Изготовление тиглей

При изготовлении тиглей широко применяют кислую сухую набивную массу. В качестве исходных материалов используют молотые кварциты или кварцевые пески, содержащие более 97% Si02. Для спекания добавляют борную кислоту 1,5—2,0% массы огнеупорного материала.

Расход набивной массы составляет 1,5—2,5 кг на 1 т выплавляемого чугуна, стойкость тигля печи емкостью 6—10 т достигает 250—300 плавок.

Исследованием карельского кварцита (месторождение Тетчанчярва ) как футеровочного материала установлено, что качество его не уступает шведским кварцитам, пользующимся мировой известностью. Практика подтвердила, что стойкость этой футеровки в печах емкостью 8 т достигала 440 плавок.

На заводе Водоприбор нашла применение высокоглиноземистая набивная футеровка, состоящая из 35—40% электро-плавленного корунда, 60—65% дистен-силлиманита и 1,0— 1,5% борной кислоты. Считают, что несмотря на высокую стоимость, высокоглиноземистая футеровка имеет следующие преимущества — меньший угар легирующих элементов, широкая возможность регулирования процесса шлакообразования, снижение себестоимости жидкого чугуна, высокая стойкость и надежность футеровки.

Практика показывает, что одновременно с качеством футеровки на стойкость тигля влияют технология подготовки, уплотнения и спекания футеровочной массы, сушки и условия эксплуатации тигля.

Эти вопросы освещены в работе, где и приведены подробные рекомендации.

Подготовка шихтовых материалов

Одним из методов повышения производительности индукционных печей, сокращения расхода электроэнергии, снижения стоимости жидкого чугуна является предварительный подогрев шихтовых материалов. Теоретический расчет показывает, что при нагреве шихты до 700° С производительность электропечи увеличивается на 50%, при нагреве до 400° С на 15—20%. Для нагрева кусковой шихты используются установки различной конструкции.

На рис. 45 представлена установка фирмы Brown Boveri. Бадья с шихтой 3 по рольгангу 5 транспортируется внутрь корпуса 1 и устанавливается так, чтобы патрубки для отходящих газов в бадье и корпусе совпали. Топочная камера 2 опускается и прижимается к верхней части бадьи. Продукты горения проходят между кусками шихтовых материалов, нагревают их и удаляются в дымовую трубу 7.

Нужно подчеркнуть, что этот метод неприменим для легковесных материалов, в частности стружки.

Преимуществом индукционной плавки является возможность эффективного использования в качестве шихты легковесных материалов — листовой высечки, обрези, стружки, переплав которых в других печах, например в вагранках, сопряжен с высоким угаром. Однако при этом нужно учесть, что стружка загрязнена техническим маслом, выделяющим при сгорании углекислый газ, пары воды, сажистый углерод, а также сернистый газ. В среднем 1 т стружки содержит 30 кг масла и выделяет при расплавлении около 90 м3 газа и 3 кг дисперсной сажи. Поэтому необходима предварительная очистка стружки от масла промывкой в щелочных растворах или нагревом до 550—650° С Наибольший эффект может быть достигнут при совместном применении обоих методов очистки.

Рис. 45. Устройство для нагрева шихты:

1 — корпус; 2 — топочная камера; 3 — бадья для шихты; 4 — плита — подставка для транспортирования бадьи; 5 — рольганг; 6 — подача воздуха; 7 — труба для отходящих газов; 8 — подача газового топлива; 9 — шибер

На Каунасском заводе Центролит имеется установка для очистки стружки обоими методами (рис. 46).

Некоторые процессы, проходящие при электроплавке. При плавке в индукционных печах необходимо учитывать изменение химического состава чугуна, в первую очередь связанное с окислительными реакциями, а также с взаимодействием металла с футеровкой (так называемая тигельная реакция).

Рис. 46. Схема подготовки стружки к плавке на участках шихтового и плавильного цеха Каунасского завода Центролит :

1 - бункер; 2 — установка обезжиривания стружки; 3 — шнек транспортировки стружки из шихтового двора в плавильный цех; 4 — элеватор; 5 — барабанная печь для обжига стружки; 6 - агрегат подачи стружки в плавильные печи 7

Рис. 47. Влияние скорости нагрева на изменение состава чугуна

Скорость этих реакций велика в индукционных печах промышленной частоты вследствие интенсивного перемешивания расплава. На прохождение этих реакций очень влияют состояние шихтовых материалов, температурный режим плавки и т. д. По данным работы, общий угар при переплавке шихты из легковесных материалов колеблется от 5,6 до 7,8%, что связано с загрязнением шихты. Угар собственно металла находится в пределах 1%, но он может значительно возрастать при использовании сильно окисленной шихты.

Своевременное науглероживание способствует раскислению металла, сопровождающемуся образованием пузыристого шлака. При этом увеличивают расход карбюризатора на 8—10%.

Как видно из рис. 47, скорость нагрева, характеризуемая кривыми 1 и 2, влияет на изменение состава чугуна. При температуре равновесия реакции восстановления кремния углеродом (примерно 1400° С) содержание кремния имеет минимальное значение.

Изотермическая выдержка нелегированного чугуна при относительно невысокой температуре (1350—1400° С) не вызывает существенного изменения химического состава. Выдержка при температурах выше равновесной приводит к развитию реакции восстановления кремнезема футеровки углеродом расплава (тигельная реакция). Одновременно происходит окисление углерода на поверхности ванны. Обе реакции ускоряются при интенсивном электромагнитном перемешивании расплава. Поэтому величина угара выше при нагреве (перемешивании) и ниже при выдержке (без перемешивания).

После расплавления ванны производят доводку чугуна по химическому составу введением в него науглероживателя (карбюризатора) и ферросплавов.

Одним из наиболее важных этапов получения синтетического чугуна является процесс науглероживания, зависящий от интенсивности перемешивания, температуры и характеристики карбюризатора.

Сравнительные исследования и практика показали преимущества использования в качестве карбюризатора электродного порошка (полупродукт электродного производства), обеспечивающего стабильное усвоение углерода (90—95%).

Текущую конденсацию углерода в расплаве при науглероживании можно рассчитать по формуле:

C = C _д – К( С_д – С₀)

где С_д — предельная концентрация углерода, %; С ₀ —то же начальная, %; К — коэффициент науглероживания.

Чем меньше коэффициент К, зависящий главным образом от температуры и интенсивности перемешивания металла в тигле, тем больше скорость науглероживания. При плавке в индукционных печах промышленной частоты К изменяется в пределах 0,1— 0,4, причем большие значения соответствуют низкой температуре сплава, слабому перемешиванию, повышенной окисленности шихты. Наиболее стабильные результаты процесса науглероживания достигаются при загрузке 70% заданного количества карбюризатора вместе с шихтой и 30% после наплавления ванны металла в период доводки чугуна по химическому составу. При этом отклонение не превышает ±0,1% С.

Чугуны индукционной плавки характеризуются меньшим содержанием растворенных газов (рис. 48) по сравнению с чугунами ваграночной плавки. Вероятно это связано с более высоким перегревом чугуна и его раскислением.

После расплавления чугуна, доводки по содержанию углерода, кремния, марганца и легирующих элементов необходимо произвести гомогенизацию расплава, выдержку при заданной температуре перегрева и подготовить его к разливке.

Перегрев влияет непосредственно на жидкое состояние сплава, количество и состав чужеродных зародышей, определяющих характер эвтектической кристаллизации. Регулированием степени перегрева чугуна и выдержки его при заданных температурах можно добиться разрушения структуры ближнего порядка, диспергирования микрогруппировок углерода графитного типа, изменения количества неметаллических включений, служащих чужеродными зародышами. Все это предопределяет характер последующей кристаллизации чугуна, степень графитизации и размер включений графита.

Рис. 48. Среднее содержание экстрагированных газов из чугунов:

а — немодифицированного ; б — модифицированного ; в — легированного; г — чисто синтетического; 1 — индукционная печь; 2 и 3 — вагранки соответственно с горячим и холодным дутьем.

При этом нужно учесть, что длительная низкотемпературная выдержка в основном способствует удалению неметаллических включений, не оказывая существенного влияния на изменение структуры ближнего порядка и дисперсность микрогруппировок углерода. Во много раз интенсивнее на эти параметры влияет повышение температуры перегрева, в связи с чем рекомендуется перегревать чугун до 1520—1550° С и осуществлять кратковременную его выдержку при этой температуре.

Вследствие уменьшения числа потенциальных зародышей графита при таком перегреве повышается склонность чугуна к метастабильной кристаллизации. Для стимулирования гра-фитизации, как правило, высокому перегреву должно сопутствовать модифицирование.

На практике процесс осуществляют следующим образом. После перегрева до 1550° С и выдержки в течение 10—12 мин сплав охлаждают до 1420° С путем добавки чистого, неокисленного стального лома (10% массы жидкого сплава). При этой температуре чугун модифицируют ферросилицием или силикокальцием. Интенсивность электромагнитного перемешивания сплава при его перегреве и выдержке должна быть минимальной для предотвращения перехода в сплав кремнезема из футерови и шлака, а также меньшего растворения газов.

Использование сильно окисленных и загрязненных шихтовых материалов удлиняет термовременную обработку и снижает эффект модифицирования.