Технология плавки

Вместимость печи должна сочетаться с частотой тока индукционной печи и размерами кусков шихты. Так, печи малой вместимости лучшие показатели имеют при высоких частотах, а печи большой вместимости, наоборот, -при низких частотах. При частоте ниже оптимальной наблюдается сильное перемешивание жидкого металла, что приводит к увеличению его угара и повышению загрязненности расплава неметаллическими включениями. При частоте выше оптимальной перемешивание ванны металла очень слабое, то соответственно медленнее протекают процессы растворения компонентов шихты в расплаве и его гомогенизации.

При твердой завалке с повышением частоты тока можно применять более мелкие куски шихты. При плавке на «болоте» размер кусков шихты не имеет большой значимости. При данной производительности печи с понижением частоты тока потребляемая мощность становится меньше, поэтому удельный расход энергии у печей промышленной частоты меньше, чем у высокочастотных. При заполненности полости тигля печи металлом не менее, чем на 2/3 высоты используемая мощность печи повышается до 100 %.

Плавку в индукционной печи промышленной частоты следует вести с «болотом», т. е. с остатком жидкого металла от предыдущей плавки в количестве не менее 25-30 % массы номинальной садки металла в тигле. Плавку начинают с подачи на «болото» карбюризатора (науглероживателя) в количестве 60-70 % от расчетного, затем загружают стальной лом и стальную стружку, лом чугунный и чугунную стружку и в последнюю очередь отходы собственного производства. Все загруженные шихтовые материалы должны быть сухими. Перед загрузкой в печь кусковую металлическую шихту рекомендуется подогревать до 350-650 °С, а стружку до 150-250 °С.

Расплавление шихты производят в форсированном режиме. После расплавления шихты и удаления шлака в печь вводят оставшуюся часть карбюризатора и расчетное количество ферросплавов. Металл в печи перегревают до заданной температуры, затем скачивают шлак и измеряют температуру расплава. Одновременно отбирают пробы для экспресс-анализа химического состава. После получения результатов анализа производят (при необходимости) корректировку химического состава и доводку температуры металла.

При расчете шихты необходимо как можно точнее учитывать степень усвоения компонентов и угар элементов. Общий угар металла определяется номенклатурой шихтовых материалов и их окисленностью, способом ввода ферросплавов и карбюризатора, температурой нагрева и выдержки металла в печи.

Степень усвоения углерода из электродного боя составляет 80-85 %. А скорость усвоения углерода имеет обратную зависимость от размера кусков карбюризатора: чем крупнее карбюризаторы, там медленнее он растворяется в расплаве.

Угар Si также зависит от нескольких факторов. При вводе карбюризатора в жидкий металл он выше в 1,4…1,5 раза, чем при вводе карбюризатора в завалку. Приттемпературах до 1420-1450 °С кремний имеет большее сродство к кислороду, чем углерод и марганей, поэтому происходит избирательное окисление кремния. А при более высоких температурах, наоборот, углерод имеет большее сродство к кислороду, поэтому происходит уже преимущественный угар углерода. Это сопровождается восстанавлением кремния углеродом из кремнезема футеровки и шлака, вследствие чего содержание его в процессе высокотемпературной выдержки чугуна в тигле печи не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. При вводе ферросилиция в жидкий малоуглеродистый чугун степень усвоения кремния составляет ~ 85 %.

Угар Мn для в большинстве случаев не превышает 20 % и зависит от способа ввода ферромарганца и температуры нагрева, но почти не зависит от времени выдержки. При вводе ферромарганца в жидкий металл одновременно с ферросилицием и боем электродов он усваивается полнее, чем при вводе в завалку.

Угар Сr жидким чугуном определяется температурой и при 1470 °С составляет 5…6 %.

Максимальное содержание серы в чугунах, выплавленных из стальной стружки, составляет 0,055 мас.%, а для большинства плавок не превышает 0,03 мас.%. При выдержке жидкого чугуна в печи количество серы почти не изменяется, а при нагреве выше 1450 °С несколько понижается. Содержание фосфора при индукционной плавке практически не изменяется, поэтому при выплавке его из стального лома и стружки оно не превышает 0,03-0,04 %.

Скорость нагрева металла в печах промышленной частоты составляет ~10 °С/мин, а средней частоты - 30 ° С/мин.

Чугун в индукционных печах выплавляют методом сплавления компонентом шихты. При этом в качестве углеродсодержащего компонента используют чушковый доменный литейный и передельный чугуны или специальные карбюризаторы. В последнем случае шихта может состоять из стального лома, ферросплавов и карбюризатора. Полученный из такой шихты чугун называют синтетическим, поскольку получен (синтезирован) без применения чушкового чугуна. При плавке синтетического чугуна наиболее важным металлургическим процессом является науглероживание расплава. Карбюризаторы можно вводить в завалку вместе с основной шихтой или после её расплавления на зеркало расплава. Растворение углерода протекает медленно (со скоростью 0,1 %/мин) и с поглощением тепла, поэтому в период науглероживания необходимо поддерживать высокую температуру металла - не ниже 1450 °С. Электромагнитное перемешивание жидкого сплава в электропечах промышленной частоты способствует быстрому и полному усвоению карбюризатора.

Доводку состава чугуна начинают с корректировки содержания углерода: при его нехватке на расплав дают дополнительную присадку карбюризатора, а при его избытке в расплав вводят стальной лом. Затем производят корректировку состава чугуна по кремнию и марганцу.

При плавке чугуна в индукционно-плазменной печи вследствие высокой температуры в зоне плазменной дуги и наличия в печном пространстве нейтральной атмосферы повышается раскислительная способность углерода. Поэтому угар углерода возрастает и может достигать 20%, тогда как угар кремния не превышает 8 %. Избирательное окисление углерода обеспечивает высокую степень усвоение легирующих элементов, %: 97-99 Mn, 96-98 Cr, 98-100 Ni и Mo, 60-80 Ti. Потери железа не превышают 2 %. Чугун индукционно-плазменной плавки содержит меньше газов и неметаллических включений, чем чугун открытой индукционной плавки.

Применение индукционных печей обеспечивает получение чугуна с более точным химическим составом, с заданными структурой и механическими свойствами. Температура чугуна на различных этапах плавки и при выпуске может регулироваться с высокой точностью (до 5 °С) в соответствии с заданным режимом, при этом перегрев металла от температуры 1300 °С и выше оказывается более экономичным, чем при плавке в вагранке. Индукционные печи характеризуются высоким КПД при перегреве (до 85 %), небольшим угаром легирующих элементов, наименьшим из всех плавильных агрегатов пылегазовыделением, а также возможностью применения защитных атмосфер для ведения технологического процесса. Индукционные печи обеспечивают гибкость технологического процесса, лёгкую смену марок чугуна, а интенсивное перемешивание - однородность состава и свойств чугуна.

В индукционных печах можно получать любые марки нелегированных и легированных чугунов. В них можно утилизировать чугунную и стальную стружку практически без ограничений. При использовании дешевой шихты, состоящей из стального и чугунного лома, в том числе и самых дешевых металлоотходов - стружки, высечки и отходов листовой штамповки, себестоимость жидкого чугуна при плавке в индукционных тигельных печах оказывается ниже ваграночного. Ввиду дефицита и высокой стоимости кокса преимущества индукционной плавки чугуна по сравнению с ваграночной плавкой становятся все более очеевидными. А низкий угар легирующих элементов и возможность активного перемешивания расплава делают инукционную плавку чугуна конкурентно способной и перед дуговой плавкой чугуна.

Недостатками индукционных печей как плавильного агрегата для чугуна, являются «холодный» малоактивный шлак, не позволяющий проводить его эффективную дефосфорирующую и десульфурирующую.

Дата добавления: 2014-01-07