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

Рис. 82. Перегрев чугуна на желобе в горизонтальном а

вышается температура чугуна на желобе. Перегрев чугуна тем вы­ ше, чем дольше металл находится в ванне перегрева.

При плавке имеет место окисление основных компонентов чугу­ на. Угар кремния составляет 8—14%, марганца — 18—26%, а угле­

Конструкция промышленного варианта аналогичной вагранки по­ казана на рис. 80. Эта газовая вагранка рассчитана на производи­ тельность 3—4 т1час. Нижняя индукционная часть вагранки 7 пред­ ставляет собой индуктор печи ИЧТМ-2,5, имеющий расчетную про­ изводительность 4 т1час. Она смонтирована в каркасе 5, имеет на­ бивной тигель 7 и вокруг него индуктор 10 с магнитопроводами / / и кабелями подводки 6. В нижней части тигля имеются летка 9 и же­ лоб 8 для выпуска чугуна. Нижняя часть печи заполняется, как и печи ГАЗа, углеродистыми кусковыми материалами, а верхняя часть шахты / служит только для расплавления шихты. Она пред-

252

7 A-A

и вертикальном б каналах.

ставляет собой цилиндрическую или слегка конусную шахту, в нижней части которой установлены горелки 4, к которым подводит­ ся воздух от коллектора 2 и газ от газопровода 3. Вагранка имеет наружное поливное водяное охлаждение кожуха 13, на который вода поступает из коллектора 14. Вода собирается в открытой водя­ ной рубашке 12, расположенной так, что район расположения горе­ лок, наиболее опасный с точки зрения нагрева кожуха, имеет руба­ шечное охлаждение, а вся шахта — поливное.

Эта вагранка сочетает в себе расплавление шихты при помощи газа и перегрев жидкого металла при помощи электроэнергии, причем оба процесса протекают при высоком коэффициенте полез­ ного действия (55—65%)-"

253

ся аналогично тому, как происходит этот процесс в индукционных канальных печах.

Осуществление газового расплавления и электроиндукционного перегрева в одном и том же агрегате исключает тепловые потери при пер ел иве-чугуна из вагранки в электропечь, как это делается при дуплекс-процессе.

Индукционный перегрев металла возможно также организовать непосредственно на желобе плавильного агрегата (например, на же­ лобе вагранки). Схемы устройств* для перегрева чугуна показаны на рис. 82. Жидкий чугун из вагранки через летку / поступает на желоб 2 и затем в открытый горизонтальный (рис. 82 а) или закры­ тый вертикальный (рис. 82 б) канал 3, в котором и происходит его перегрев. Канал выполняется вокруг индуктора 5 с магнитопрово- дом-сердечником 4, В открытом канале шлак проходит по поверхно­ сти металла. Чтобы шлак не попал в закрытый канал, производят его отделение при помощи перегородки 6 и желоба 7.

Несмотря на обилие вариантов использования индукционного принципа для перегрева чугуна, все испытания проводились на ус­ тановках малой мощности, промышленного применения ни один из вариантов в большом масштабе пока не получил.

Интенсификация плавки в электропечах

Одним из направлении дуплекс-процесса является сочетание в одной электропечи двух принципов преобразования электрической энергии в тепловую. На рис. 83 представлены схемы электропечей различных типов:

а — электродуговая печь косвенного действия; дуга горит меж­ ду горизонтально расположенными электродами, не соприкасаясь с расплавленным металлом;

е — индукционная электропечь тигельного типа.

Каждая из электропечей имеет те или иные преимущества и не-

* Конструкции предложены Н. А. Гореловым совместно с автором.

254

достатки. Так, электродуговая печь с независимой дугой а способст­ вует хорошему перегреву шлака, а следовательно, и интенсивному протеканию металлургических процессов, но теплообмен с метал­ лом здесь затруднен, поэтому такую печь нецелесообразно приме­ нять для расплавления черных металлов. Электродуговая печь б имеет высокий к. п. д. при расплавлении, но низкий к. п. д. при пере­ греве металла, тогда как у индукционных печей (д, е) более высо­ кий к. п. д. при перегреве металла.

При объединении в одной печи двух принципов преобразования энергии недостатки одной печи могут быть компенсированы преиму­ ществами другой. На рис. 84 показана электропечь, сочетающая в себе дуговой и индукционный способы преобразования энергии [9]. Она имеет корпус J со сводом 2, через который в печь подаются

дуги. Когда металл полиостью переходит в жидкое состояние, печь поворачивают в положение б и включают в действие индуктор 7. Происходит перегрев металла. Металл выливают из печи через ок­ но 4 и желоб 5 путем поворота печи. Эта печь сочетает в себе пре­ имущества дуговой и индукционной печей, так как известно, что при расплавлении наибольший коэффициент полезного действия имеет дуговая печь, а при перегреве — индукционная. Недостатком

255

ческих процессов. Известна [176] индукционная плавильная печь для чугуна или

стали с элементами сопротивления (графитовыми или угольными) в съемном своде для нагрева лучистым теплом слоя шлака на зерка­ ле металла с целью интенсификации реакций рафинирования спла­ ва. Для расширения металлургических возможностей выполнить тигель / (рис. 85) предлагается в форме неглубокой ванны, резко увеличив зеркало металла для обработки шлаками. При этом часть индуктора 2 ниже дна ванны рекомендуется включать как само­ стоятельную катушку, независимо от остальной, что позволит ин­ тенсифицировать перемешивание ванны. При этомдлинный конец 3 каждого огибающего пакета, набранного из трансформаторной стали, охватывает кожух индуктора по образующей, а на короткие концы 4 опирается корпус печи. Часть 2 индуктора, как и элементы сопротивления 5, могут включаться независимо от основного индук­ тора. Преимущество данной конструкции перед известными комби­ нированными канальными индукционными печами с дополнитель­ ным дуговым нагревом шлака состоит в том, что она не имеет всех недостатков канальной и дуговой печей, а также позволяет суще-

256

мощности значительно увеличить производительность агрегата и снизить удельный расход электроэнергии.

Другим примером электрической печи с дополнительным топ­ ливным обогревом является печь, показанная на рис. 87 [177], рабо­ тающая на одном из итальянских заводов. Она представляет собой обычную индукционную печь барабанного типа, состоящую из ба­ рабана 3 и индукционных канальных элементов 12. На одном из торцов печи установлена мазутная форсунка 2, к которой подается мазут и воздух от вентилятора /. Отвод продуктов сгорания произ­

Разработка и применение различных электропечных комбинаций

АА-бб

Рис. 86. Схема применения газового обогрева в электродуговых печах.

целесообразны и будут расширяться, реализуя преимущества раз­ личных типов электропечей.

Перегрев чугуна электросопротивлением

Большая работа по исследованию электроперегрева чугуна была проведена в Институте металлургии АН ГрузССР (178]. Сущность способа заключается в использовании струи жидкого чугуна, проте­ кающего по соединительному желобу вагранки с копильником, в ка­ честве элемента электрического сопротивления (рис. 88).

258

Рис. 88. Усовершенствованная установка УЭП-50Ю/7.

Струя жидкого чугуна, соприкасаясь на своем пути с электрода­ ми /, замыкает электрическую цепь вторичной обмотки понижающе­ го трансформатора, и тепло, выделяемое в струе, по закону Джоу­ л я — Ленца обращается на перегрев металла. Принцип прямого на­ грева в плавильных печах давно привлекал внимание исследова­ телей, так как использование его позволяет надеяться на достижение высокого к. п. д.

В институте металлургии АН ГрузССР была сконструирована, построена и успешно испытана в литейном цехе Кутаисского авто-

260

мобильного завода установка для электроперегрева чугуна на же­ лобе вагранки производительностью 7 т/нас.

Важным вопросом при конструировании агрегатов прямого наг­ рева является выбор профиля канала, здесь обязательно должно учитываться явление пинч-эффекта. Физический смысл пинч-эффек- та заключается в следующем: столб жидкого металла можно пред­ ставить состоящим из множества очень тонких проводников, вза­ имодействующих друг с другом. Общая сила, направленная на по­ верхность проводника, стремится пережать струю металла. Пред­ отвращение пинч-эффекта возможно путем создания ферростатического давления, превышающего силу пережима.

Проведение промышленных плавок на одной установке позволи­

возможность избежать слива холодного металла в начале работы, и после каждой остановки вагранки, при работе электроперегревающей установки уменьшается возможность брака по холодному ме­ таллу; метод электроперегрева дает возможность точно регулиро­ вать температуру путем изменения рабочего напряжения; установка малогабаритна и не нуждается в дополнительной производственной площади. На установке Кутаисского автомобильного завода, полу­ чившей название УЭП-500/7, для закрытого канала применялись 30миллиметровые шамотные трубки длиной 300 мм. При монтаже три такие трубки надевались на металлический стержень; после футе­ ровки набора стержень вынимался, и, таким образом, получался за­

Трубки из окиси циркония, хромомагнезита и кварцевого бояимели более высокую стойкость, но были случаи их растрескива­ ния и нарушения электрических параметров установки. Хорошую стойкость показали огнеупорные трубки из высокоглиноземистых материалов.

Вдальнейшем в конструкцию установки УЭП-500/7 для электро­ перегрева чугуна на желобе вагранки были внесены изменения, на­ много упрощающие, как показала практическая проверка, изготов­ ление отдельных узлов установки и ее обслуживание [179].

Вусовершенствованной конструкции (рис. 88) с горизонтальной

-скую цепь между электродами, шлак удаляется через шлакоотвод 5. Ток к расплаву подводится с помощью графитовых электродов 1,

261