Файл: Храмченков А.И. Применение электропечей для выплавки серого чугуна на заводах БССР.pdf

става как с очень низким, так и с весьма высоким со­ держанием углерода.

Науглероживание чугуна. Эта операция приобретает особо важное значение при выплавке синтетического чу­ гуна на базе использования стальных отходов (стальной стружки, мелкой обрези, отходов трансформаторного же­ леза и т. п.). Науглероживание расплава можно произ­ водить присадкой карбюризатора либо на зеркало ван­ ны, либо давая его вместе с шихтой. Первый способ при­ меняется в случае, если требуется повысить содержание углерода в расплаве на 0,2—0,5%. По данным наших опытов, проведенных в условиях Каунасского чугуноли­ тейного завода, степень усвоения карбюризатора при по­ даче его на зеркало расплава составляет около 60—70%. При этом для повышения содержания углерода до 3,2—

Более эффективно усваивается углерод при загрузке карбюризатора вместе с твердой шихтой. В этом случае степень усвоения достигает 80—90%.

В табл. 5 приведены данные, характеризующие сред­ нюю скорость науглероживания расплава в зависимости от типа карбюризатора [9].

В действительности зависимость скорости науглеро­ живания расплава от времени носит экспоненциальный характер, причем эффективность усвоения углерода уменьшается с повышением содержания углерода в чу­ гуне и при снижении температуры расплава.

Усвоение легирующих добавок. При присадке Si, Ni,

Сг, Мо в раскисленный расплав их усвоение почти эк­ вивалентно величине присадки, усвоение Мп составляет около 50—60% от веса добавки.

31

Угар элементов. При длительных выдержках в ин­ дукционных печах с кислой футеровкой наблюдается взаимодействие расплава с материалом футеровки, что приводит к восстановлению (пригару) кремния из фу­ теровки и угару углерода. Кинетика процесса определя­ ется температурой расплава и соответствующими кон­ стантами равновесия. На рис. 8 показано изменение со­ держания углерода и кремния в чугуне при выдержке его в печи промышленной частоты емкостью 8 г в тече­ ние 3 ч при температуре 1450°. На графиках заметно су­ щественное изменение в содержании основных элемен­ тов после двух часов выдержки: содержание кремния возросло на 0,5%, угар углерода составил 0,15%. При выдержке чугуна такого же состава при температуре 1350° заметного изменения не наблюдалось.

Футеровка печей

Высокая стойкость футеровки во многом определяет экономичность применения индукционных печен про-

32

мышленной частоты. К футеровке предъявляются высо­ кие требования относительно огнеупорности, стабильнос­ ти объема при нагревании, химической инертности к расплавленным металлам и шлакам, а также экономич­ ности. Как правило, при плавке чугуна в индукционных печах промышленной частоты емкостью до 12 т исполь­ зуются кислые набивные тигли, печи большей емкости имеют кирпичную кладку. Толщина набивной футеровки печей в зависимости от емкости колеблется в пределах

90—160 мм.

В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили набивные футеровки из квар­ цита. По сравнению с магнезитом при нагреве кварцита наблюдается стабилизация его расширения при темпера­ туре 538°, в то время как объем магнезита монотонно возрастает вплоть до температуры плавления. Такой характер расширения кварцитовой футеровки способст­ вует ее высокой стойкости, а наличие дешевых исходных материалов обусловливает ее экономичность.

Из всех известных методов изготовления тиглей наи­ более надежным и приемлемым для индукционных печей промышленной частоты оказывается способ набивки су­ хого огнеупорного материала с добавкой связующего и последующим спеканием футеровочной массы. В каче­ стве связующего обычно используют борную кислоту. Добавка ее составляет 1,5—2% от веса огнеупорного материала, причем количество борной кислоты для верх­ ней, средней и нижней зон различно. Так, в ФРГ хоро­ шие результаты по стойкости футеровки получены при содержании борной кислоты в верхней части тигля 1,8%, в нижней — 1,6 и средней части — 2%. По данным Ка­ унасского чугунолитейного завода, содержание борной кислоты по зонам должно быть: для нижней зоны — 0,9%, для средней — 1,5 и для верхней — 2,5% [15].

33

Применяемый для футеровок кварцит должен быть чис­ тым от примесей основных окислов и щелочей. Химичес­ кий состав кварцитов для футеровочных масс различ­ ных стран приведен в табл. 6.

Как следует из табл. 6, помимо БЮг, в кварцитовых песках содержится 3—5% других окислов. Наиболее вредное влияние на стойкость оказывают зерна ильмени­ та Fe0 -Ti0 2 , который способствует неравномерному спе­ канию футеровки. В лучших футеровках шведской фир­ мы «ASEA» содержание окислов титана исключается.

Кроме состава, на стойкость футеровки существенное влияние оказывает гранулометрический состав кварци­ тов. Ниже, в табл. 7, приводятся наиболее оптимальные зерновые составы футеровочных масс, применяемых для индукционных печей промышленной частоты [17].

Футеровку набивают по цилиндрическим или цилин­ дрическо-коническим шаблонам ручной или пневмати­ ческой трамбовкой, реже — электровибратором или пневматическим молотком. Стойкость кислой футеров-

34

кп, набитой трамбовкой, при плавке чугуна на холодной завалке в печах средней емкости достигает 350 загру­ зок, при дуплекс-процессе — 700 загрузок [13]. Кислая футеровка, набитая электровибратором, при плавке на­ бивной массы нередко способствует размыванию ниж­ ней части тигля. Разрушение ускоряется при неправиль­ ном ведении плавки (образовании сводов, длительной выдержке при высокой температуре, механических пов­ реждениях при загрузке). На стойкость тиглей также оказывает влияние равномерность его разогрева перед плавкой и правильность спекания после набивки. Основ­ ная задача спекания тигля сводится к' получению ста­ бильной модификации кварца путем превращения кристабаллита в более стабильную фазу — тридиамит. Обычно спекание ведут с помощью металлического шаб­ лона, внутрь которого помещают специальный пусковой слиток. Печь подключают на малую нагрузку и медлен­ но прогревают до 600—700° (продолжительность нагре­ ва 4 ч ) . Затем увеличивают нагрузку, доводят пусковой слиток до расплавления и догружают тигель чистой шихтой. Расплавленный металл перегревают на 50—70°

35

и выдерживают в печи при этой температуре в течение 20—80 мин. Весь процесс спекания проходит в течение 8 ч. В спекшейся футеровке различают три зоны: первая зона, соприкасающаяся с расплавом, — монолитная, вторая зона — полуспекшийся слой и, наконец, третья зона, смесь в которой находится в первоначальном со­ стоянии. Наличие такой структуры в футеровке способ­ ствует компенсации напряжений, возникающих в футе­ ровке при колебаниях температур.

Помимо факторов, обусловленных механическим и температурным воздействием, на стойкость футеровки оказывает влияние химическое взаимодействие материа­ ла с расплавом и шлаком.

Из всех элементов (Al, Mn, Cr, Ti, Pb и др.) наиболь­ шее разрушение кислой футеровки вызывает свинец. Со­ держание нескольких десятых процента свинца приводит к полному разрушению футеровки, что объясняется об­ разованием низкотемпературных соединений свинца с кремнеземом [13].

Из окислов, содержащихся в шлаке, особо вредное влияние оказывает закись железа. Реакция закиси же­ леза с материалом футеровки приводит к образованию файалита FeO • SiC>2, имеющего низкую температуру плавления (1200°). При этом возникает опасность про­ рыва футеровки. Особенно интенсивно образуется файалит в случае применения сильно ржавого лома. Ниже, в табл. 8, показано влияние сильно окисленного лома на продолжительность службы кислого тигля [13].

Основной тенденцией развития электроплавильных индукционных печей за рубежом в настоящее время яв­ ляется увеличение их емкости, что влечет за собой по­ вышение требований к футеровке.

Использование составной футеровки позволило ре­ шить вопрос о применении печей большой емкости. При

36

Таблица К

этой футеровке создаются два вертикальных концентри­ ческих слоя, причем слой, граничащий с расплавом, име­ ет свойства, соответствующие требованиям металлургии, и выкладываются из кирпича. Второй слой является бу­ ферным. Образующиеся при кладке швы при соответ­ ствующем качестве кирпичей имеют минимальные раз­ меры и заделываются раствором, устойчивым против разъедания. Кирпичная футеровка менее пориста и бо­ лее однородна, что сводит к минимуму образование тре­ щин и появление шлаковой коррозии. Обычно рабочий слой футеровки выкладывается кирпичом из глинозема повышенного качества. Его стоимость примерно в три раза выше стоимости кварцита. Такие печи не нуждают­ ся в обжиге, их нужно нагреть только до рабочей тем­ пературы.

Несмотря на повышенную стоимость, кирпичная фу­ теровка дает целый ряд преимуществ, основным из ко­ торых является высокая стойкость. На одном из заво­ дов США тигельная индукционная печь емкостью 15 т с набивной кварцевой футеровкой за кампанию выдала около 4000 тжидкого металла. Та же печь после замены набивной футеровки кирпичной кладкой из 90% А120 3 увеличила отдачу до 18 000 т. При этом после кампании был заменен только один рабочий ряд кирпичей [16].

37

Особенности плавки

Индукционные печи промышленной частоты могут быть эффективно использованы как самостоятельные плавильные агрегаты, так и в комплексе с другими пла­ вильными установками при дуплекс-процессе.

Плавка на твердой завалке. Запуск печи обычно ве­ дут с использованием пусковых слитков, так как при пользовании более мелкой шихтой в первый период плавки индуктор работает с малым к. п. д. и расплавле­ ние затягивается. После расплавления чугун доводится до требуемой кондиции. В целях увеличения производи­ тельности печей последующие плавки ведут на «жидком болоте», поэтому из печи выпускают неполную садку (50—70% от емкости тигля). После окончания смены обычно на ночь оставляют в печи жидкий чугун (около 30% емкости). Температура расплава поддерживается на уровне 1280—1300°С. В начале новой смены в печь загружается свежая шихта.

При загрузке в «болото» происходит быстрое вовле­ чение шихты внутрь ванны, что приводит к сильному охлаждению расплава, особенно при применении крупно­ кускового лома. Если охлаждение сопровождается выде­ лением большого количества шлака, то возникает опас­ ность образования «мостов», при этом последующий под­ вод мощности сильно перегревает ванну, что может вывести тигель из строя.

При завалке сыпучей шихты (стружки, мелкой обрези) в «жидкое болото» происходит ее интенсивное ус­ воение расплавом. При этом расплавление стружки со­ провождается минимальным угаром (1—3%).

Интенсивное перемешивание расплава в печах про­ мышленной частоты требует большой осторожности при загрузке сырой и промасленной шихты, так как может

38

произойти выброс большого количества расплавленного металла. Рекомендуется первую шихту вносить при вы­ ключенной печи, причем этот лом нужно непродолжи­ тельное время подержать над печью. Дальнейшую за­ грузку сырого лома можно производить при одновремен­ ном подводе мощности. Целесообразным является при­ менение специальных установок для подготовки шихты, включающих в себя очистку и подогрев шихты.

При плавке на твердой завалке химический состав регулируется несколькими способами. При пользовании шихтой известного состава на основе расчета добавляют необходимые корректирующие компоненты в виде фер,- росплавов и карбюризатора. Погрешность химического состава определяется точностью взвешивания и откло­ нениями в составе шихты.

Выдачу металла из печей промышленной частоты ве­ дут в соответствии с потребностью формовочно-заливоч­ ных участков. При использовании нескольких плавиль­ ных агрегатов целесообразно организовать работу пла­ вильных печей по последовательно-параллельному режи­ му: выдача металла из каждой печи обычно распреде­ ляется равномерно в течение всего периода плавки. Ор­ ганизация питания литейных конвейеров жидким метал­ лом упрощается при использовании раздаточных индук­ ционных печей (миксеров), работающих на промышлен­ ной частоте.

Плавка на жидкой завалке. Высокий к. п. д. печей промышленной частоты в период расплавления, а также малый расход электроэнергии позволяют успешно ис­ пользовать печи в качестве миксеров, раздаточных пе­ чей и копильников для вагранки. На перегрев чугуна с 1200 до 1500° расходуется 140—160 кет • ч/т, а на под­ держание температуры — 20—30 кет -ч/т.

Скорость нагрева жидкого чугуна в индукционной

39