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

Т а б л и ц а 74

Температуры металла и шлака при электрошлаковом переплаве стали

теплообмена между раскаленными кусками кокса, шлаком и кап­ лями жидкого металла можно рассматривать как процесс конвек-

302

Время прохода капли через колошу будет играть теперь решаю­ щую роль в перегреве чугуна. Определим тепловой поток к 1 кг металла при различном времени пребывания капли в слое колоши.

Время свободного падения можно легко определить:

2 Н

S

где Н — высота падения,

g— ускорение силы тяжести.

Дл я Н = 1 м х = 1 / —-— = 0,45 сек.

V 9,81

За это время металл перегреется на

^262119-0,45

3600-0,23

В реальных условиях не происходит свободного падения. Пере­ движение капли тормозится кусками кокса и трением капли в слое шлака. Путь капли в реальных условиях эксперимента составлял 350—380 мм, перегрев металла в колоше — около 250°С.

Анализ теплообмена в электронагреваемой углеродистой коло­ ше, заполненной шлаком, в целом свидетельствует о высокой эффек­ тивности процесса перегрева металла в данной конструкции электро­ шлаковой вагранки.

Взаимосвязь основных параметров электрошлаковых вагранок

Электрошлаковые вагранки конструктивно подразделяются на газовую и электрошлаковую части. Конструктивные и технологиче­ ские параметры газовой части печи определяются ее особенностями как плавильной печи, в задачу которой входит только расплавление металла, в отличие от газовых вагранок, в которых при помощи га­ за происходит как плавление, так и перегрев жидкого металла. В электрошлаковых вагранках, как показали эксперименты, наблюда­ ется меньший удельный расход газа, определяемый из зависимости:

6 9 =104 - G - 0 ' 2 2 6 .

Исходя из того, что скорость газов в шахте будет примерно оди­ наковая, расход газа для вагранок равного диаметра останется оди-

304

наковым, следовательно, производительность вагранки увеличится.

Из приведенных данных видно, что производительность вагранок увеличивается на 30—40°/о- Это позволяет рекомендовать другие со­ отношения основных конструктивных и технологических параметров. При этом одна и та же номинальная производительность вагранок холодного дутья достигается при меньших диаметрах. Новые соот­ ношения нормального ряда и расчет высоты слоя шихты приведены в табл. 76.

Т а б л и ц а 76

Расчет высоты загрузки шихты электрогазовых вагранок

s

& SOO

—

ЛЯ7

год

>0D

ПеяегреЗ чугуна °С

Рис. 107. Номограмма для определения мощности элект­ рошлакового миксера.

электрошлаковых вагранок несколько ниже, чем для обычных газо­ вых вагранок.

Чтобы расплавленный металл был эффективно перегрет в элект­ рической части печи, ее параметры должны быть соответствующим образом увязаны с производительностью всей печи.

306

В табл. 77 приведен ориентировочный расчет электрических па­ раметров для нормального ряда вагранок холодного дутья.

И, наконец, для того, чтобы обеспечить передачу тепла металлу, необходимо иметь определенные размеры камеры перегрева, часть которых выбирается из конструктивных соображений, часть рассчи­ тывается из условий теплообмена.

Металлургические особенности плавки чугуна в электрошлаковых вагранках

На всех трех типах электрошлаковых вагранок проводились опытные плавки чугуна и изучение металлургических особенностей процесса плавки. В качестве шихтовых материалов использовали чугунный лом каркасов примерно одинакового химического соста­ ва, в качестве флюсов для наведения шлаков — плавиковый шпат и известняк. Иногда добавляли SiCb, а также электродный бой в ка­ честве науглероживателя.

На электрошлаковой вагранке с углеродистой .насадкой наблю­ дался пригар углерода (6—7%) и марганца (до 15%). Науглерожи­ вание чугуна произошло за счет растворения углерода из насадки, а пригар марганца можно объяснить восстановлением его из шлака углеродом:

МпО + С ^ М п + СО.

Эта реакция "может протекать при высокой температуре и основных

ния. При отсутствии БЮгВ шлаке наблюдается его угар до 16—17%.

электродом в копильнике показала, что в ней можно достигать зна­ чительного науглероживания чугуна (10—20%) при одновременном

при 20—30% FeO угар кремния достигал 50%- На электрошлаковой вагранке с электроподводящими плитами в копильнике добавляли в шлак науглероживающие добавки.

308

Раскисление шлака привело к науглероживанию чугуна и сни­ жению угара кремния.

Исследования показали, что в электрошлаковых вагранках мож­ но регулировать содержание важнейших элементов, достигая значи­ тельного науглероживания чугуна, а также восстановления из шла­ ка полезных элементов — кремния и марганца.

Особое место среди примесей чугуна занимают сера и фосфор. Они являются вредными примесями, однако в тех пределах, в каких они присутствуют, они, как правило, не оказывают существенного влияния на свойства чугуна, за исключением случаев получения спе­ циальных чугунов. Фосфор положительно влияет на жидкотекучесть чугуна, и удаление его нецелесообразно. Следует учитывать, что для его удаления требуется наведение специальных основных железис­ тых шлаков и пониженная температура процесса. Низкая же темпе­ ратура не 'будет способствовать перегреву металла, а наличие в шла­ ке большого количества окислов железа приведет к повышенному угару полезных элементов. В опытных плавках не наблюдалось зна­ чительного изменения содержания фосфора. Его угар составлял 10—20% и лишь в отдельных случаях достигал 30% (при значитель­ ном содержании FeO в шлаке).

Условия удаления серы из чугуна не находятся в противоречии с целями электрошлакового перегрева чугуна, так как для десульфурации требуются высокоосновные шлаки с высокой температурой.

Установлено, что десульфурация в значительной степени зависит от температуры металла и шлака. Так, на электрошлаковой вагран­ ке с углеродистой насадкой увеличение температуры шлака на 100° привело к возрастанию десульфурации с 30 до 59%. Как показали опытные данные, десульфурации чугуна препятствует наличие в шлаке Si02 . В одной из плавок десульфурация снизилась до 5% при содержании 46,92% Si02 . Снижение же Si0 2 до 7,28% привело к увеличению степени десульфурации до 30%.

Эксперименты на различных моделях электрошлаковых вагранок показали, что уже при tm = 1600°С достигается степень десульфура­ ции 50%. При более высоких температурах шлака можно увеличить степень десульфурации до 80—90%.

Известно, что электрошлаковый переплав значительно улучшает качество большинства сплавов: уменьшается содержание неметал­ лических включений, газов, вредных примесей. ЭШП существенно влияет на структуру металла, изменяя в лучшую сторону большин­ ство качественных показателей сплава [197]. Эти преимущества электрошлакового переплава сохраняются и при электрошлаковой выплавке чугуна.

Опытами установлено, что обработка шлаком в течение 15 минут

309

Т Е Х Н И К О - Э К О Н О М И Ч Е С К АЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ПЛАВКИ ЧУГУНА

1. А Н А Л И З Э К О Н О М И Ч Е С К О Й Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т И М Е Т О Д О В П Л А В К И Ч У Г У Н А

Экономическая эффективность современных методов плавки чугуна определяется капиталь­ ными затратами на реконструкцию или стро­ ительство новых плавильных агрегатов и влия­ нием выбранного метода плавки на себесто­ имость чугуна [199].

Капитальные вложения

Объем капитальных вложений и их состав в значительной мере зависят от масштаба внед­ рения в производство новой •техники.

Общая сумма капитальных вложений может быть определена как сумма капитальных вло­ жений в плавильное оборудование и капиталь­ ных вложений в строительно-монтажные ра­ боты.

Капитальные вложения в технологическое оборудование Ко,потребное для производства годового количества жидкого металла по ва­ риантам, рассчитываются по формуле:

оборудования.

311