Сравнительная характеристика различных плавильных установок

Категория:
Вагранка


Сравнительная характеристика различных плавильных установок

В настоящее время (применяется много различных способов плавления металлов, и для каждого способа имеется много тапок оборудования. Каждый способ или комбинация способов, как н оборудование, имеет свою область применения. Каждый новый игл требует некоторых нововведений в конструкцию здания; некоторые особенности тех или иных типов производства застил я ют строить специальные, не общепринятого типа, здания.

Каждый из способов плавки обладает определенным пределом мощности оборудования и требует разного расхода топлива на единицу расплавленного металла. Каждый способ имеет свои1 эффективность (коэфициент полезного действия), вследствие чего получается разница в стоимости металла,

В прошлом придерживались правила устанавливать мартеновскую печь вблизи места производства доменного чугуна, В настоящее время этого не соблюдают, так как мартеновская печь требует теперь для шихты больше скрапа, и мартеновские заводы начали строить ближе к заводам, дающим большое количество скрапа, к центрам обора железного лома, В качестве примера укажем на мартеновскую установку Стальной великоозерной корпорации (Детройт); мощные плавильные установки для. литья из cтали, ковкого или серого чугуна расположены в районах большого скопления лома, как например Чикаго, Мильуоки, Детройт, Кливленд, Буффало и Питтсбург. Здесь налицо благоприятное сочетание, поскольку Чикаго, Кливленд, Буффало и Питтсбург являются вместе с тем крупными центрами производства доменного чугуна.

Считается доказанным, что идеальным месторасположением литейной установки является пункт максимального потребления продуктов литеиного производства и вместе с тем центр, к которому тяготеет район накопления лома.

1. Бессемеровский конвертер

Конвертер может применяться в комбинации с каким-либо другим платштемьным аггрегатом, например с доменной или печью или с вагранкой.

Процесс плавки в конвертере состоит в том, что воздух под давлением вводится в жидкий чугун, наливаемый в реторту. Воздух, проходя через чугун, окисляет содержащиеся в сплаве химические элементы: углерод, кремний, марганец и т. д., пере водя таким образом чугун в сталь. Процесс происходит без постороннего топлива, так как температура ванны поддерживается и поднимается за счет тепла, выделяемого при горении примесей чугуна.

Выгодной стороной конвертера является сравнительно невысокая первоначальная стоимость установки и возможность производства более или менее значительных количеств металла при низкой стоимости продукции. Однако потери металла в процессе бессемерования довольно большие. 15—20 % от металла, заливаемого в конвертер.

Качество продукта, получаемого бессемерованием, опорно, но есть основания полагать, что щри нынешнем усовершенствованном металлургическом контроле конвертер ,в состоянии давать отливки, качество которых может выдержать сравнение с продуктом, получаемым при других, более высоко расцениваемых процессах.

Плавильная установка рассматриваемого типа может быть двух конструкций:
1) с нижним дутьем и 2) с боковым дутьем — так называемый конвертер Тропенаса, Последний тип Обычно устанавливается в литейных стального литья. Процесс бессемерования может вестись на кислой или на основной футеровке. Кислая футеровка обычно предпочитается в литейной промышленности. Емкость установки колеблется от 1 до 10 т. причем общепринятым является размер в 1,5 т.

2. Мартеновская печь

Мартеновская печь, обычно считающаяся установкой только для производства стали, иногда (Применяется и для производства ковкого чугуна, а также серого чугуна высокого качества. Размер печей для такого применения ограничивается емкостью не более 35 т.

Мартеновские печи (регенеративного типа) применяются только для производства больших отливок или для получения высококачественного чугуна. Они в состоянии давать чугун, имеющий температуру свыше 1500°. Мартеновская течь — очень экономичная установка, если ее применять для массового производства и если операцию отливки можно производить периодически. Низкая стоимость эксплоатацин мартеновской печи объясняется, с одной стороны, небольшим количеством рабочих рук в случае, когда операция загрузки механизирована, а с другой стороны, Тем, что при составлении шихты можно пользоваться низкосортными сырыми материалами. Высокая температура ванны и процесс рафинирования, происходящий в этой печи, компенсируют низкое качество материалов, идущих св завалку.

В качестве топлива для мартеновской печи можно применять мазут, генераторный газ, смолу и нефтяные масла. Количество топлива, расходуемого на выплавку металла, равно ib среднем 33%, от веса выпущенной продукции.

Отрицательной стороной установки этого типа является высокая Первоначальная. стоимость оборудования и то обстоятельство, что операция не может быть приспособлена для непрерывной заливки из одной печи при отсутствии оборудования в виде дорогостоящих миксеров.

Мартеновская печь может работать на кислом или на основном иоду. Обычно считают, что для получения высококачественных отливок процесс плавки следует вести на кислом поду. Основной процесс применяется при использовании низкосортных материалов в металлической шихте. В литейном деле обычно мользуются кислым процессом.

3. Тигельная печь

Тигельная печь — один из самых старых типов плавильных аггрегатов в чугунолитейной и сталелитейной промышленности. Продукция именно этого плавильного процесса служила стандартным мерилом для определения качества продукции, полутемой из всех установок других типов.

Тигельная печь раньше применялась для плавки цветных металлов, а также ковкого чугуна, серого чугуна и стали. По причине высокого расхода горючего, доходящего до 50% от веса выплавляемого металла, короткого срока службы установки и высокой стоимости тиглей этот тип печи был почти вытеснен электропечью.

Старый тип неподвижных тигельных печей уступил свое место новому типу качающихся тигельных печей, отапливаемых мазутом.

4. Электропечь

Электропечь можно считать позднейшим типом в ряду плавильных установок, применяемых в литейных цехах. Для плавки чугуна электропечь впервые начала применяться после 1914 г., когда к металлу были предъявлены высокие требования в отношении качества продукции и низкой стоимости ее. Всем известен факт, что достоинства, приписываемые электропечи в отношении возможностей, которые она может дать, оказались несколько преувеличенными, н в некоторых случаях рекламирование электропечи послужило во вред другим типам плавильного оборудования. Следует помнить, что электропечь, являясь необходимой в некоторых случаях, не должна рассматриваться как исключающая все другие типы (при выборе плавильной установки. Электропечь имеет свои собственные задачи и свое место в ряду других плавильных аггрегатов для литейных целей.

По типу электропечи могут быть разделены на две группы:
1) индукционные печи и 2) дуговые печи. Обе группы получают различное конструктивное оформление.

Индукционные печи применяются только для производства сталей и высококачественных сплавов, дуговые же печи кроме самостоятельной плавки цветных металлов, сталей, а также ковкого и серого чугуна применяются в дуплекс-процессах в комбинации с вагранкой.

Факторами, тормозящими развитие электропечей, являются высокая первоначальная стоимость печи и сравнительно высокая стоимость электрической энергии. При низкой стоимости электроэнергии электропечь может конкурировать с любой другой установкой.

Обычно считается, что средний расход энергии на 1 г составляет: для стали 580 kWh, для серого чугуна 530 kWth и для дуплекс-операции 125 kWh. Стоимость энергии и содержания лечи является определяющим фактором при выборе типа плавильного аггрегата. Стоимость содержания находится в прямой зависимости от температуры, при которой .работает печь.

Высокая стоимость экоплоатации электропечи может быть частично, а возможно и полностью компенсирована дешевым материалом, идущим в плавку (мелкий лом, стружка от расточки и токарная), пли же ломом, содержащим дорогие легирующие элементы.

Температура, до которой можно перегревать металл, достигает 1800°. Достижение высоких температур возможно, конечно, при надлежащей футеровке печи.

Качество металла, получаемого в электропечи, очень высокое и не уступает качеству тигельного металла, а в некоторых случаях даже превосходит его.

Преимуществом установки этого типа является гибкость процесса и удобство контроля, а также способность давать металл тонкой структуры, которую невозможно получить при другом способе плавки.

5. Отражательная печь

Отражательная печь совершенствовалась в течение долгого периода времени. Изобретение ее приписывают небольшой литейной ковкого чугуна в Массачузете (США). В действительности конструкция ее выросла из старой пудлинговой печи.

Отражательная печь служила основным аггрегатом для производства. ковкого чугуна и высокосортного чугуна, называвшегося

прежде «сталиотый чугуном». В настоящее время она применяется или самостоятельно, или кале часть аггрегата в дуялекс-цроцессе для переработки серого чугуна я ваграночного ковкого <гугуна.

Первоначальная стоимость этой установки невысока, но иксплоатацнонные расходы довольно высоки.

Топливом для отражательных печей служат: уголь, нагружаемый вручную, пылевидное топливо и нефтяные остатки (мазут). Расход топлива, вообще говоря, высокий вследствие малого коэфициента полезного действия печи. Расход горючего колеблется от 30 до 40% от веса выплавляемого чугуна в зависимости от применяемого способа отопления и рода топлива.

Отражательная печь обеспечивает возможность контролировать химический состав и температуру плавки. Температуры, получаемые в отражательной печи обычной конструкции, достигают 1550°, в то время как температуры печей с подогревом дутья превышают 1600°. Последнему типу отражательной печи дается предпочтение в новых дуплекс-установках.

6. Вращающаяся печь

Вращающиеся печи появились в литейном деле в последние годы. Они нашли широкое распространение в Европе, в частности в Англии. В США они прививались медленно вследствие конкуренции других многочисленных типов печей, выполняющих те же функции, а также по той причине, что для них необходимо было импортировать материал для футеровки — высококачественную монолитную глину.

Толчок к развитию вращающихся печей был дан в 1927 г.. когда в Англии этот тип печи показал ряд преимуществ цри производстве специальных сортов чугуна. Но и после swore вращающиеся печи не нашли распространения в США — стран» :м ассового производства.

Вскоре фирма Армстронг, Витворт и Ко, близ Ноюкэстл и (Англия), разработала установку для массового производства, которая в некоторых отношениях превзошла, достижения американских литейщиков. Эта установка состоит из четырех вращающихся печей, расположенных по одной линии. Печи автоматически загружаются 1,5-тонной напольной шаржир-машиной. Все операции передвижения материалов в зтой лечи совершаются механически. Печи имеют емкость: одна в 10 т, две -по 1 т и одна в 2 т, что дает возможность заводу плавить 1000 т чугуна в 8-часовую смену. Эта установка с вращающимися печами успешно выполняет задачу массового производства литья.

Имеются два типа вращающихся печей: 1) германский — нечь Вракельсберга и 2) французский — печь Сесси. Каждая имеет свои особенности, но принцип работы пх совершенно одинаковый.

Подобно отражательным печам вращающиеся лечи могут работать на пылевидном топливе, мазуте и газе. В описываемой литейной применяется пылевидное топливо. В этой установка пылевидный каменный уголь сжигается только в течение периода нагрева печи. Когда печь достигает достаточно высокой температуры, чтобы подогревать воздух до 200°, отопление переводят с угольной пыли на пылевидный антрацит. Расход горючего составляет приблизительно 15%; от веса расплавленного металла Угар металла при работе этой печи составляет около 1%. Температура в печи может быть доведена до 1650°.

Срок службы футеровки из (высокосортной монолитной глины выдерживает без рамонта прогоревших мест около 150 плавок. Газы приходят в соприкосновение с футеровкой, а не с металлом, так как последний защищен слоем шлака. Шлак предохраняет металл от окисления. Вращение печи обеспечивает однородность металла, чего не удается достичь ни в одной из плавильных печей других типов.

Основными преимуществами вращающейся печи являются: возможность контролировать химический состав металла; способность печи переплавлять высокий процент скрапа и развивать высокую температуру; возможность получать низкоуглеродистый металл так же легко, как и высакоуглеродистый.

Этот тип печи появился в ряду других плавильных установок литейной промышленности в неблагоприятный момент конкуренции как с давно испытанными установками, так и с новыми,, например дуплекс-процессом, в котором комбинировалась ва-нранка с горячим дутьем и электропечь. С такими соперниками должна была выдержать борьбу еще почти неиспытанная в производстве и находившаяся в стадии экспериментального развития вращающаяся печь. Установка такой печи на Люберецком заводе в СССР оказалась неудачной вследствие недостаточного знакомства с особенностями этого рода оборудования при проектировании и монтаже. Мы приводим эти данные в целях беспристрастного суждения.

Надо думать, что при наличии богатых ресурсов в СССР можно будет найти материал,- который заменит дорогостоящую набоечную глину, и что при условии внесения необходимых изменений в конструкцию печи этот тип плавильного аггрегата станет серьезным фактором в производстве высококачественного чугуна и Советском союзе.

7. Вагранка

Вагранка является одним из старейших и наиболее распространенных типов плавильных печей в чугунолитейном деле. Не менее 80% всего переплавляемого металла в этой отрасли про-мцшленности проходит через вагранку. Но быстроте и зкономич-ности шавки вагранка остается непревзойденной. Хотя ее коэфициснт полезного действия редко достигает 40%, все же благодаря низкой стоимости экснлоатацин и способности давать непрерывный поток металла вагранка является наиболее выгодной плавильной установкой.

Имеются и другие преимущества, которые ставят вагранку на. первое место среди плавильных аггрегатав:
1) гибкость в отношении регулирования скорости плавки,
2) легкость, с какой она может переплавлять металлическую шихту разного состава,
3) удобство, с которым вагранка может (быть задута и выдута без (вреда для ее огнеупорной кладки, и
4) низкая первоначальная стоимость.

Ваграночная печь может быть приспособлена для любого размера литейной. В случае если требование на расплавляемый металл снижается но сравнению с запроектированной мощностью, вагранку можно облицевать футеровкой более значительной толщины, с уменьшением сечения в соответствии с новыми требованиями в отношении производительности.

Мощность вагранки колеблется в очень широких пределах: от 1 т и менее до 35 т жидкого металла в час.

Установка вагранки проста и дешева; стоимость эксплоатации тоже невысока. Расход горючего можно считать в 12—13% отвеса расплавленного металла. Содержание и ремонт ниже, чем любой плавильной печи, применяемой в литейной.

Вагранки имеют и недостатки, которые, впрочем, могут быть устранены при надлежащем контроле, а именно: 1) неоднородность состава выпускаемого металла, 2) высокую (зернистость чугуна, получающуюся в случае применения кокса непригодного-состава, и 3) недоступную температуру при обычных методах плавки.

8. Дуплекс-процесс

В дуплекс-процессе, абсолютно необходимом для производства-высококачественного чугуна или для получения однородного продукта, вагранка играет важнейшую роль. Введение этого процесса было вызвано, с одной стороны, настоятельным спросом на лучшие сорта продукта и необходимостью экономично выплавлять высококачественный чугун, в производстве которого можно было-бы использовать отходы, непригодные для других сортов металла. С другой стороны, это вызывалось требованиями в отношении увеличения производительности литейной, без значительного увеличения площади цеха (подобно тому, как это имеет место-в Сагиноу на заводах Дженерал Моторс Корпорейшен). Началом процесса можно считать введение триплекс-процесса Кранца. В настоящем же его виде процесс разработан фактически автомобильной промышленностью.

Основными установками в этом способе плавки являются: франка — в качестве плавильной лечи, и отражательная печь или вращающаяся печь, или же электропечь — для дуплекс-процесса. Вагранка с электропечью считается лучшей комбинацией.

В Европе дуплекс-процесс иногда используется для получения низкоуглеродистого чугуна, причем чугун берется непосредственно из доменной печи и рафинируется во вращающейся печи. Чугун, выпускаемый при этом процессе, находит широкое применение в автомобильной промышленности п на литейных заводах для производства закаленных прокатных валков.

Преимущества, дуплекс-процесса следующие:
1. Возможность при составлении шихты брать более низкие сорта металлов, чем это нормально требовалось бьт в простом (прямом) процессе плавки.
2. Выплавляемый металл имеет однородный химический состав.
3. Стоимость экснлоатацин может конкурировать с ординарным плавильным процессом.
4. Чугуну, получаемому к дуплекс-процессе, можно сообщить физические свойства, близкие к свойствам стали, путем присадки различных добавок и последующей термической обработки.

Снижение стоимости продукции достигается: 1) использованием низких сортов металла в шихте; 2) плавкой в вагранке при расходе горючего в 10%: 3) расходованием только 50—00 kWih/r при операциях перегрева и рафинирования. Дальнейшая экономия получается от использования специального лома в виде отходов, содержащих легирующие элементы. При плавке только й вагранках этот материал часто пропадает без пользы, а при душгекс-процессе он может быть добавлен к горячему металлу в электропечь без каких-либо заметных потерь.

Дуплекс-процесс в настоящее время уже вышел из стадии экспериментирования. Его промышленное значение уже доказано— он вполне окупает увеличение стоимости добавочной Операции процесса.

9. Сравнение различных плавильных установок

При сравнении разных типов плавильного оборудования мы, поскольку речь идет о чугуне, не будем усматривать мартеновский или бессемеровский процессы, хотя мартеновская печь находит применение для изготовления тяжелых отливок из чугуна и для производства ковкого чугуна, а. конвертер иногда используется в триплекс-процессе.

Следует признать тот основной факт, не говорящий в пользу вагранки, что при обычных условиях режима печи металл получается неоднородным, тогда как отражательная печь дает более однородный продукт, колебание качества которого зависит от продолжительности времени, необходимого для выпуска металла из печи, В отражательной печи в течение этого времени окисление элементов вызывает 10%-ное колебание в содержании при месей в чугуне, в вагранке же колебания достигают иногда 25%. Колебания в составе чугуна, переплавляемого в электропечи, менее 5%. В вагранках с передним гарном при точном составлении шихты колебания в составе могут быть снижены до 10%. и менее. Это уже ставит вагранку на один уровень с такими установками, за которыми общепризнана способность давать однородный металл.

Дальнейшим важным показателем работы плавильного airpe-гата является затрата труда на тонну выплавленного металла. Вагранка дает в среднем 25 т металла на 1 чел.смену, тогда кат; отражательная печь дает в среднем только 10 т, вращающаяся печь 8 т и электропечь только 3 т.

Ясно, что вагранка является наиболее производительной плавильной установкой. Когда она работает в комбинации с электропечью в дуплекс-процессе, производительность ее снижается только на 5 т. Поэтому повышение стоимости рабочей силы можно не принимать в расчет.

Сравнение стоимости топлива тоже дает интересные данные при подсчете стоимости различных процессов. При обычных условиях вагранка расходует 12—13%. топлива, отражательная печь 30%, а вращающаяся печь от 15 до 20%. Электропечь при плавке холодной шихты расходует в среднем 550 kWh1 на 1 т металла. Вагранка, оборудованная подогревом дутья, требует менее 10% топлива, а при комбинированной работе с электропечью требует добавочных только 100—125 kWh. для перегрева, и рафинирования чугуна. Таким образом добавочная стоимость дуплекс-процесса фактически компенсируется качеством чугуна, и вагранка приобретает явные преимущества. При этом чугун получается более низкой стоимости, чем из других плавильных печей, дающих такой же качественный чугун.

Футеровка вагранки служит в течение 6 месяцев, тогда как срок службы футеровки отражательной печи редко превышает 100 плавок. Футеровка Электропечи выдерживает © среднем 1000 плавок. Свод электропечи редко выдерживает более 100 плавок. Вращающаяся печь до последнего времени показывала сроки службы футеровки в среднем 150 плавок. Таким образом вагранка и в этом: отношении оказывается впереди всех других печей.

В отношении непрерывности плавки вагранка является в своем роде., единственной печью. Все другие пета по существу дела являются периодически /действующими плавильными установками, если только они не комбинируются с вагранкой или каким-либо другим плавильным аггрегатом.

Хотя вагранка и является наиболее удобным плавильным аггрегатом для литейных цехов, все же в современном техническом мире выдвигают некоторые возражения против ее применения. Так в недавних работах Пивоварского мы находим ряд указаний на Неоднородность состава металла, выплавляемого в вагранке. Но наряду с этим имеются работы талантливых американских металлургов — Борнштейна (Bornstein), Ротера (Rothfer), Смита (Smith) и Мак Ферана (Mac Pheran), придерживающихся иного взгляда на работу вагранки. Мак Феран недавно представил доклад Американского общества литейщиков, в порядке обмена, Английскому обществу литейщиков, в котором он горячо защищает вагранку и в подтверждение приводит многочисленные случаи доброкачественности ваграночного чугуна. Он отмечает однородность состава ваграночного металла нового производства.

Следует отметить, что в деле получения качественного чугуна из вагранки достигнуты большие успехи главным образом в США и в Англии. Это, пожалуй, можно объяснить тем, что научные исследования велись здесь рука об руку с действительными задачами производства.

СССР представляет собой плодотворное поле для развития литейной промышленности и достижения громадного технического прогресса в этой области, и в частности в области усовершенствования вагранки. В этом отношении были проведены некоторые исследования, но они не получили определенного приложения на практике. Нужно уделить этой отрасли промышленности больше внимания со стороны исследователей и конструк торов, чтобы добиться еще большего прогресса, чем СССР имеет в настоящее время.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум