Технология плавки чугуна в индукционных тигельных печах промышленной частоты

Как уже отмечалось в подразд. 12.2, плавку в тигельных печах промышленной частоты в большинстве случаев ведут с использо­ванием «болота». Однако при наличии кусков шихты толщиной не менее 200 мм и достаточно плотной их укладке в тигле возможно проведение плавки без «болота». Без «болота» переплавляют круп­ногабаритную шихту без разделки, например вальцы массой бо­лее 5 т, диаметром более 700 мм и длиной более 2 м.

Чаще всего плавка без переходной ванны проводится после тепловой выдержки печи в нерабочие дни с использованием пус­ковых слитков.

Объем «болота» по рекомендациям фирм-изготовителей печей должен быть не менее 1/3 объема тигля. С увеличением объема «болота» от 1/4 до 1/2 объема тигля коэффициент загрузки транс­форматора печи и ее производительность растут от 70 до 90 % их номинальных значений. При объеме «болота» 3/4 и более от объе­ма тигля эти показатели достигают 100 %.

Так, например, в литейном цехе серого чугуна АМО «ЗИЛ» после слива 2 т чугуна из полного тигля печи ИЧТ-31/7,5 в транс­портный ковш в печь загружают 2 т подогретой шихты. Такой по­лунепрерывный процесс плавки обеспечивает 100-процентную заг­рузку трансформатора печи при отсутствии миксера, но только в периоды между сливами металла и вынужденными горячими про­стоями печи. В нерабочие смены и при вынужденных простоях ко­эффициент загрузки трансформатора резко падает.

На Ярцевском Центролите из печи ИЧТ-60/20 сливали 12 т чугуна в миксеры и добавляли две бадьи по б т подогретой шихты. При объеме болота — 80 % от объема тигля производительность печи составляла 24 т/ч. Однако загрузка такого количества шихты в болото «снимала» практически весь перегрев ванны, в течение длительного периода жидкий металл в тигле оставался «холод­ным», что приводило к интенсивному зарастанию тигля шлаком.

Шихтовые материалы и подготовка шихты к плавке — важные составляющие технологии. Технико-эконо­мические расчеты показывают, что себестоимость жидкого чугу­на при плавке в индукционных тигельных печах оказывается ниже ваграночного только при использовании в ИЧТ дешевой ших­ты, состоящей из стального, чугунного лома и самых дешевых из металлоотходов — стружки, высечки и отходов листовой штам­повки.

Способ подготовки шихты к плавке с «болотом» зависит от вида шихты и определяется в первую очередь соображениями тех­ники безопасности. На поверхности шихты не должно быть влаги, льда, масел и эмульсии. Поэтому в настоящее время считается, что шихта должна быть нагрета до 500 °С, что обеспечивает удале­ние всех видов влаги, и, кроме того, при этой температуре гаран­тированно воспламеняются и сгорают масла.

Кроме устранения выбросов металла подогрев шихты позволя­ет сократить расход электроэнергии на плавку и увеличить произ­водительность печи. Подогрев кусковой шихты осуществляется в специальных нагревательных бадьях с газовыми горелками.

Наиболее трудной задачей является подготовка к плавке струж­ки, которая на машиностроительных заводах, как правило, за­грязнена машинным маслом и охлаждающими эмульсиями. Со­держание масел и эмульсии в каждой 1 т стружки составляет при­мерно 30 кг. Сернистые составляющие масел приводят к раство­рению серы в металле, а щелочные составляющие эмульсий уско­ряют разрушение футеровки. Нагрев стружки в бадьях вместе с кусковой шихтой нерезультативен, так как сыпучая стружка за­полняет зазоры между кусками шихты, препятствуя проходу го­рячих газов. Поэтому стружку вначале отмывают от масел и эмуль­сии с использованием поверхностно-активных растворов, затем подсушивают в центрифугах и, наконец, нагревают во вращаю­щихся барабанных печах.

Угар элементов при плавке в ИЧТ меньше, чем в рас­смотренных выше чугуноплавильных печах (см. табл. 9.8). Это объяс­няется тем, что куски шихты, загруженные в «болото», тонут в нем, т.е. нагреваются и плавятся вне контакта с окислительной газовой фазой. Частицы стружки также вовлекаются внутрь ванны под действием электромагнитной циркуляции. Сама поверхность ванны защищена от атмосферы цеха шлаковым покровом и крыш­кой печи.

Науглероживание как процесс является наиболее зна­чимой особенностью плавки в ИЧТ. Науглероживание обеспечи­вает возможность получения качественных синтетических чугунов При использовании в шихте отходов металлообработки. По интен­сивности он уступает только науглероживанию в вагранке. (На­помним, что интенсивности науглероживания в ИЧТ способству­ет электромагнитное перемешивание металла — см. подразд. 12.3.)

В качестве науглероживателей используются электродный бой, графитовая стружка, коксовая мелочь, угольный гранулят и др. Уменьшение размеров зерен науглероживателя способствует увели­чению поверхности контакта науглероживателя с металлом и уско­ряет процесс, но при чрезмерно малых размерах частиц науглеро­живателя увеличивается их унос восходящими потоками воздуха и загрязнение атмосферы на плавильной площадке. Практически установлено, что оптимальным размером частиц науглероживателя является 3... 6 мм. Основную часть науглероживателя задают вместе с шихтой на дно бадьи под слой стального лома. При этом процесс науглероживания идет одновременно с расплавлением, т.е. не уве­личивает продолжительности плавки. Однако при загрязненной шихте и большом количестве шлака значительная часть науглеро­живателя запутывается в шлаке и удаляется вместе с ним, и коэф­фициент усвоения науглероживателя при этом снижается. Коррек­тировка расплава по углероду проводится по результату химическо­го анализа металла в конце расплавления. При необходимости науг- лероживатель подают на зеркало металла после снятия шлака.

Десульфурация металла в ИЧТ обычно не проводится, так как в шлаке (практически неэлектропроводном по сравнению с жидким металлом) токи не индуцируются, и тепло не выделя­ется. Нагрев шлака происходит только за счет теплоты металла, поэтому, будучи «холодным», он малоактивный. Получение чугу­на с низким содержанием серы возможно лишь при наличии ста­бильных поставок чистой по сере шихты, а также при его внепеч- ной обработке.

Опыт завода «Водоприбор» показал, однако, что процесс де­сульфурации чугуна возможен в ИЧТ с высокой удельной мощ­ностью, высокоглиноземистой футеровкой и основным шлаком. При высокой удельной мощности интенсивность перемешивания металла настолько велика, что капли шлака оказываются заме­шанным в металле. Это приводит к многократному увеличению поверхности взаимодействия шлака с металлом при его высокой температуре.

Доводка металла по температуре равномерная и быстрая: 100 °С за 5... 10 мин.

Удаление шлака из ИЧТ является трудоемкой, трудно механизируемой операцией. Применение печей с двухносковым тиглем, обеспечивающим возможность наклона в сторону, про­тивоположную сливному носку, существенно облегчает процесс удаления шлака.

Раздача металла из ИЧТ требует применения специаль­ных раздаточных печей пониженной мощности (ИЧКМ). Это объясняется тем, что индукционная тигельная печь в принципе не может быть хорошей раздаточной печью. Действительно, важ­нейшее требование к раздаточной печи — минимум тепловых по­терь — реализуется путем увеличения толщины футеровки, а этот путь неприемлем для ИЧТ, так как ведет к недопустимому ухуд­шению важнейшего электротехнического параметра печи (умень­шению cos ф ниже 0,1).

Переход на новый состав выплавляемого чу­гуна затруднен наличием «болота».

Тепловая выдержка печи — технологический прием. При остановке печи на нерабочие дни стремятся не допустить охлаждения футеровки, так как при этом ее стойкость снижается.

Тепловая выдержка может быть организована без слива метал­ла. Для этого печь включается на минимальную мощность транс­форматора при закрытой крышке тигля, чтобы не допустить пе­регрева и окисления металла. В этом случае в нерабочие смены в цехе помимо дежурного электрика должен оставаться дежурный плавильщик на случай «ухода металла».

При другом способе тепловой выдержки весь металл сливается из печи. В печь устанавливают пусковой слиток, соответствующий очертаниям нижней части тигля. Сверху на него устанавливают «цилиндр тепловой выдержки», наружные размеры которого со­ответствуют оставшейся свободной части тигля, а толщина сте­нок около 100 мм. Температуру тигля доводят до 800... 1000 °С вклю­чением трансформатора печи на необходимую мощность. При мень­шей температуре снижается стойкость футеровки, а перегрев ци­линдра может привести к его свариванию с пусковым слитком и невозможности его повторного использования.

При отсутствии цилиндра тепловой выдержки можно исполь­зовать тяжеловесную шихту и, включив печь, поддерживать тем­пературу на уровне 800... 1000°С.

Наконец, для поддержания температуры тигля можно исполь­зовать газовую горелку. В последних трех случаях присутствие в цехе плавильщика необязательно.