Плавильные агрегаты литейных цехов

Плавка чугуна

Жидкий металл в литейных цехах получают путем плавления различных шихтовых материалов в различных плавильных агрегатах.

Для производства чугунных и стальных отливок в качестве шихты применяют металлические материалы, топливо и флюсы. Металлическую часть шихты составляют из определенного количества литейного и пере­дельного чугуна, чугунного и стального лома, возврата собственного производства (литники, брак, выплески, стружка и т.п.) и небольшого количества ферросплавов.

В зависимости от типа плавильных печей и принятого техпроцесса плавки шихтовые материалы проходят соответствующую подготовку. Надле­жащая подготовка шихтовых материалов к плавке ускоряет загрузку печей, сокращает время плавки, улучшает качество сплава и значительно повыша­ет производительность плавильных печей. Разбивка чугунных чушек произ­водится с помощью чушколомов, а крупногабаритного машинного лома и брака крупных отливок - при помощи копра. Стальной лом разрезается ацетилено-кислородным пламенем, а мелкий и тонкий - прессуют в паке­ты. Максимальный габарит кусков лома для каждого плавильного участка определяется технологической инструкцией плавки.

Для расплавления шихты в вагранках сжигают кокс, иногда антрацит или природный газ. Основная масса вагранок пока еще работает на коксе. По ГОСТ куски литейного кокса должны иметь размеры 40-150 мм в попе­речнике и желательно, чтобы они были стабильны по размерам. При плавке чугуна и стали используют флюсы: известняк, доломит, плавиковый шпат и др. Назначение флюсов - понизить температуру плавления образующегося шлака. Подготовка флюсов в обеспечении размерной кусковатости в опре­деленном интервале по габаритам и отсев от мелочи и пыли. В механизи­рованных цехах подготовку флюсов осуществляют с помощью дробилок и ме­ханических грохотов.

Для производства отливок из цветных сплавов металлическую часть шихты составляют из первичных и вторичных металлов и сплавов. Первич­ные металлы производят на металлургических заводах, а вторичные - по­лучают путем переплавки цветного лома и стружки с в печах последующей разливкой расплавленного металла в плоские изложницы. В состав метал­лической шихты для производства отливок из цветных сплавов обычно до­бавляют лигатуру - специально приготовленный сплав из двух или нес­кольких металлов. Флюсами при плавке цветных металлов обычно служат хлористые или фтористые соли щелочных и щелочно-земельных металлов. Например, при выплавке магниевых алюминиевых сплавов в качестве флюса применяют хлористый барий.

Рис.45. Схема применения плавильных печей

Плавильные агрегаты литейных цехов. Плавильные агрегаты призваны обеспечивать получение жидкого ме­талла требуемого химического состава при минимальном угаре, экономном расходе топлива и элекроэнергии. Размеры плавильных агрегатов, их производительность соответствует потребности литейного цеха в жидком ме­талле. Схема применения плавильных печей приведены на рис. 45.

Выполнение всех краевых условий, поставленных качеством, коли­чеством, непрерывностью процесса, производительностью, а также соци­ально-экономическими проблемами, сделало простую вагранку сложным тех­ническим сооружением, которое требует высоких затрат. Схема вагранки, отвечающей всем условиям, приведена на рис. 46.

Коксовая вагранка требует стабильности свойств кокса, жесткого нормирования его порций в рабочей топливной колоше. Вместе с тем ка­чество кокса в большинстве случаев непостоянно и имеет тенденцию ухуд­шаться, т.к. запасы коксующихся углей во всем мире скудные. Плохой кокс снижает температуру. Снижая его дозу в рабочую калошу, способс­твует увеличению в металле вредных примесей и повышает науглероживание чугуна. В экономическом плане резкое подорожание кокса приводит к ни­велированию цены одной тонны жидкого чугуна до уровня электропечного при одновременном ухудшении качества и высоком содержании серы в чугу­не.

Рис. 46,а. Вагранка: 1- колонны; 2 – крышка; 3 – подовая плита; 4 - под; 5 – шлаковая летка; 6 – загрузочное окно; 7 – фурменный коллектор; 8 - фурмы; 9 – летка для металла; 10 – желоб; 11 – искроуловитель; 12 – стальной цилиндрический кожух; 13 - футеровка

Одним из эффективных способов получения дешевого высококачествен­ного чугуна - это освоение и внедрение газовых вагранок путем модерни­зации коксовых. Переход на газовое топливо в ваграночной плавке может быть основан еще и тем, что Россия обладает более 30% мирового запаса газа.

Характеристика плавильных агрегатов для плавки чугуна приведена в табл. 24.

Рис. 46, б. Схема ваграночного процесса

Из приведенной таблицы видно, что газовая вагранка - наиболее технологичный и безопасный агрегат для плавки как серого, так и высо­копрочного чугунов, который может напрямую или в дуплекс-процессе с электропечами обеспечивать любые типы литейных цехов исходным чугуном.

Другие перспективные плавильные агрегаты - дуговые печи постоян­ного тока и индукционные печи средней частоты, однако их использование потребует больших капитальных затрат на их приобретение и установку. Поэтому наиболее целесообразна на современном этапе модернизация имеющихся в литейных цехах индукционных печей и миксеров с дооборудованием их сис­темами дугового подогрева на постоянном токе.

Таблица 24

Характеристика плавильных агрегатов

Плавильный агрегат	Сплав	Преимущества	Недостатки	Расход эл. энерг. квт.ч/т	Относ. затраты на экологию	Относ. стоимость 1 т чугуна
Газовая вагранка	Сч, Кч, Бч, Чшг, Чвг	Высокая произ-ть, низкое содерж. S (< 0,03 %), экологич., универсал, низкие капзатраты	Повышенные требования к шихте, сложн. регулирования содержания углерода	50-70
Коксовая вагранка	Сч, Кч	Высокая произ-ть, низкие капзатраты	Высокое содержание S в чугуне	50-70	1,5	1,5-2,0
Дуговая печь: - постоянного тока - перемен. тока	Сч, Кч, ЧШГ, ЧВГ, с использ. литейн. отходов	Возможность вести металлургический процесс	Высокий расход дорогостоящих электродов;   низкая производительность	500-800     500-800	2,0     1,5	2,0     1,8
Индукцион. печь: - промышлен. част. - средней частоты	Все чугуны	Возможность выдержки без ухудшения качества расплава, высокая производительность	Низкая производител., невозможность вести металлург. процесс, высокая стоимость	400-700   400-700	2,0   1,5	2,0   1,4
Индукционная + дуговая печь пост. тока	Все чугуны и др. сплавы	Высокая производит., низкая стоимость, возможн. вести металлург. процесс, переплав любых отходов	Низкая производительность, невозможность вести металлург. процесс, высокая стои-ть	300-500	1,3	1,2

Модернизация этих печей по такой схеме позволит практически любые шихтовые материалы, так как наличие дуги для нагрева поверхности ме­талла даст возможность активно вести металлургический процесс доводки расплава до требуемой кондиции, сократить общий цикл плавки и достичь удельной производительности таких агрегатов до уровня ваграночной.

Вопросы для самоконтроля

1. Что применяют в качестве шихты для производства чугунных и стальных отливок?

2. Виды вагранок?

3. Принцип действия коксовой вагранки?

4. Какие плавильные агрегаты применяют для выплавки чугуна?

Учебно-методическое обеспечение дисциплины «Производство литых заготовок в песчаных формах»

Основная литература

1. Технология литейного производства. Литье в песчаные формы : учебник для вузов / А.П. Трухов [и др.]; под ред.А.П. Трухова .— М. : Академия, 2005 .— 528с. : ил. — (Высшее профессиональное образование) .— Библиогр. в конце кн. — ISBN 5-7695-1757-3 /в пер./ : 493.00. (10 экз)

2. Чернышов, Е. А. Литейные дефекты. Причины образования. Способы предупреждения и исправления : учеб. пособие для вузов / Е. А. Чернышов, А. И. Евстигнеев, А. А. Евлампиев .— М. : Машиностроение, 2008 .— 282 с. : ил. — (Для вузов) .— Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-217-03413-0 (в пер.)) : 767,00. (5 экз).

Дополнительная литература

1. Гастров, Gastrow. Конструирование литьевых форм в 130 примерах / Г. Гастров; ред. Э. Линднер, П.Унгер; пер.с нем.под ред. А.П. Пантелеева, А.А. Пантелеева .— 5-е перераб. и доп. — СПб. : Профессия, 2006 .— 336c. : ил. — Парал. тит. л.нем. — ISBN 5-93913-113-1 /в пер./ : 1199.00 .— ISBN 3-446-19241-7(нем.). (4 экз)

2. Белоусов, В.А. Машины и технология литейного производства.Дипломное проектирование : учеб. пособие / В.А. Белоусов; ТулГУ .— Тула : Изд-во ТулГУ, 2007 .— 78с. — Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-7679-1077-9 : 50.00. (3 экз).

Периодические издания

1. Литейное производство. М.: .— М.: Фолиум, .— ISSN 0024-449Х.

2. Литейщик России : официальный журнал Российской ассоциации литейщиков / РАЛ, М.: .— ISSN 1684-1085.

3. Заготовительные производства в машиностроении : кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства : ежемесячный научно-технический журнал : журнал / Академия Проблем Качества Российской Федерации .— М. : Машиностроение, .— ISSN 1684-1107.