3. Описать технологию плавки чугуна сч20: а) плавка в вагранке; б) подробно описать процесс модифицирования чугуна

Технология плавки. Технологический цикл работы вагранки включает следующие операции: подготовку вагранки к плавке, розжиг, загрузку и пуск, обслуживание вагранки во время работы, остановку вагранки.

Подготовка вагранки к плавке в основном заключается в ремонте огнеупорной футеровки.

Ремонт может быть капитальным, средним и текущим. При капитальном ремонте заменяется вся огнеупорная футеровка вагранки, при среднем – футеровка в наиболее напряженных местах: зоне плавления, фурменном поясе, переходной летке и других местах, подвергнувшихся значительному разрушению. Текущий ремонт производится после каждой плавки. Его объем определяется длительностью плавки и состоянием футеровки после плавки.

Длительность цикла работы вагранок без водяного охлаждения составляет 8-20 ч. При использовании водяного охлаждения длительность работы вагранки может быть доведена до 1 месяца.

Огнеупорная футеровка производится путем кладки шамотного кирпича на растворе, состоящем из 25-30 % огнеупорной глины, 70-75 % молотого шамота или 25-30 % огнеупорной глины и 70-75 % кварцевого песка. Футеровка вагранок может осуществляться набивкой или торкретированием (напылением). Ремонт футеровки методом торкретирования наиболее прогрессивен, но применяется пока еще редко. Подину вагранки (дно шахты) набивают отработанной смесью, гарью (отбросами из искрогасителя) и некоторым количеством свежих формовочных материалов. После ремонта футеровки, особенно среднего и капитального необходимо просушить футеровку, в противном случае выделяющиеся пары во время плавки могут повлиять на ход ваграночного процесса и привести к растрескиванию футеровки и преждевременному выходу ее из строя. Сушку лучше всего производить газовыми горелками.

После сушки на подину вагранки укладывают дрова для розжига кокса холостой колоши. Высота холостой колоши является одним из важнейших технологических факторов, от которого зависят производительность вагранки и температура выплавляемого чугуна; она должна быть 1,2-1,5 м над основным рядом фурм. Во время продувки выдувается коксовая пыль и мелочь, кокс разгорается. Можно загружать шихту.

После розжига холостой колоши включают воздуходувку и подают в вагранку воздух; продувку производят в течение 2-З мин.

Технология плавки в вагранке содержит еще много чисто эмпирических рекомендаций. Например, рекомендуется контролировать правильность выбора высоты холостой колоши по времени появления первых капель чугуна в зоне фурм. Если дутье подают сразу после полной завалки первого столба, то первые капли должны появляться у фурм через 15-20 мин. Если они появились раньше, то высота холостой колоши недостаточна. для холостой колоши необходимо отбирать крупный коке с размером кусков 100-150 мм. Загрузка осуществляется в такой последовательности: топливо–флюсы–металл. После небольшой выдержки для прогрева шихты чают подачу воздуха, и начинается процесс плавки

Топливная рабочая колоша должна иметь слой кокса толщиной 150-200 мм, Расход топлива на топливную колошу составляет 8-18 % (обычный расход 10-12 %). Например, при толщине слоя кокса 150 мм для вагранки диаметром 700 мм масса топливной колоши составляет 27 кг, а металлической – 270 кг, т.е. приблизительно 1/10 часовой производительности вагранки.

При более интенсивном дутье необходимо давать больше кокса, чтобы не допустить спускания верхнего уровня холостой колоши, так как это может резко снизить температуру чугуна и ухудшить его качество. Избыток топлива в рабочих колошах может вызвать подъем верхнего уровня холостой колоши и замедление плавления.

На рабочую колошу кокса дают флюс в количестве 2-3 % от массы металлозавалки.

Дальнейший ход плавки зависит от правильного соотношения количества подаваемого воздуха и расхода кокса. Количество воздуха, подаваемого в вагранку, обычно оценивается в кубических метрах в минуту на 1 м² площади свободного поперечного сечения вагранки. Норма подачи воздуха в вагранку составляет в среднем 100-130 м³/(м²*мин), а в отдельных случаях 160-180 м/м²*мин) при выплавке, например, низкоуглеродистого чугуна.

Во время плавки в вагранке необходимо соблюдать правильность взвешивания и загрузки шихты, Нельзя допускать зависания шихты в шахте вагранки или ее опускания более чем на высоту двух колош ниже завалочного окна.

При плавке должны контролироваться следующие параметры: количество подаваемого воздуха, его давление, температура чугуна. Необходимо следить, чтобы не зашлаковывались фурмы, их следует регулярно очищать. В аварийных случаях для разжижения шлака требуется добавить плавиковый шпат.

При окончании плавки в вагранке останавливают воздуходувку, выпускают шлак и жидкий чугун, открывают днище вагранки, при этом подина и холостая колоша вываливаются, кокс тушат водой.

Модифицирование серого чугуна. В качестве модификатора наиболее часто применяется ферросилиций, содержащий 75% кремния. При модифицировании серого чугуна очень хорошие результаты дает присадка силикокальция.

При введении модификаторов следует особое внимание обратить на их подготовку и температуру чугуна. Ферросилиций и силикокальций имеют сравнительно малую плотность (около 2,5-3,0 г/см³) и высокую температуру плавления (1340-1400 °С). Поэтому они усваиваются хорошо только горячим металлом. Для успешного модифицирования температура металла должна быть не менее 1380 °С.

Действие модификаторов продолжается не более 15-20 мин (и тем дольше, чем крупнее куски модификаторов, чем больше емкость ковша). Поэтому необходимо, чтобы разливка продолжалась не более указанного времени. При более длительной выдержке металла и ковше действие модификатора прекращается, и последние отливки могут оказаться отбеленными.

Модификатор должен быть в кусках размера не менее 2-3 мм и не более 30-40 мм, причем размер берется тем крупнее, чем выше температура и больше объем металла.

Модификатор можно загружать на дно хорошо подогретого ковша или постепенно ссыпать его на желоб вагранки. Если модифицируется чугун с умеренной температурой, то лучше вводить фёрросилиций в виде мелких кусков на желоб с помощью доза- тора (специального устройства) в течение почти всего времени выпуска.

В отдельных случаях модифицирование чугуна графитизирующими добавками применяется при производстве обычных марок чугунов (СЧ 20), если изготовляются отливки с резко различными толщинами стенок; в этих случаях возможен отбел в тонких сечениях (3-10 мм). Для предупреждения отбела в тонких сечениях при сохранении необходимой твердости в толстых сечениях находят применение лигатуры на основе редкоземельных металлов – в количествах до 0,1 %. Модификатор в этом случае присаживается на дно ковша во время выпуска чугуна.

Кроме того, при модифицировании жидкого чугуна наблюдается повышение прочностных характеристик.