Способы плавки черных сплавов

Вагранка предназначена для получения серого и белого чугунов и представляет собой печь шахтного типа непрерывного действия (рис. 3.1.а). Шахта вагранки – это стальной цилиндр диаметром от 850 до 2650 мм и высотой от 5 до 65 м, зафутерованной изнутри огнеупорными материалами. В подготовленную печь сверху загружают порциями (колошами) исходные материалы (кокс, флюсы, металлическую шихту), а через отверстия в нижней части вагранки (чугунную и шлаковую летки) выпускают расплавленный чугун и шлак.

Металлическая часть шихты включает чугун литейный чушковый, стальной и чугунный лом, брак литья, литники, ферросплавы,

В нижнюю часть шахты через коллектор и фурмы в вагранку подают воздух (холодный или горячий), необходимый для горения кокса. Отходящие газы, поднимаясь вверх, подогревают загружаемые материалы и выходят в атмосферу через искрогаситель. Исходные металлы по мере опускания разогреваются до расплавления и по каплям стекают в нижнюю часть вагранки (подину). При контакте с коксом металл дополнительно насыщается углеродом, в результате чего и получается чугун, который через летку периодически выпускается в разливочные ковши.

Для накопления большого объема расплавленного чугуна (до десяти тонн) вагранку комплектуют копильником. Обычно длительность непрерывной работы вагранки составляет две смены (за счет различных мероприятий срок службы вагранки доведен до 6 суток). После этого вагранку охлаждают и ремонтируют. В цехах массового производства вагранки используют попарно: одна в работе, вторая – в ремонте.Производительность современных вагранок – от 4 до 50 т/час, расход кокса – 10–14%, температура чугуна – до 1500 °С.

Главные достоинства вагранки: высокая производительность и относительно низкая стоимость получаемого чугуна, высокий тепловой КПД (до 45%), Недостатки: низкая стойкость огнеупорной кладки, большой угар полезных примесей (Si, Mn), сложность регулирования температуры чугуна.

В дуговых электропечах (рис. 3.1б) в качестве источника тепла используют электрическую дугу. Кожух 4 печи изготовлен из листовой стали и образует соответственно подину и свод печи 6, которые изнутри выложены огнеупорным кирпичом или набиты специальной теплоизоляционной массой. Через отверстия свода в печь вводятся три цилиндрических графитовых электрода 9, которые питаются трехфазным переменным током. Исходные материалы загружаются на подину сверху (при поднятом сдвинутом своде). Электрическая дуга возникает между электродами и металлической шихтой, температура дуги достигает 4500–6000 °С. Горение дуги регулируется автоматически со специального пульта. Рабочее напряжение – от 150 до 600 В, сила тока – до 10 000 А. Номинальная емкость печи от 0,5 до 50 тонн, производительность – 0,3–14 т/ч, установленная мощность – до 20 000 кВ А. Время плавки от 1 до 3 часов.

Необходимые ферросплавы и флюсы вводят в печь через рабочее окно10. Готовый металл сливают в разливочный ковш по желобу 2 при повороте печи с помощью механизма наклона 11.

К достоинствам электродуговой плавки можно отнести высокую производительность, возможность регулирования в широких пределах химсостава и температуры расплава. Недостатки процесса – большой угар легирующих элементов, значительный шум при горении дуги, проблема получения низкоуглеродистых сталей (из-за науглераживания от электродов).

Индукционные плавильные электропечи имеют несколько разновидностей – тигельные печи промышленной или высокой частоты, а также канальные печи.

Для плавки стали и чугуна применяют тигельные печи повышенной (500–1000 кГц) или промышленной частоты. Высокая частота ускоряет процесс плавки металла, но усложняет и удорожает электрооборудование печи.

Индукционная тигельная печь (рис. 3.1в) состоит из водоохлаждаемого (из медных трубок) индуктора 1, внутри которого расположен тигель 3, изготовленный из специальной огнеупорной набивной футеровки (при плавке стали, чугуна), или из графита и даже стали (при плавке цветных металлов). Емкость тигля – от 60 кг до 25 т. Ток к индуктору подводится от генератора высокой частоты – лампового или машинного. Для уменьшения потерь тепла большие печи снабжены съемным сводом. В тигель загружают исходные материалы (металл, флюсы) и включают ток индуктора. Переменный ток создает в зоне тигля интенсивный магнитный поток, который пронизывает куски металла в тигле и наводит в них мощные вихревые токи («токи Фуко»). Металл при этом быстро нагревается до расплавления. Под действием возникающих в жидком металле электродинамических сил он интенсивно перемешивается, что способствует выравниванию его температуры и химсостава. Слив металла и скачивание шлака из печи производится при наклоне печи в сторону сливного носка с помощью гидродомкратов или подъемных устройств.

Время плавки составляет от 45 мин до 2,5 часа, производительность от 50 кг до 33 т/ч, температура металла может достигать 1500–1700 °С.

Для плавки жаропрочных сплавов на основе Ni, и также для плавки легированных сталей применяют индукционные вакуумные тигельные печи периодического или непрерывного действия.

К достоинствам индукционных тигельных печей относятся: возможность выплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, низкий угар металла и примесей, высокая однородность сплава по химсоставу и температуре, благоприятные условия для удаления газов, относительно небольшие размеры печи, возможность плавления стружки. Недостатки: низкий тепловой КПД, вредное воздействие электромагнитных полей на обслуживающий персонал, высокая стоимость процесса.

Индукционные канальные печи (рис. 3.2.) применяют при плавке металла большого объема, а также при необходимости стабилизации его температуры и химсостава. Главные достоинства – высокий КПД (до 75%), уменьшение затрат на плавку металла в 1,2–2 раза. Недостатки: сложность обслуживания, необходимость непрерывной (суточный) работы печи, проблема очистки каналов от шлака и окислов.

Мартеновкие (пламенные) печи для плавки стали и чугуна в литейных цехех применяются очень редко – лишь для получения низкоуглеродистых сталей, а также при использовании крупногабаритного чугунного лома.

В литейных цехах массового производства для плавки серого и ковкого чугунов применяют также и два последовательно работающих плавильных агрегата (дуплекс-процессы): коксовая вагранка – дуговая электропечь, коксовая вагранка – индукционная канальная печь, дуговая электропечь – индукционная тигельная печь и др. Главные достоинства дуплекс-процессов: возможность регулировки и стабилизации химсостава и температуры жидкого металла, применение наиболее дешевых исходных материалов, снижение брака.

Дата добавления: 2014-01-11