Отливки из белого и отбеленного чугуна

Категория:
Литейное производство


Отливки из белого и отбеленного чугуна

Основным классификационным признаком чушкового чугуна является содержание кремния, по которому чугун делят на пять марок. Кремний наряду с углеродом является основным элементом, определяющим структуру и свойства чугуна. В зависимости от содержания других элементов чушковые чугуны делят на группы (по марганцу), классы (по фосфору) и категории (по сере). Для удобства шихтовки масса одной чушки не должна превышать 25 кг.

Для выплавки чугунов, легированных хромом, используется природнолегированный чушковый чугун, выплавляемый из Орско-Халиловских руд. Этот чугун содержит 2,1-3,7% Сг и до 0,6% Ni.

Для регулирования содержания кремния и марганца в выплавляемом чугуне в шихту добавляют ферросплавы.

Значительную часть шихты составляют вторичные черные металлы — собственные отходы производства, а также чугунный и стальной лом со стороны. Существующие стандарты и технологические условия предусматривают разделение лома на группы в зависимости от химического состава (легированный и нелегированный). Установлены допустимые пределы по размерам кусков и их массе.

В литейном цехе, как правило, производят дополнительную сортировку и выборочный химический анализ лома и возвратов, чтобы обеспечить минимальный разброс показателей по химическому составу в каждой партии вторичных черных металлов, применяемых для шихтовки. В случае необходимости куски лома разбивают с тем, чтобы максимальный размер их не превышал V3 диаметра шахты вагранки.

В качестве топлива для ваграночной плавки в основном используют каменноугольный литейный кокс, классифицируемый согласно ГОСТу на три сорта.

Пористость литейного кокса должна быть не выше 45%. В качестве флюса преимущественно используют известняк, содержащий не меньше 50% СаО и не более 3% (Si02 + А1203).

Конструкция вагранки и плавка в ней

Цилиндрический кожух вагранки опирается на подовую плиту и колонны. В подовой плите имеется отверстие, которое во время плавки закрыто крышкой. По окончании плавки крышка открывается и через отверстие удаляются остатки кокса, шлак и др.

Кожух изнутри футеруют, как правило, шамотным кирпичом или шамотной набивной массой. После окончания ремонта и закрытия крышки 2 специальной массой набивается под, имеющий уклон к летке 9 для выпуска жидкого чугуна.

Воздух для горения кокса подается от воздуходувки в фурменный коллектор. Давление воздуха в среднем 500- 1000 мм вод. ст. Из фурменной коробки воздух направляется в фурмы, расположенные на определенном расстоянии от пода. Пространство от уровня фурм до пода называют горном. В верхней части горна имеется летка для выпуска шлака. При отсутствии копильника жидкий чугун через летку по желобу периодически выпускается в разливочные ковши. Над уровнем фурм находится шахта вагранки. Через окно загружают шихтовые материалы, топливо и флюсы.

Продолжением шахты является труба вагранки, заканчивающаяся искроуловителем, назначение которого — улавливание мельчайших твердых частиц, уносимых отходящими газами. Вагранка может иметь копильник. В этом случае металл непрерывно стекает в копильник, а из него периодически выдается в ковши. Шлак также непрерывно стекает в копильник и периодически выпускается через летку.

Длительность плавочной компании вагранки определяется организацией работы в формовочно-сборочном отделении. Обычно она не превышает 16-20 ч. В плавильном отделении устанавливают две вагранки, работающие попеременно через день. В одной вагранке плавят чугун, а другую ремонтируют и подготовляют к плавке на следующий день. В цехах с большим выпуском отливок вагранок может быть несколько.

После выбивки и охлаждения вагранки производят очистку от шлаковых настылей, восстановление футеровки и набивку пода. В подготовленную к плавке вагранку через окно загружают перовую порцию кокса. В несколько отверстий, имеющихся в нижней части горна, вставляют переносные газовые горелки и разжигают кокс. После того, как весь кокс равномерно раскалится, горелки убирают, отверстия в горне заделывают огнеупорной массой и дальнейший розжиг кокса производят за счет подачи воздуха через фурмы.

Первую порцию кокса, лежащую на подине вагранки, называют холостой колошей. Высота холостой колоши зависит от производительности вагранки и режима плавки. В большинстве случаев верхний уровень холостой колоши выше уровня фурм на 800-1200 мм.

После того как холостая колоша доведена до заданного уровня и кокс в ней раскален, начинают загрузку вагранки. Через окно попеременно загружают рабочие колоши — металлические и топливные, а также флюс. Всего в шахте помещается 5-7 рабочих колош.

Рис. 1. Схема вагранки

Рис. 2. Вагранка с копильником

Затем включают дутье, и начинается процесс плавки. За определенный отрезок времени после начала плавки выделившегося (за счет горения кокса) тепла оказывается достаточно для расплавления первой металлической колоши. За это время сгорает часть кокса холостой колоши и уровень ее соответственно понижается (обычно на 100-200 мм). Но за расплавившимся металлом находится кокс рабочей колоши, который присоединяется к коксу холостой колоши и восстанавливает ее первоначальную высоту. Процесс плавления следующих металлических колош проходит по такой же схеме. Следовательно, для поддержания постоянной высоты холостой колоши кокса в рабочей колоше должно быть столько, сколько его сгорает за время расплавления одной металлической колоши.

В результате сгорания кокса и проплавления одной металлической колоши столб шихты и топлива в шахте опускается и через загрузочное окно загружают очередную металлическую и топливную колошу.

Таким образом, непрерывно происходит процесс плавки до окончания плавочной компании.

Процессы горения и зоны в вагранке.

Рис. 3. Изменение состава газовой фазы по высоте холостой колоши

Рис. 4. Общая схема ваграночного процесса

Эту область можно разделить на две зоны. Непосредственно над фурмами располагается кислородная зона, где протекают главным образом реакции (1), (2) и (3), идущие с выделением тепла. К концу этой зоны кислород воздуха практически полностью израсходован и начинается редукционная зона, где получает развитие реакция (4), проходящая с поглощением тепла. Соответственно снижается содержание С02. Установившееся соотношение в дальнейшем при прохождении газов в шахте вагранки не изменяется.

Общую схему ваграночного процесса можно представить в виде диаграммы. В левой части диаграммы показано изменение состава газовой фазы, а в правой — изменение температуры газов te и металла tM.

Вагранку по высоте можно разделить на пять зон: I — подогрева; II — плавления; III — редукционная и IV — кислородная холостой колоши; V — горн.

Рассмотрим процессы, проходящие в отдельных зонах.

I зона. Газы движутся навстречу шихтовым материалам, нагревая их. Температура газов снижается примерно от 1200° до 300-500° С. Топливо, нагреваясь до 100° С, теряет содержащуюся в нем влагу, а при нагреве до более высоких температур теряет и летучие вещества.

II зона плавления металла. Кусок металла нагревается до температуры плавления сначала на поверхности, затем по всему сечению и полностью расплавляется. Температура металла при этом будет постоянной и равной температуре плавления. По мере сгорания кокса и снижения верхнего уровня холостой колоши, зона плавления перемещается соответственно вниз; к моменту начала плавления следующей металлической колоши верхний уровень холостой колоши вновь возвращается в исходное положение за счет кокса рабочей колоши. Но в течение всего периода плавления куски металла омываются газами, соответствующими составу редукционной зоны, не содержащими свободного кислорода. Газы во II зоне значительно охлаждаются за счет передачи тепла на нагрев и расплавление металла.

В III и IV зонах капли металла перегреваются вследствие излучения раскаленного кокса, а также высокой температуры, газов. Чем выше эта температура и больше промежуток времени нахождения капли“металла в III и IV зонах, тем больше степень перегрева.

Рис. 5. Изменения температуры t в вагранке над уровнем фурм в зависимости от расхода кокса (а), воздуха (б), температуры воздуха (в)

Степень перегрева чугуна можно повысить увеличением расхода кокса (h), а также расхода воздуха или его температуры (Л и /тах).

Номограмма, приведенная на рис. 6, показывает зависимость температуры чугуна и производительности вагранки от расхода кокса и количества дутья. Из номограммы следует, что при увели-цении расхода кокса и неизменном расходе воздуха повышается температура чугуна, но снижается производительность вагранки, так как на сгорание кокса одной рабочей колоши (и проплавлении одной металлической колоши) требуется больше времени.

Увеличение расхода воздуха повышает производительность вагранки и до определенного предела температуру чугуна.

Изменение состава чугуна при плавке. Состав газовой фазы в / — IV зонах, где металл расплавляется или находится в жидком состоянии, является окислительным по отношению к железу и остальным элементам — постоянным спутникам чугуна. Однако конечный состав чугуна определяется не только воздействием газовой фазы, но и влиянием шлака, а также взаимодействием жидкого металла с коксом.

В результате окисления железо, кремний и марганец угорают и окислы их (FeO, Si02, МпО) переходят в шлак. В зависимости от дутьевого и топливного режимов плавки и определяемого ими. состава газовой фазы угар кремния составляет 5-15%, марганца – 10-20%. Фосфор окисляется до Р205, однако этот непрочный окисел не связывается кислыми ваграночными шлаками, полностью восстанавливается и весь фосфор переходит вновь в металл. Таким образом, при обычных условиях плавки концентрация фосфора не изменяется.

Наиболее сложно регулировать содержание углерода в выплавляемом металле. Во всех зонах, где металл находится в жидком состоянии, одновременно происходят два процесса — окисление углерода в металле газовой фазой и науглероживание металла за счет углерода кокса. Только в нижней части горна, где состав газа восстановительный, происходит последний процесс. Особое значение приобретает процесс науглероживания при применении в. составе шихты стального лома.

Удельная производительность вагранки

Рис. 2. Зависимость производительности вагранки и температуры чугуна от расхода кокса и воздуха

Таким образом, конечное содержание углерода в выплавленном чугуне зависит от ряда факторов. Важнейшими из них являются содержание стали в шихте, окислительная способность газовой фазы и продолжительность нахождения жидкого чугуна в горне вагранки. Наряду с этим влияют факторы, определяющие интенсивность науглероживания углеродом кокса (температура в III и IV _зонах, размер кусков кокса, содержание золы в нем и пр.).

На практике для данных условий плавки экспериментально определяют коэффициенты, характеризующие изменение содержания углерода при проплавлении шиит различного состава.

Содержание серы в чугуне при обычных методах плавки на кислых шлаках повышается главным образом за счет насыщения серой кокса. Поэтому, чем выше содержание серы в коксе и больше его расход, тем выше концентрация серы в выплавленном чугуне при прочих равных условиях. Обычно содержание серы увеличивается на 50-150% по сравнению с исходным.

При необходимости получения чугуна с низким содержанием серы применяют специальные методы плавки в вагранке на основных шлаках.

Не растворимое в металле соединение CaS переходит в шлак. Эффективности процесса обессеривания способствуют повышение критерия основности шлака, снижение содержания FeO в шлаке и повышение перегрева. Опыт показывает, что при основном ваграночном процессе можно не только предотвратить насыщение металла серой из кокса, но и выплавлять чугун с содержанием серы ниже исходной.

При плавке на основных шлаках указанного состава дефосфорация не 1500 происходит, так как требования к про- що цессу различны. Для удаления фосфора высокоосновный шлак должен содер- W0 жать 20-30% FeO и плавка должна проводиться при возможно низких температурах.

При неизменном расходе кокса можно обеспечить повышение температуры перегрева чугуна на -70°. При сохранении той же температуры чугуна можно снизить на -30% расход кокса. Может быть принят и промежуточный вариант, при котором имеет место экономия кокса при одновременном повышении температуры чугуна.

Рис. 8. Схема вагранки с установкой для подогрева воздуха:

На рис. 8 приведена схема вагранки с установкой для нагрева воздуха теплом отходящих ваграночных газов, отсасываемый ниже загрузочного окна через заборный патрубок. Газы подвергаются очистке в пылеуловителе, дожигаются в камере и попадают в рекуператор, где осуществляется нагрев воздуха. Установка имеет устройства к для периодической очистки элементов рекуператора дробью.

Печи периодического действия

Кроме вагранки, где процесс плавки протекает непрерывно, применяют агрегаты периодического действия — отражательные печи и электропечи, а также дуплекс-процесс, при котором расплавление чугуна осуществляется в вагранке, а перегрев и доводка до заданного химического состава — в отражательных или электрических печах. Дуплекс-процесс широко применяют в литейных цехах ковкого чугуна для получения чугуна с низким содержанием углерода (2,4-2,8%) и высоким перегревом.

Рис. 9. Схема конструкции отражательной печи

На рис. 9 приведена схема конструкции отражательной печи с индивидуальной трубой. Подобные печи используют, в частности, в литейных цехах, производящих прокатные валки. Расход топлива составляет 15-20% от массы садки, к. п. д. — 7,5- 11,5%, т.е. в 3-4 раза меньше, чем вагранки.

Свод таких печей может быть выполнен в виде съемных арок. Это дает возможность загружать крупные куски шихты через свод мостовым краном.

Плавка чугуна в тигельных индукционных печах имеет ряд преимуществ: возможность получения точного химического состава, низкий угар элементов (что особенно важно при выплавке легированного чугуна), высокий перегрев металла.

Экономичность электропечной плавки в значительной мере зависит от стоимости электроэнергии. Но себестоимость жидкого руна может быть снижена за счет использования дешевых материалов (стружки, отходов листового материала и т. д.). Расход электроэнергии составляет порядка 600 квт-ч/т.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум