Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Плавильные печи и плавка чугуна

31.01.2019


Для получения отливок плавку чугуна ведут в различных плавильных печах: вагранках, пламенных, электрических, дуговых индукционных печах и в тигельных горнах. Из всех плавильных агрегатов наиболее широкое распространение получила вагранка вследствие своей простоты, удобства обслуживания и относительно более высокого коэффициента полезного действия.

Вагранки. Вагранка была изобретена в России в XVIII в. Она представляет собой шахтную печь, имеющую снаружи железный кожух и футерованную внутри огнеупором. В качестве огнеупopa чаще всего применяют шамотный кирпич. В последнее время вагранки футеруют основными огнеупорными материалами с целью получения шлаков с более высокой основностью для уменьшения перехода серы из топлива в чугун.

Шахта вагранки установлена на подовую плиту, расположенную на четырех чугунных колоннах. В подовой плите имеется отверстие, которое перед плавкой закрывается крышкой, а по окончании плавки открывается. В нижней части шахты расположена воздушная коробка, через которую от вентилятора подается воздух в фурмы и поступает в вагранку. В верхней части шахты расположено загрузочное отверстие для загрузки материалов, труба и искроуловитель.

Газы из шахты через трубу доходят до искроуловителя, замедляют скорость движения и изменяют свое направление. Уносимые газом искры гасятся и вместе с частицами пыли осаждаются в боковых карманах искроуловителя, из которых спускаются в люки. Газ же выходит наружу через боковые отверстия искроуловителя.

Вагранки строят с копильниками и без копильников. Копильники бывают стационарные и поворотные. В них постепенно накапливают чугун до определенного количества. Это позволяет выравнивать химический состав чугуна при отливке деталей средних и крупных размеров. Недостатком копильника является то, что в нем понижается температура чугуна на 30—50° С. Для отливки деталей небольшого веса с тонкими стенками, плавку чугуна ведут в вагранках без копильника; скопление чугуна производится в горне вагранки.

Основными размерами вагранки являются внутренний диаметр Д (диаметр шахты) и полезная высота шахты Н, т. е. расстояние от верхней кромки фурм до нижнего среза завалочного окна. Удельная производительность вагранки определяется получением жидкого чугуна в тоннах на 1 м2 сечения шахты в час. По практическим данным, удельная производительность составляет 7—8 т/час.

Более широкое распространение получили вагранки с диаметром шахты 700—2000 мм, производительностью 3—25 т/час. Полезная высота шахты определяется в зависимости от диаметра вагранки, т. е. отношением Н Д, которое принимается равным для малых вагранок 3,7—5, для средних 3—4,5 и для больших 2,5—3,5. Отношение общей площади сечения всех фурм к сечению вагранки принимается в зависимости от ее основных размеров: для малых и больших вагранок 1:6, для средних 1:4. Высота от подины до нижней кромки фурм принимается разной для вагранок с копильником 150—300 мм и для вагранок без копильника 500—600 мм.

Для подачи воздуха в вагранки производительностью до 1 т/час устанавливают центробежные вентиляторы, обеспечивающие давление 350—700 мм вод. ст. В более крупных вагранках подача воздуха осуществляется трубовоздухопродувками, создающими давление 600—1200 мм вод. ст.

Расход воздуха для нормальной работы вагранки, по данным практики, должен быть в пределах 110—130 м3/м2/мин.

Давление воздуха в фурмах рассчитывают по формуле

где P — давление воздуха, мм вод. ст.;

F — площадь сечения вагранки, м2;

q0 — удельный расход воздуха, м3/м2/мин.

В последние годы в конструкции вагранок внесен ряд усовершенствований. Современная вагранка в отличие от ранее применяющихся имеет водяное охлаждение кожуха, подогрев вдуваемого воздуха и обогащение его кислородом. Применяются также коксогазовые вагранки.

Введение водяного охлаждения на вагранках позволяет следующее: 1) увеличить непрерывную длительность плавки с 8—16 час. до нескольких суток; 2) уменьшить расход огнеупорных материалов на футеровку вагранок в 2—3 раза и даже вести плавки без футеровки; 3) повысить производительность вагранок до 50% в результате увеличения их диаметра за счет толщины футеровки; г) вести плавки на повышенном тепловом режиме, используя подогрев воздуха без опасения, что вагранка выйдет из строя в результате прогаров кожуха и т. п.

Наиболее интенсивно процесс плавки чугуна в вагранке протекает при применении подогрева воздуха (до 250—500° С) или увеличения в нем концентрации кислорода. Воздух может подогреваться за счет использования физического и химического тепла отходящих из вагранки газов или за счет сжигания природного газа и другого топлива. При этом увеличивается производительность вагранок, повышается перегрев чугуна, сокращается в нем угар элементов, понижается содержание серы и качество чугуна улучшается. Вагранка с водяным охлаждением, работающая с использованием технического кислорода при плавке, приведена на рис. 100.

Сравнительные технико-экономические данные эксплуатации вагранок без водяного охлаждения и с водяным охлаждением, без добавки кислорода и с добавкой его в состав вдуваемого воздуха, приведены в табл. 34.

Коксогазовые вагранки для плавки чугуна впервые были освоены в России.

Использование природного газа для частичной замены твердого топлива при плавке чугуна в вагранке в количестве 35 м3 на тонну металлической шихты повышает производительность вагранки на 15—20%. При этом расход кокса сокращается со 150 до 80 кг на тонну выплавляемого чугуна.

Пламенные печи. В литейных цехах применяют пламенные печи периодического действия, отапливаемые жидким, газообразным и твердым пылевидным топливом. Более широкое распространение пламенные печи получили для плавки ковкого чугуна. На рис. 101 показана пламенная печь, применяемая в литейных цехах ковкого чугуна. Печь снабжена двумя форсунками, расположенными в отверстии 2, с подачей воздуха для распыления мазута. Воздух подается под давлением до 4,5 ат через воздухопровод 1. Продукты горения поступают в рабочее пространство 4. Шихту загружают в печь через рабочее окно 5 в боковой стене, а жидкий чугун выпускают через лётку 3. В торцовой стенке имеется окно 6 для очистки трубы и ремонта печи, закладываемое кирпичом на период работы печи.

Подбор и расчет шихты. Для получения отливок с требуемыми химическими составами и механическими свойствами производят подбор и расчет металлических материалов, входящих в шихту.

При подборе и расчете шихты учитывается наличие ее составляющих на складе, стоимость их и влияние на качество получаемых отливок и угар элементов во время плавки. Для предварительных расчетов шихты угар элементов при плавке в вагранке или пламенной печи можно принять по данным табл. 35.

Расчет шихты можно производить аналитически, графически и методом подбора. На заводах более широкое распространение получил расчет шихты методом подбора по одному (например, по кремнию) или по двум (по кремнию и марганцу) элементам. Расчет производится на 100 кг шихты без учета добавок доменного ферросилиция и зеркального чугуна.

В табл. 36 приведен результат примерного расчета шихты для получения отливок с 1,80% Si и 0,8% Mn при плавке чугуна в вагранке.

Процесс плавки чугуна в вагранке. Подготовка вагрянки к плавке состоит из ремонта футеровки шахты и копильника, набивки подины и копильника и последующей их сушки. Для сушки и розжига вагранки на подину укладывают дрова и зажигают их. Когда дрова разгорятся через загрузочное окно загружают небольшую порцию кокса. Когда кокс разгорится, закрывают рабочее окно вагранки и загружают холостую колошу. Во время розжига вагранка сушится и разогревается.

Холостая колоша служит для разогрева вагранки, поддержки находящихся выше рабочих колош и выделяет достаточное количество тепла для плавления металла и шлака и их перегрева. Для холостой колоши обычно отбирают более крупные куски кокса — величиной 100—175 мм. Высота холостой колоши зависит от качества кокса, производительности вагранки, давления воз духа, высоты горна, веса металлических колош и т. п. При давлении воздуха 350—700 мм вод. ст. рекомендуется высота холостой колоши над верхней кромкой фурм 700—1000 мм, а при давлении воздуха 700—1200 мм вод. ст. — 1000—1500 мм.

Высота холостой колоши может быть приблизительно подсчитана по формуле
Плавильные печи и плавка чугуна

где P — давление воздуха в фурмах, мм вод. ст.

В практике о правильности выбранной высоты холостой колоши свидетельствует появление капель жидкого чугуна через 6—8 мин. после пуска дутья. Если до появления капель проходит больше времени, то это значит, что холостая колоша высока и расходуется излишнее топливо. Если же капли чугуна покажутся раньше, то, следовательно, высота холостой колоши мала, что приводит к недостаточному нагреву чугуна.

После того как кокс холостой колоши разогрелся, на холостую колошу загружают флюсы, а затем поочередно металлические, топливные колоши и флюсы. Металлическую шихту загружают по весу, который принимают примерно равным 1/10 часовой производительности вагранки. Например, для вагранки производительностью 10 т/час вес металлической колоши составит

Топливо и флюсы загружают по объему мерной тарой. Расход топлива на рабочие колоши относят к весу металлической колоши. При плавке обычного серого чугуна расход топлива составляет 10—12%. При плавке шихты с содержанием стали расход топлива повышают на 2—3%.

Во время плавки чугуна топливо рабочей колоши сгорает не полностью. Оставшаяся часть его идет на пополнение частично выгорающей холостой колоши. Расход флюса в зависимости от содержания серы и золы в топливе колеблется в пределах 30— 40% от его веса. Чем больше содержание серы и золы в топливе, тем больше расходуют флюса.

Загрузка металлической шихты, топлива и флюса производится по мере опускания шихты в шахте вагранки по ходу плавки. Перед окончанием плавки загрузку шихты в вагранку прекращают и полностью проплавляют металлическую шихту.

Кислород воздуха, вдуваемый в вагранку, образует с углеродом топлива продукты горения — CO2 и CO по следующим реакциям:

При образовании CO2 выделяется в три раза больше тепла чем при образовании CO. Поэтому для улучшения условий плавки необходимо, чтобы углерод топлива сгорал с наибольшим образованием углекислоты. Большое влияние на повышение содержания CO2 оказывает качество топлива. Чем выше оно, тем меньше его реакционная способность и тем больше углерода превращается в CO2. Реакционная способность уменьшается с увеличением крупности кусков топлива, с уменьшением их пористости и понижением содержания летучих.

В зависимости от принятого технологического режима производства отливок выпуск чугуна и шлака из вагранки производится непрерывно или периодически. При массовом и крупносерийном производстве отливок чугун и шлак обычно выпускают непрерывно, а при мелкосерийном и индивидуальном производстве отливок, в особенности среднего и большого развеса,— периодически.

Для получения отливок из высокопрочного, среднелегированного, высоколегированного и высокопрочного ковкого чугуна плавку ведут дуплекс-процессом в вагранках-электропечах, в вагранках-пламенных печах или в электропечах и пламенных печах.

В случае плавки дуплекс-процессом полученный в вагранках жидкий чугун переливают в электрическую или пламенную печь, где повышают температуру перегрева, рафинируют и доводят до заданного химического состава в результате добавки стального лома и ферросплава. В отдельных случаях, при получении особо ответственных отливок специального назначения, плавку чугуна ведут в электрических дуговых или индукционных печах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: