Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

ливает их окислительную способность. Поэтому в первой зоне происходит окисление твердого металла с поверхности. Под окис­ ленным слоем находится слой обезуглероженного металла. Нали­ чие в ваграночных газах S 0 2 приводит к насыщению поверхности металла серой с образованием сернистого железа.

Реакции между газами и твердым металлом в первой зоне:

Fe -f-СО2—FeO + СО;

S 0 2+ 1OFeO = FeS + 3Fe30 4.

Между твердым металлом и топливом в первой зоне никаких реак­ ций не происходит.

Во второй зоне металл находится в жидком виде и, стекая кап­ лями вниз, взаимодействует с газовой фазой и с твердым топливом холостой колоши. Окисление металла протекает более интенсивно, чем в первой зоне, но одновременно окислы железа энергично рас­ кисляются содержащимися в чугуне примесями:

2FeO + Si = Si02+Fe;

FeO + Mn = MnO-f Fe;

FeO + C = CO + Fe.

Кроме того, с повышением температуры в этой зоне создаются более благоприятные условия для выгорания углерода, но одно­ временно металл насыщается углеродом, растворяя его из топлива.

В горновой части вагранки (в третьей зоне) металл несколько охлаждается, заполняет пустоты между кусками кокса и отделяет­ ся от шлака. Шлак, более леткий по удельному весу, образует верх­ ний слой в горне. Соприкасаясь с коксом нижней части холостой колоши, жидкий металл продолжает растворять в себе С и S.

Основным для третьей зоны является процесс шлакообразова­ ния. Источниками шлака являются: угар элементов (до 2% веса металла); оплавление футеровки (2—4%); примеси, вносимые шихтой (песок — до 2%, окалина — 0,25%); флюсы, вводимые в

шихту (2—4%), зола топлива (до 2%). Общий вес шлаков обычно 6—10%.

В вагранке металл подвергается химическим изменениям, ко­ торые тем меньше,, чем короче время нахождения металла в зоне паивысших температур. Поэтому, чтобы уменьшить изменение хи­ мического состава металла, в частности снизить угар, нужно, что­ бы плавильный пояс вагранки был возможно тоньше.

Способы интенсификации ваграночного процесса. Для повыше­ ния температуры выпускаемого из вагранки чугуна, снижения рас­ хода топлива и повышения производительности применяют подо­ грев воздуха, вводимого в вагранку, и обогащение его кислородом.

Подогрев дутья осуществляется за счет использования тепла отходящих газов или теплоты реакции от дожигания окиси углеро­ да (СО), входящей в состав колошниковых (ваграночных) газов. При этих способах температура дутья может достигать 400—500°; Для экономии кокса начинают применять коксогазовые ва­

138

гранки, в которых до 50% кокса заменяют вдуваемым природным газом. В коксогазовых вагранках с подогревом дутья температура выпускаемого чугуна может быть повышена до 1450—1500°.

Высокую температуру чугуна можно получить также при вду­ вании в вагранку кислорода, вводимого в смеси с воздухом через воздушную фурму или непосредственно в зону горения топлива че­ рез специальные сопла. Применение кислородного дутья позволяет повысить температуру чугуна на 80—100° и снизить расход кокса на 30—50%.

а

Для увеличения срока службы огнеупорной футеровки, кожу­ ха и фурм применяют водяное охлаждение кожуха вагранки, а иногда и фурм.

Плавильное отделение литейного цеха перерабатывает боль­ шое количество шихтовых материалов. Поэтому трудоемкие про­ цессы взвешивания шихты, ее транспортировки и подачи в вагран­ ку широко механизируются.

Вагранки могут применяться в сочетании с другими, вспомо­ гательными плавильными устройствами, назначение которых за­ ключается в рафинировании и перегреве расплавленного в вагран­

печь), снижающие брак по газовым и шлаковым раковинам. Ме­ талл получается высококачественным, с повышенной жидкотеку­ честью.

139

Выбор химического состава чугуна зависит от толщины стенок отливки. Содержание углерода и кремния выбирается так, чтобы отливка получилась структурно целиком белой, но чтобы ее можно было отжечь в минимальное время. Для тонкостенных отливок со­ держание углерода и кремния необходимо держать па верхнем пределе, для толстостенных — на нижнем. Содержание марганца определяется содержанием серы. Обычно марганца в ковком чу«

ответственных и тонкостенных отливок металл обычно плавят дуп­ лекс-процессами: вагранка+ кислая дуговая элекропечь, вагранка + + кислая индукционная печь или вагранка + пламенная печь. Назна­ чение второго плавильного агрегата при дуплекс-процессе заключа­ ется в доводке состава металла до необходимого содержания угле­ рода и кремния и обеспечении требуемого перегрева его (до 1440 — 1500°).

В пламенных печах нагрев и плавка производятся на поду за счет тепла горячих газов и тепла, отраженного от свода и сте­ нок печи. Поэтому эти печи иногда называются отражательными.

вод 1. Топливом могут служить: каменный уголь, мазут и пылевид« пое топливо: Кладка стенок печи выполнена из шамотного кирпи­ ча и заключена в кожух из листового металла, стянутый каркасом из двутавровых балок. Под 7 сделан набивным из кварцевого пес­ ка с добавкой 5—7% огнеупорной глины. На уровне пода имеется летка 5 для выпуска чугуна 6. Спуск шлака производится через шлаковое окно 3. Свод печи устроен-из отдельных съемных арок 2,

141

нию с вагранкой заключается в том, что металл может хорошо от­ стояться и выделить поглощенные им газы, чем достигается боль­ шая плотность отливаемых изделий.

Пламенная барабанная печь (рис. 80, б) состоит из стального кожуха 1, имеющего внутри огнеупорную футеровку 2. Печь может вращаться на роликах 3 вокруг продольной оси и, кроме того, при­

тура ванны 1500—1600°. Тепло газов используется для предвари­ тельного нагрева воздуха в рекуператоре.

ц К преимуществам печей этого типа относятся: 1) почти пол­ ный унос золы отходящими газами; 2) высокое теплоиспользование и хорошее перемешивание металла благодаря вращению печи во время плавки; 3) повышенная длительность службы футеровки вследствие равномерности нагрева, достигаемой вращением печи (футеровка может выдержать до 200 плавок без ремонта).

Технология формовки. Для изготовления форм, заливаемых бе­ лым чугуном, применяются формовочные смеси с повышенной противопригарностью и податливостью. Повышенная усадка белого чугуна требует применения специальных мер по обеспечению не­ обходимой плотности отливок. С этой целью на отливках устанав­

стоит из литниковой чаши 1, стояка '2, верхнего металлоприемнпка 3, шлакоулавливающей сетки 4, нижнего металлоприемника 5, литникового хода 6, питающей прибыли 7 ,9 и питателя 8. Питаю­ щие прибыли могут устанавливаться как по нескольку штук на од­ ной отливке, так и по одной для нескольких отливок.

Отжиг чугуна. Качество ковкого чугуна характеризуется преж­ де всего отсутствием в его структуре свободного цементита и сте­ пенью дисперсности углерода отжига.

Отжиг белого чугуна на ферритный ковкий производится в ней­ тральной среде. Для обеспечения нейтральной среды раньше дета­ ли засыпали песком. В последнее время с введением герметизиро­

142