CC BY
27ТЕХНОЛОГИЯ И ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ
Исагулов А.З.,
Карагандинский технический университет, профессор, д.т.н.
Кащеев И.Д.,
Уральский федеральный университет, профессор, д.т.н.
Сидорина Е.А.
Карагандинский технический университет, докторант TECHNOLOGY AND PRODUCTION PROCESSES CAST IRON IN WAGRANKA
Isagulov A.,
Karaganda Technical University, professor, doctor of technical sciences,
Kashcheev I.,
Ural Federal University, professor, doctor of technical sciences,
Sidorina E.
Karaganda Technical University, doctoral student
Аннотация
Современное производство черных металлов требует значительно расширить комплекс огнеупорных материалов, которые позволили бы создать пористые изделия при достаточной их прочности и термостойкости. Высокая пористость теплоизоляционных огнеупоров обуславливает их малую объемную плотность и низкую теплопроводность. В зависимости от назначения агрегата и конструкции выбирают виды огнеупоров для его футеровки. Надо учитывать не только физико-химические свойства, а также надежность и долговечность службы огнеупоров в конкретных условиях эксплуатации.
Abstract
Modern production of ferrous metals requires a significant expansion of the range of refractory materials that would make it possible to create porous products with sufficient strength and heat resistance. The high porosity of the heat-insulating refractories determines their low bulk density and low thermal conductivity. Depending on the purpose of the unit and the design, types of refractories are selected for its lining. It is necessary to take into account not only the physicochemical properties, but also the reliability and durability of refractory service under specific operating conditions.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, заготовка, вагранка, огнеупорные изделия, футеровка.
Keywords: high-strength cast iron, billet, cupola, refractory products, lining.
В последние годы [1-10] установилось консен-сусное мнение, что высокопрочный чугун с шаровидной формой графита, который можно подвергать пластической деформации, в XXI веке займет лидирующее положение во многих областях машиностроения и будет конкурентным не только со сталью, но и с легкими, менее технологичными и значительно более дорогими сплавами на основе алюминия, магния и титана,
Уже в настоящее время доля ЧШГ в общем объеме производства литых заготовок в развитых странах составляет от 35 до 47 %. Основным плавильным агрегатом чугунолитейного производства в настоящее время является коксовая или коксогазовая вагранка, с помощью которой выплавляется до 40 % всего жидкого чугуна. Их отличают [8-10] простота конструкции, возможность обеспечения относительно простыми способами заданной удельной производительности по жидкому металлу до 100 - 150 т/(м2*сут.), высокой степени использования тепла (до 60-70 %), относительной простоты
управления тепловым и газодинамическим режимами, низкого уровня эксплуатационных затрат, слабой зависимости их технико-экономических показателей от вида исходного сырья и пониженных суммарных объемов экологических выбросов.
Конструкции вагранок Металлический цилиндрический кожух вагранки (рис. 1) установлен на колонны и с рабочего объёма футерован огнеупорными изделиями. Опорная часть воспринимает статическую нагрузку от всей вагранки и динамическую от загружаемой шихты и состоит из фундаментной плиты, четырех колонн, опорной рамы, подовой плиты, днища, механизма открывания и закрывания днища. Днище вагранки обычно состоит из двух крышек (полуднищ), которые с помощью цапф подвешиваются на оси, проходящей через подшипники, закрепленные на подовой плите. Подовая плита служит для крепления нижних колонн и равномерного распределения нагрузки на фундамент.
Рисунок 1 - Коксогазовая вагранка: 1 - желоб для выпуска чугуна; 2 - лётка; 3 - копильник; 4 - фурмы для дутья; 5 - воздушный коллектор; 6 - футерованная шахта; 7 - завалочное окно; 8 - искроуловитель; 9 - вытяжная труба; 10 - загрузочная бадья; 11 - разливочный ковш
Шахта вагранки состоит из цилиндрического кожуха, сделанного из листовой стали толщиной до 20 мм. Внутри кожуха находится огнеупорная футеровка. Между кожухом и футеровкой организуют зазор 25-30 мм, заполняемый огнеупорным неспе-кающимися материалом, для обеспечения беспрепятственного расширения футеровки при нагревании.
Шахта устанавливается на подовую плиту над отверстием и закрывается откидным днищем. Днище футеруется набивной массой или огнеупорными изделиями, слоем толщиной 200-300 мм. Под должен иметь небольшой уклон в сторону чугунной летки. К ней примыкает футерованный желоб для слива металла. Если вагранка без копильника, то чугунная летка во время плавки заделывается ле-точной массой и отрывается только на период выпуска чугуна. В вагранке с копильником чугунная летка служит каналом, через который чугун из горна непрерывно поступает в копильник.
Для выпуска шлака имеется шлаковая летка, которая расположена ниже фурм на 75-150 мм. Шахта по высоте делится на нижнюю часть, от пода до первого ряда фурм, называемую горном, а от первого ряда фурм до порога завалочного окна -собственно шахтой.
Шахта вагранки имеет цилиндрический, канальный или сложный профиль. Корпус шахты по всей высоте или только в нижней части может охлаждаться водой. Водоохлаждаемая зона за исключением горна, как правило, не имеет огнеупорной футеровки. Не охлаждаемой водой зона цилиндрической шахты вагранки имеет огнеупорную футеровку толщиной 180-350 мм.
Длительность кампании вагранки, а, следовательно, экономика её работы, а также качество выплавляемого металла определяется стойкостью футеровки.
Футеровкой называется внутренний (непосредственно контактирующий с расплавом) слой из огнеупорного материала или изделий, расположенный внутри кожуха вагранки по всей ее высоте - от пода до искрогасителя. От срока службы футеровки в значительной степени зависит стоимость эксплуатации вагранки, а, следовательно, и себестоимость отливок. Стойкость футеровки определяет величину затрат материалов и труда на ее ремонт. Футеровка вагранки работает в тяжелых условиях. Она подвергается одновременному действию высоких температур до 1700 °С; химической коррозии и эрозии со стороны металлургических шлаков, флюсов и печной атмосферы; истиранию и ударам от загружаемой шихты. Кроме того, футеровка вагранки испытывает резкие колебания температуры.
Исходя из перечисленных условий работы, к футеровке предъявляют специальные требования. Прежде всего, футеровка должна обладать высокой огнеупорностью; химической стойкостью против разрушения ее шлаками, металлом, газами; термической стойкостью (не давать трещин при резких колебаниях температуры); механической прочностью и плотностью. Однако очень трудно найти такой огнеупорный материал, который обладал бы всеми этими свойствами. В условиях ваграночной плавки наибольшее распространение получила футеровка из шамотных изделий, являющихся наиболее дешевым и химически нейтральным материалом.
По условиям работы футеровку вагранки можно разделить на пять частей: горн, пояс плавления, шахта, пояс ниже загрузочного окна и труба с искрогасителем.
Труба и искрогаситель испытывают действие сравнительно невысоких температур до 800 °С и поэтому футеруются в один ряд (230 мм) рядовыми
шамотными изделиями с использованием шамотного мертеля.
Пояс высотой примерно в 1 м ниже загрузочного окна футеруют чугунным кирпичом, предохраняющим огнеупорную футеровку от механического разрушения в процессе загрузки. Чугунные кирпичи находятся в зоне низких температур порядка 500-600 °С и поэтому служат довольно долго.
Шахта от пояса чугунных кирпичей до правильной зоны футеруется шамотными огнеупорными изделиями класса А. В наихудших условиях находится футеровка в плавильном поясе, где имеет место одновременное воздействие высоких температур, шлаков, газов, металла и истирающее действие опускающихся материалов. Огнеупорный материал для плавильного пояса подбирают в зависимости от химического состава шлаков, образующихся при плавке. При кислых шлаках футеровку выполняют из динасовых, полукислых или шамотных огнеупоров, а в случае применения основных шлаков - периклазовыми, периклазоизвестковыми (доломитовыми) или периклазохромитовыми изделиями.
Основное правило футеровки - кладка 2 категории с минимальным числом швов с толщиной не более 1 мм, так как выгорание футеровки и ее разрушение идет главным образом по швам. Во избежание получения больших швов применение прямого кирпича допустимо лишь для вагранок диаметром не менее 1200 мм, а для вагранок меньшего диаметра - только для наружных рядов. Для внутренних рядов следует применять ребровой клин, чередуя его с прямым кирпичом. В случае применения радиальных кирпичей швы имеют одинаковую толщину и могут быть сделаны как угодно тонкими; швы же между прямоугольными кирпичами расширяются от центра к наружной поверхности вагранки.
Уничтожение швов между кирпичами, при условии сохранения огнеупорности материала, привело бы к значительному увеличению стойкости футеровки. Поэтому за последнее время все большее распространение получает набивная огнеупорная футеровка из тех же материалов, что и огнеупорные изделия, создающая при спекании прочный монолит. Ее преимущества заключаются не только в повышении стойкости, но и в относительной дешевизне используемых материалов.
Применение набивной футеровки для ремонта плавильного пояса позволяет значительно снизить трудоемкость и стоимость ремонтных работ.
Список литературы
1. Abbasi-Khazaei, B. A Novel Processin SemiSolid Metal Casting/B. Abbasi-Khazaei, S. Ghaderi// JU. Mater. Technol. - 2012. - V. 28. - № 10. Р. 946950.
2. Афанасьев, В. К. Некоторые итоги и перспективы развития нелегированного высокопрочного чугуна/В. К. Афанасьев, М. В. Попова, А. П. Черныш, С. В. Долгова, К. Г. Малютин, М. М. Са-галакова//Металлургия машиностроения. - 2020. -№ 4. - С. 11-16.
3. Афанасьев, В. К. Доменный чугун - металл будущего / В. К. Афанасьев, С. А. Гладышев, Л. А. Годик и др. / Под науч. ред. В.К. Афанасьева. - Кемерово: Кузбассвузиздат. - 2005. - 343 с.
4. Григорьев, В. М. Чугун остается перспективным сплавом для тормозных колодок /В. М. Григорьев, Я, В. Жатченко//Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. - 2016. - № 1(6). - С. 12-15.
5.Кобозев, М. А. Показатели относительной износостойкости основных пар трения серийных и модернизированных вакумных насосов пластинчатого типа/ М. А. Кобозев, Н. А. Марьин, Р. В. Пав-люк, П. А. Лебедев, А. В. Захарин, А. Т. Лебедев// Научное обозрение. - 2016. - № 22. - С. 95-99.
6. Костылева, Л. В. Повышение износостойкости почвообрабатывающих рабочих органов за счёт структурирования высокоуглеродистых сплавов/ Л.
B. Костылева, Д. С. Гапич, В. А. Моторин, А. Е. Новиков, Д. Б. Курбанов// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. - 2018. - № 3 (51). -
C. 283-291.
7. Kolokoltsev, V. M. Structure Feature And Properties Of High-Alloy White Irons/V.M. Kolokoltsev, E.V. Petrochenko.// Vestnik Of Nosov Magnitogorsk State Technical University. - 2013. - №5 (45). P. 5-8.
8. Трухов А. П., Сорокин Ю. А., Ершов М. Ю. и др. Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: учебник для вузов / под ред. А. П. Трухова. — М.: ИЦ «Академия», 2005. — 528 с.
9. Sain, P. K. Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron/P. K. Sain, C. P. Sharma, A. K. Bhargava// Journal Metallurgical and Materials Transactions A. - 2013. -V. 44F. Р. 1665-1671.
10. Yoganandh, J. Wear Behavior of Nickel-Based High Alloy White Cast Iron Under Mining Conditions Using Orthogonal Array/ J. Yoganandh, S. Natarjan, S. P. Kumaresh Babu// Erosive. Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. - V. 22. - № 9. - Р. 2534-2540.
