильная установка обслуживает автоматическую формовочную линию. Индукционная канальная печь работает без замены футе­ ровки около двух лет, если в ней производится только перегрев ме­ талла. Длительность работы индуктора без замены футеровки в ка­ налах — от одного года до шести месяцев. В печи имеется чайнико­ вое устройство для ограничения попадания шлака в плавильное пространство и удлинения срока службы футеровки. С внедрением этого процесса стабильность химического анализа и температуры чугуна значительно повысилась [163].

В литейном цехе фирмы «General Motors Corporation* (США) установлена канальная печь типа LFR 45/12 в дуплекс-процессе с вагранкой производительностью 55 т1час с водоохлаждаемым нефутерованным поясом и горном, футерованным графитовыми блоками. Действует всего одна вагранка и одна канальная печь, работаю­ щая непрерывно, с передачей металла по желобу. Дутье для вагран­ ки подогревается до 540°С. На этой установке выплавляется металл на ферритный ковкий чугун. Установка одной вагранки без дублера стала возможной только в результате удлинения вагранки за счет более «холодного» хода ее плавки в связи с переводом операции пе­ регрева в канальную печь [104].

За рубежом известен также дуплекс-процесс индукционная ти­ гельная печь — индукционная канальная печь. Спаренная установка двух индукционных печей обеспечивает повышение эффективного использования установленной мощности индукционной печи. Вместо обычного отбора жидкого чугуна ковшами небольшой емкости име­ ет место непосредственный перелив расплава в канальную печь по промежуточному желобу, что сокращает время выпуска и увеличи­ вает полезное время работы индукционной печи. Плавка может вес­ тись 24 часа в сутки, так что, используя относительно небольшую мощность, возможно накапливать большие количества жидкого ме­ талла. В тигельной печи осуществляется только плавление чугуна

242

За последние 5—6 лет ё литейных цехах Швеции йнедрены ин­ дукционные канальные печи различных конструкции и емкостей. На заводе фирмы ASEA установлена канальная печь типа LFR 10/4 в дуплекс-процессе с тигельными печами емкостью 8 т, в которых пла­ вится металл для получения чугуна с шаровидным графитом. Ме­ талл в канальную печь передается краном в 6-тонном ковше. Печь имеет два индуктора по 175 кет. В канальной печи металл скапли­ вается и перегревается; за один час температура его поднимается

круглосуточно. Шихта тигельных печей состоит из стального скрапа и 10% доменного чугуна. Науглероживание производится порошко­ образным графитом. Температура получаемого чугуна около 1470°С. В процессе подогрева чугуна угар углерода и кремния составляет менее 0,05% и при соблюдении правильной технологии никаких дру­ гих качественных изменений не происходит [163].

В зарубежной практике встречается и обратный описанному дуп­ лекс-процесс. В литейном цехе фирмы «Atlas Foundry Со» в каналь­ ных индукционных печах выплавляется металл с низким содержани­ ем серы. В дуплекс-процессе чугун из канальной печи передается в тигельную печь, где производится дополнительное науглероживание. Применение этого дуплекс-процесса расширило возможность пла­ вильного отделения [167].

На металлургическом заводе «Buderus Eisenwerke» (ФРГ) еще в конце двадцатых годов применялся процесс с использованием жид­ кого доменного чугуна. Доменный чугун транспортировался в бара­ банных ковшах в литейный цех и смешивался с ваграночным чугу­ ном. Вскоре от этой практики пришлось отказаться из-за* недостаточ­ ной температуры металла. В 1967 году был внедрен дуплекс-процесс доменная печь — индукционная печь. Это значительно улучши­ ло экономические показатели производства и позволило иметь чу­ гун высокого качества. Дуплекс-процесс доменная печь — индукци­ онная печь применяется на заводе для трубо- и фасоннолитейного цехов. В доменном цехе установлены две домны объемом по 400 мъ, производительность их по 450 т/сут. Жидкий чугун из домен транс­

один из двух установленных миксеров емкостью по 100 т, имеющих хорошую термоизоляцию. Шлак с помощью добавки дробленого из­ вестняка спекается так, что образуется сплошной свод над метал­ лом, благодаря этому он почти не попадает в миксер.

Для производства чугуна с шаровидным графитом металл из миксера выдается в 10-топный встряхивающий ковш, и металл в

нем обессеривается добавкой 0,5% карбида кальция. Ковш хорошо термоизолирован. На обработку чугуна карбидом кальция затрачи­ вается около 7 минут. Металл после обессеривапия сливается в ин­ дукционную печь, где доводится до требуемого химического состава и необходимой температуры. Для центробежного литья применяется лигатура FeSi M g с 5% Mg. В цехе установлено пять индукционных печей промышленной частоты общей емкостью 86 т. Суммарная мощность печных установок составляет 14 300 ква.

Брак литья с введением этого дуплекс-процесса значительно сни­ зился. Стоимость плавки чугуна составляет 60% от производимого ранее в вагранке. Расход электроэнергии составляет 150 квт-чиа\т жидкого чугуна. Качество отливок при плавке чугуна дуплекс-про­ цессом значительно выше, чем при плавке в вагранке [168].

На заводе фирмы «Ab Motala Verkstacb работает индукционная печь емкостью 60 т с тремя индукторами мощностью по 200 кет. Эта печь работает в дуплекс-процессе с мартеновской печью. Установле­ но дополнительное подогревающее устройство, снабженное форсун­ ками. Замена футеровки печи требуется приблизительно после вы­ пуска 2000—3000 т металла. Работа этой печи дала большой эко­ номический эффект [163].

Выбор емкости миксера при дуплекс-процессе

Имеющиеся в литературе рекомендации по выбору емкости мик­ сера носят противоречивый характер. Рекомендуется выбирать ем­

г д е Л^р 0 е к т — проектная емкость плавильной дуговой печи, т. Вышеизложенная методика определения емкости миксера не

принимает во внимание нестабильности в работе плавильных агре­ гатов, а они оказывают серьезное влияние на производительность печей и особенно на качество литья (через температуру и химиче­ ский состав металла). *"

Специальные опыты показали [171], что производительность ва­ гранки может изменяться до +56% и —38% от номинальной вели-

244

чины. Эта нестабильность производительности может сильно повли­ ять на условия разбора и разливки металла. Например, в том слу­

циям, будет недостаточно, она должна быть соответствующим об­ разом увеличена.

Кроме того, необходимо учитывать фактор достижения чугуном определенной температуры перегрева, для чего каждая порция чугу­ на должна пробыть в миксере определенное время. Немаловажное значение имеет также выравнивание металла по химическому со­ ставу и достижение определенных показателей качества.

Все эти факторы должны учитываться при определении емкости миксера, которое должно производиться в индивидуальном порядке для каждого конкретного случая.

На основании спектральной теории стационарных случайных процессов были выведены формулы для расчета необходимой емко­ сти миксера в зависимости от степени сглаживания им колебаний химического состава чугуна [174].

По этой формуле установлено, например, что для стабилизации содержания кремния в чугуне необходимо иметь два миксера ем­ костью каждый 0,8 g. Когда чугун из миксеров выливается непол­ ностью (такая работа характерна для канальных миксеров, где обычно остается до 30% жидкого металла), расчеты показывают, что емкость их должна быть увеличена. При остатке жидкого ме­ талла в количестве 30% емкость миксера увеличивается на 30%.

Выбор емкости миксера для каждого конкретного случая надо производить, анализируя весь комплекс влияющих на нее факторов и с учетом местных условий производства.

4. П Р И М Е Н Е Н И Е Э Л Е К Т Р О Э Н Е Р Г И И Д Л Я И Н Т Е Н С И Ф И К А Ц И И П Л А В К И Ч У Г У Н А

Электроэнергия находит все более широкое применение во всех областях техники как для осуществления каких-либо технологиче­ ских процессов, так и для их интенсификации. Рассмотренные вы­ ше способы использования электроэнергии в отдельных плавильных агрегатах предполагают работу как минимум двух агрегатов: одно­ го для плавки, другого для перегрева чугуна.

Существует и другое направление: в совмещенных агрегатах ис­ пользуются либо два различных вида технологической энергии, либо два способа применения одного и того же вида энергии? Во всех слу­ чаях электрическая энергия переходит в тепло, которое тем или иным способом передается металлу.

245

Способы применений электроэнергии

«о «О

Рис. 77. Классификация способов применения электроэнергии для интенсификации плавки чугунг

Индукционный перегрев чугуна в вагранках

легко отделяться от шахты вагранки, где производится подогрев и плавление; лучше всего его делать откатываемым или опуска­ емым.

В описанной выше вагранке в значительной степени сохраняют­ ся недостатки коксовой вагранки (использование кокса, выделение

247

а» //60

Ш0_

Рис. 79. Индукционно-газовая чугуноплавильная печь.

пыли и угарного газа и т. д.). Эти недостатки могут быть устранены путем перевода верхней части печи на газовое топливо, использова­ ние которого для расплавления со всех точек зрения целесооб­ разно.

Большая работа по разработке и исследованию чугуноплавиль-

248

ной печи, сочетающей в себе преимущества газовой плавки и индук­ ционного перегрева, проведена на Горьковском автомобильном заво­ де в содружестве с Горьковским политехническим институтом [175].

Индукциолно-газовая чугуноплавильная печь (ИГЧП), показан­ ная на рис. 79, состоит из двух основных частей: верхней (газовой), выполненной в виде шахты с газовыми горелками, и нижней (элект­ рической), которая представляет собой высокочастотную индукци­ онную тигельную печь МГП-102 мощностью 100 кет. Несущей частью ИГЧП является опорная металлоконструкция 21. Сверху на нее установлен стальной кожух верхней части печи 2, зафутерованный изнутри шамотным кирпичом 3. В нижней части шахты установ­ лены три двухпроводные газовые горелки 8 производительностью 8,3 м31час каждая. К горелкам через коллекторы 5 и 4 подается природный газ Саратовского месторождения с QP H = 8192 ккал1м3 и воздух под давлением соответственно 0,6—0,8 и 0,07 ати. Расход га­

Перед плавкой индукционная, часть печи до уровня выше летки на 40—50 мм заполняется боем графитовых электродов, после чего футеровка разогревается до рабочих температур (1400—1600°С). Загрузка переплавляемого металла осуществляется через завалоч­ ное отверстие с загрузочной площадки. Вместе с металлом вводится 1,0—1,5% известняка и 0,5—1,5% графитового боя. В шахтной части печи при помощи газовых горелок металл подогревается до 800— 1100°С и опускается в индукционную часть печи, где он расплавля­ ется и скапливается в горне. Там металл перегревается до необхо­ димой температуры и выпускается через летку. Перегрев шлака до жидкоподвижного состояния осуществляется раскаленными куска­ ми графитового боя.

Исследования показали, что при уменьшении расхода газа тем­ пература подогрева металла в шахте понижается, а следовательно, уменьшается и производительность печи. Вместе с этим резко по-

249