Шахтная печь для плавки чугуна: разновидности и особенности

Шихтовые материалы

Металлы, сплавы, специальные лигатуры, шлакообразующие присадки и другие материалы, которые используют для приготовления различных сплавов, в литейном производстве называют шихтовыми материалами или шихтой. В состав шихты входят: свежие материалы (доменные чугуны различных марок, медь, алюминий, цинк, никель и др.), которые поступают в литейные цехи с металлургических заводов; лом черных сплавов и лом цветных сплавов, представляющие собой переработанные промышленные отходы; специальные ферросплавы и лигатуры (промежуточные сплавы более тугоплавких элементов с легкоплавкими), поступающие с металлургических заводов; отходы литейного производства и механических цехов (литники, прибыли, бракованные детали и брикетированная стружка). Количественное соотношение различных материалов в шихте зависит от качества исходных материалов и от требований, которые предъявляют к изготовляемым сплавам.

Основные типы плавильных печей

В литейном производстве используются плавильные печи, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе (коксе, нефти, мазуте, газе), и печи электрические. К первому типу печей относят вагранки и тигельные печи, ко второму типу — дуговые электрические печи и электрические индукционные печи. Наибольшее распространение для плавки чугуна получили печи шахтного типа—вагранки. Серый чугун, получаемый в этих печах, используют для отливок различных по сложности деталей. В электрических печах плавится сталь, легированный чугун, а также белый чугун, перерабатываемый затем в ковкий чугун. Схема вагранки приведена на рис. 35. Вагранка представляет собой шахтную печь, основой которой является сварной металлический кожух 1, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом 2. Щель между кожухом и футеровкой засыпается сухим кварцевым песком 3. В верхней части вагранки находится загрузочное окно 4. Часть шахты вагранки, расположенная ниже загрузочного окна, футеруется чугунными пустотелыми кирпичами 5, которые предохраняют ее от разрушения при загрузке шихты 7.

Загружают вагранку с помощью скипового подъемника или консольного крана. Верхняя часть вагранки заканчивается искрогасителем 6.

Для поддержания горения в вагранке через специальные отверстия 8, называемые фурмам и, подается воздух (дутье), нагнетаемый вентилятором. Расплавленный чугун по поду 9, расположенному в нижней части шахты, стекает через специальное отверстие и желоб в копильник 10. В начале работы в вагранку загружают слой кокса высотой 500—1500 мм и поджигают его. Этот слой кокса называется холостой колошей. Затем на холостую колошу загружают рабочую коксовую колошу, флюс и первую порцию металлической шихты. После загрузки материалов через фурмы подают воздух, необходимый для горения топлива. В плавильном поясе чугун и шлаки расплавляются и стекают в горн вагранки. Образующиеся газы, поднимаясь вверх, нагревают металлическую шихту и топливо, а затем уходят в трубу.

По мере сгорания кокса и плавления чугуна загружаемая в вагранку шихта опускается вниз, а на ее место загружают новые порции шихтовых материалов. В процессе плавки жидкий чугун скапливается в горне вагранки. Шлак всплывает на поверхность чугуна и периодически выпускается через шлаковую летку. Накопившийся чугун сливается через летку по желобу в специальный копильник, а затем в ковш. Производительность вагранок 0,5—30 т чугуна в час.

В целях пожарной безопасности и предохранения от загрязнения окружающей местности вагранки снабжают искрогасителями, которые одновременно являются и пылеуловителями.

Для плавки стали в литейных цехах используют мартеновские и электродуговые печи с основной и кислой футеровкой, а также индукционные тигельные печи.

На рис. 36 показана схема дуговой электропечи. Источником тепла в этой печи является электрическая дуга, возникающая между расплавом 3, находящимся в ванне печи 4, и тремя графитовыми электродами 1 (проходящими через свод печи 6), по которым подается электрический ток. Вместимость таких печей составляет 1,5—10 т. Длительность плавки 1,5—4 ч. Приготовленный металл выливается при наклоне печи, осуществляемом специальным механизмом, через желоб 5. Загрузка шихты в печь производится через окно 2 или через свод печи, поднимаемый и поворачиваемый специальным механизмом.

Плавка стали в дуговой электрической печи состоит из следующих операций: заправки электропечи, завалки шихты, расплавления шихты и разливки готовой стали.

Индукционная печь (рис. 37) состоит из каркаса 6, сделанного из немагнитного материала, внутри которого находится индуктор (катушка), выполненный из витков 7 медной трубки, по которым протекает охлаждающая вода. Витки отделены друг от друга изоляцией ‘8. Плавильный тигель 5 в этой печи выполнен из набивной футеровки. Верхние части футеровки 1 и 3 и ее нижняя часть 4 делают из фасонных огнеупорных кирпичей, слой 2 выполняется огнеупорной обмазкой. Источником тепла в этих печах является индукционный ток, возбуждаемый в загруженной в тигель шихте при пропускании по индуктору переменного тока повышенной частоты.

Рис. 38. Дуговая однофазная электропечь для плавки медных сплавов

Плавка цветных сплавов производится в тигельных печах с мазутным или газовым отоплением, в электрических печах сопротивления, а также в дуговых или индукционных электрических печах.

Медные сплавы плавят в тигельных, пламенных и электрических печах. Наиболее широко применяют дуговые однофазные электрические печи типа ДМК (рис. 38). Печь представляет собой металлический барабан 1, футерованный огнеупорным кирпичом 2. Тепло, необходимое для расплавления меди, создается электрической дугой, возникающей между двумя горизонтально расположенными электродами 3. Установленный на роликах 4 барабан 1 может поворачиваться на определенный угол двигателем и зубчатой передачей.

Шихтовые материалы загружают через рабочее окно, снабженное желобом, по которому выпускают готовый расплав. Для выплавки медных сплавов шихтовыми материалами служат чушки, машинный лом, отходы собственного производства и т. д. В процессе плавки меди, цинка и свинца выделяются вредные газы и пары, поэтому плавильные печи снабжают мощной вытяжной вентиляцией.

Алюминиевые сплавы плавят в тигельных и пламенных печах, электрических печах сопротивления и индукционных печах. На рис. 39 показана тигельная печь с газовым обогревом для
плавки алюминиевых сплавов. Печь имеет огнеупорную футеровку 1, внутрь которой вставлен чугунный тигель 2. Газ подводится в горелку 4 и сгорает в пространстве между футеровкой и тиглем. Отверстие 3 предусмотрено для выпуска металла при прогорании тигля. Продукты горения и газы из сплава отводятся вытяжным колпаком 5. Печь подвешена цапфами на боковых опорах и может наклоняться с помощью штурвала и червячной передачи.

Шахтная печь для плавки чугуна: разновидности и особенности

Чугун плавят в: вагранках, электрических и пламенных печах.

1) Вагранка — печь шахтного типа для плавки чугуна. В настоящее время заменяется индукционными печами. Шихтовые материалы загружаются в шахту с колошниковой площадки послойно (колошами): чушковый доменный чугун, металлолом, флюсы, кокс. Расплавленный чугун собирается в горне и перетекает в копильник.

Чушка — небольшой слиток металла, имеющий форму бруска.

Флюс — материалы, которые засыпают в вагранку для образования жидких шлаков с целью удаления вредных примесей.

Кокс — твёрдый остаток, образующийся при коксовании природных топлив или их продуктов.

На рис. 1. показано устройство вагранки.

рис. 1. Разрез вагранки

1 — копильник; 2 — шахта; 3 — труба;

4 — искрогаситель; 5 — загрузочный кран;

6 — загрузочная бадья; 7 колошниоквая площадка;

8 — трубопровод подачи воздуха; 9 — воздушная коробка;

10 — фурмы; 11 — горн

Шихта ─ это металлический лом, предназначенный для дальнейшей переплавки.

Составляющими металлической шихты являются литейные и передельные чушковые чугуны, ферросплавы, собственные отходы производства (брак, литниковая система), чугунный и стальной лом.

Основным классификационным признаком шихты является содержание кремния, фосфора, марганца, серы.

Для регулирования содержания кремния и марганца в выплавляемом чугуне в шихту добавляют ферросплавы: ферросилиций (ФС20Л, ФС45, ФС75Л), и ферромарганец.

Чугун получают в доменной печи.

Доменная печь ─ большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железнорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты.

Устройство доменной печи

1. Горячее дутьё;
2. Зона плавления;
3. Зона восстановления FeO;
4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта);
5. Зона предварительного нагрева (колошник);
6. Загрузка железной руды, известняка и кокса, шихты;
7. Доменный газ;
8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса;
9. Выпуск шлака;
10. Выпуск жидкого чугуна;
11. Сбор отходящих газов.

Химические реакции в доменной печи

Применение печей

Плавка чугуна

Плавка стали

Плавка цветных сплавов

Тигельные с металлическим тиглем

Баббиты, цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы

Тигельные с графитовым или шамотным тиглем

Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба

Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба

Все цветные сплавы в производстве небольшого масштаба

Пламенные

Ковкий чугун в мелкосерийном производстве, Белый чугун для крупных отливок валков, изредка серый чугун в производстве небольшого масштаба

Углеродистая и низколегированная сталь для средних и крупных отливок (мартеновские печи)

Медные и алюминиевые сплавы для средних и крупных отливок; при плавке большой угар сплава

Шахтные (вагранки)

Серый и ковкий чугун для разнообразных отливок

При триплекс-процессе с конвертером и электропечью и дуплекс-процессе с конвертером

Конвертеры с боковым дутьём

Низкоуглеродистая сталь для несоответственных отливок

Однофазные дуговые электропечи

В производстве небольшого масштаба

Медные и никелевые сплавы

Трёхфазные дуговые электропечи

Для рафинирования жидкого чугуна и плавки на твёрдой завалке для ответственных отливок

Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок

Печи сопротивления тигельные и с ванной

Алюминиевые и магниевые сплавы – в тигельных печах и алюминиевые в печах с ванной

Индукционные с сердечником

Индукционные без сердечника

Преимущественно легированные для ответственных отливок

Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок

Сплавы никелевые, медные, благородных и редких металлов

Электродуговые переменного тока

Для выплавки стали и чугуна

Электродуговые постоянного тока

Плавильные печи сопротивления

Легкоплавкие металлы (олово, свинец, цинк и сплавы на их основе), а также алюминиевые и магниевые

Плазменные электропечи

Высоколегированные и малоуглеродистые стали, жаропрочные сплавы

Редкие и тугоплавкие материалы

Электронно-лучевые

Тугоплавкие металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам), медь никель, чистое железо и т.д.

Электрошлаковые

Применяется для отливки слитков

Мартеновские

Для крупногабаритных стальных отливок, переработка чугуна в сталь

Вакумные дуговые печи

Фасонные отливки из высоколегированной стали

Тугоплавкие и химически активные металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам)

Газопламенная вращающаяся

Какие бывают виды плавильных печей и их особенности

Плавильные печи многофункциональны и подходят для использования во многих сферах. Конструкции выполняются в различных размерах и конфигурациях. Для производства моделей используются листы жаропрочного металла и материалы с повышенными огнеупорными и теплоизоляционными показателями. Муфельные печи обладают высокими плавильными свойствами и характеризуются не только точностью регулировки, но и экономичностью.

Плавильные печи SNOL просты в эксплуатации и удобны в обслуживании и ремонте

Для плавильных печей предусмотрено использование терморегуляторов и программаторов. Эти устройства позволяют минимизировать участие персонала и оптимизировать рабочий процесс

Основные типы плавильных печей

Современные типы плавильных печей отличаются устройством, габаритами, мощностью и прочими параметрами. Благодаря этому они подходят для выполнения задач разной сложности. Их применяют на производстве и в лабораториях. Используются печи для плавки алюминия и других металлов, термообработки керамики, стекла и прочего сырья.

Их условно можно разделить на такие типы:

1. Индукционные печи

Промышленная или лабораторная индукционная плавильная печь выполняет нагрев образцов, выделяя жар при движении тока через металлические составляющие в тигле. Под воздействием электромагнитного излучения, образуемого индуктором, и возникает напряжение. Конструкция выполнена из:

  • Асбоцементного корпуса.
  • Катушки с множеством витков (индуктора).
  • Узла для плавки, с тиглем из плотного материала.
  • Шинообразных проводов.
  • Батареи для компенсирующих конденсаторов.
  • Охлаждаемых водой катушек редукторов.

КПД плавильной печи способствует качественной обработке металлов с различными свойствами и показателями. Технику можно применять для переплавки стали и чугуна, меди, латуни, цинка, алюминия и прочих сплавов. В зависимости от термических возможностей, модели делятся на:

  • Низкотемпературные – от 100 до 1300°С.
  • Высокотемпературные – от 1200 до 2300°С.

Плавильные печи SNOL отличаются высоким качеством расплава, независимо от типа обрабатываемого сплава

Выбирая индукционную печь, учитывайте размер тигля. От характеристик данного элемента напрямую зависит, какое количество продукции будет обработано в течение одного цикла загрузки

2. Дуговые печи

В дуговой плавильной печи в качестве источника тепла выступает переменный или постоянный ток. Напряжение возникает при прохождении заряда между электродами из графита и металлом. При плавке сырья происходит одновременное покачивание в камере, для равномерной обработки. Такое оборудование подходит для железных сплавов и цветных металлов, а также чугуна и стали.

Устройство плавильной печи может быть с подом разных конфигураций. Для корректной работы оборудования необходима надежная система охлаждения. Состоит конструкция из:

  • Корпуса.
  • Стального кожуха.
  • Огнеупорной футеровки.
  • Емкости для плавки.
  • Приточных отверстий.
  • Сливных отверстий.
  • Ребер охлаждения.

Плавильные печи SNOL высокоэффективны, при этом характеризуются экономным потреблением электроэнергии

3.Газовые печи

Газовая плавильная печь выполняется из материалов с высокими изоляционными характеристиками. Благодаря этому тепловые потери сводятся к минимуму. Среди особенностей эксплуатации можно выделить возможность предельно точной регулировки температуры в камере нагрева. Применяют технику для:

  • Переплавки ценных металлов.
  • Искусственного старения поверхностей.
  • Обжига керамики.
  • Сушки образцов с высокой теплопроводностью.

Будь то шахтная или мини плавильная печь, она образует газово-воздушную смесь, которая сгорая, выделяет большое количество энергии. Состав накаляет жаростойкий тигель до разной температуры. Благодаря этому оборудование используется не только для плавления, но и нагрева различных материалов.

Плавильные печи SNOL используются в разных отраслях промышленности

4. Электрические печи

Электрическая плавильная печь сопротивления функционирует по тому же принципу, что и ток в проводнике. В данной разновидности оборудования применяются пластины из нихрома. Несмотря на то, что элементы требуют частой замены, это не отражается на стоимости производимой продукции.

Электрическая печь для обработки металла подходит для установки в цехах и на производстве. Модели различных конфигураций оснащаются всевозможными дополнительными функциями. Конструкции могут быть оснащены:

  • Выдвижным, выкатным или неподвижным подом.
  • Дополнительными полками и противнями, подвесами.
  • Принудительной или естественной конвекцией.

Печи SNOL для плавки разных сплавов могут иметь одну или несколько камер

5. Муфельные печи

Схема плавильной печи такого типа в обязательном порядке содержит муфель, который необходим для защиты нагреваемого образца. Он требуется для того, чтобы обезопасить обрабатываемый материал от взаимодействия с продуктами сгорания. Материалы изготовления камер очень разнообразны, для них используется:

  • Тонкостенная керамика.
  • Минеральная вата.
  • Сплавы металлов.
  • Кирпич.
  • Плиты из асбеста.
  • Глины.

В печах SNOL предусмотрена возможность выбора разных типов открывания дверей камеры

Плавильные печи применяются для изготовления образцов и проведения исследований. При работе с химически агрессивными веществами необходимо устанавливать дополнительные вытяжные приспособления

Ювелирные плавильные печи, модели для обработки металлов, стекла, керамики и прочих материалов, необходимо подбирать с учетом рабочих задач и предполагаемых производственных объемов. При соблюдении рекомендаций по эксплуатации и требований к безопасности, оборудование для сушки обжига и прокалки будет не только предельно эффективным, но и долговечным. Подробнее об особенностях разных типов печей можно узнать у специалистов компании «Лабор». Мы ждем Вашего звонка!

Тигельная печь: ее виды и их особенности. Испытательные климатические камеры соляного тумана и тепла холода влаги

Тигельная печь – это печь с емкостью из огнеупорного материала (тигель), в которой плавиться, варится, нагревается металл или другой материал.

Применяется тигельная печь для плавки практически всех видов металла: сталь, алюминий, медь, драгоценные, цветные металлы и прочее, но в небольшом количестве. Примечание. Вместимость печи составляет от двух килограмм до 30 тн.

Распространение получили тигельные электрические печи за счет того, что в них возможно достигать очень высоких температур, которые легко регулировать электронным блоком. Если есть ограничения по мощности, можно использовать транзисторный преобразователь, который позволяет подобрать необходимую мощность и, соответственно, загрузку печи. Примером является печь индукционная плавильная тигельная ИПП 45 (цена может изменятся в зависимости от комплектации).

Тигельная плавильная печь может иметь три вида тиглей:

Керамические тигли получили самое большое распространение, так как они никак не влияют на свойства выплавляемых веществ.

Индукционная тигельная печь эксплуатируется, как самостоятельное оборудование, так и в комплексе с другим оборудованием, доводя плавку до требуемого состава.

Преимущества использования тигельных печей:

  • нет надобности в промежуточных нагревательных элементах, так как энергия выделяется непосредственно в загрузочной камере;
  • равномерное прогревание металла или сплава за счет электродинамической циркуляции вещества в емкости;
  • атмосфера и давление в рабочей камере могут создаваться в любом диапазоне;
  • удобство в использовании, поскольку небольшая емкость позволяет полностью сливать металл, а относительно небольшой вес облицовки быстро остывает и позволяет за короткий промежуток времени переходить с одного сплава на другой;
  • простота в обслуживании и управлении процессом за счет возможности автоматизации;
  • небольшие загрязнения воздуха.

Но есть и недостатки, индукционные плавильные печи тигельные имеют:

  • низкую стойкость футеровки в силу ее небольшой толщины, ведь ее температура сменяется достаточно часто;
  • небольшую температуру шлаков, которые нагреваются от металла;
  • большую стоимость оборудования.

Индукционная тигельная печь, купить которую можно на специализированном заводе, может иметь достаточно разные типы.

Примечание. В силу своей простоты конструкции можно даже заказать печь индивидуального строения или сделать ее самому.

Но в основном шахтная тигельная печь подразделяется по следующим критериям:

  • по размерам рабочей емкости;
  • по температурному режиму;
  • по особенностям конструкции.

Емкость от 2 до 1000 кг имеет маленькая печь и применяются для плавки драгоценных металлов, выплавки сплавов в небольших количествах или как лабораторная тигельная печь. Более емкостная печь тигельная плавильная — для плавки цветных металлов и черных в промышленных масштабах. Все зависит от потребностей производителя и от выплавляемого вещества. Например, тигельная печь для алюминия и сплавов с ним, чаще всего бывает от 0,04 до 2 т, а для меди и медных сплавов – от 0,1 до 0,6 т.

Тигельная печь, цена которой зависит от размеров и конструкции, в основном имеет максимальную температуру до 1400 – 1600 градусов. Но есть высокочастотная печь тигельная, 2000 градусов для которой является рабочей температурой.

Конструктивно различается стационарная электрическая тигельная печь и поворотная. Обычно стационарные печи имеют небольшие габариты и применяются для лабораторных исследований, а поворотные используются в промышленных масштабах для удобства разливки.

Примечание. Стационарная печь отлично подходит для выплавки металла и хранения его в жидком виде.

Кроме того, бывает тигельная печь (купить ее можно какой угодно конструкции) открытого и закрытого типа. Первый тип позволяет производить выплавку на открытом воздухе, а второй – в вакуумном пространстве.

Примечание. Мощность вакуума в закрытых тигельных печах пребывает в диапазоне от 0,1МПа до 10 Па.

Тигельные печи прямого действия, еще называют тигельными печами сопротивления, позволяют производить нагревание металла в очень сжатые сроки за счет преобразования электрической энергии в тепловую.

Если необходимо отойти от электрического носителя, применяются тигельные печи пламенные. Нагрев в них происходит от газовой пламенной горелки между футеровкой и тиглем, производительность их составляет около 400 кг металла в час. Поэтому часто применяют такие тигельные печи для плавки алюминия и других цветных металлов.

Индукционная печь

Индукционные печи и установки работают на принципе преобразования электромагнитной энергии в тепло. Этот процесс обеспечивает индуктор (многовитковая катушка), внутри которого размещается исходный материал. Причем плавка в индукционной печи происходит без контакта нагревательного элемента с металлом.

Плавка металла в индукционной печи осуществляется двумя способами:

Производство стали в индукционных печах с кислой плавкой происходит без окисления. Поэтому шихту загружают в промышленные индукционные печи легированную или добавляют лом с ферросплавами, которые тщательно взвешивают и просчитывают.

Примечание. В кислой плавке не рекомендуется выплавлять сплавы, которые содержат марганец, титан, алюминий и прочие металлы, взаимодействующие с кислой футеровкой.

Плавка стали в индукционных печах с основным процессом позволяет использовать любой состав скрапа.

На температуру плавки влияет частота магнитного тока. Этот показатель определяет типы индукционных печей.

  1. Индукционные печи промышленной частоты.
  2. Печи повышенной (средней) частоты.
  3. Высокочастотные индукционные печи.

Виды индукционных печей определяют, какой металл в них можно использовать.

Индукционные плавильные печи для плавки чугуна (ИЧТ) чаще всего бывают промышленной частоты. Также допускается плавка меди в индукционной печи такого типа. Температура в ней пребывает в диапазоне 1400 – 1550 градусов, объем выплавляемого материала от 1 до 10 т. Чтобы узнать, сколько стоят индукционные печи для плавки меди или других металлов, надо определиться, какие необходимы конструктивные параметры: объем, мощность, комплектация, и тогда заводы производители индукционных тигельных печей смогут предоставить информацию о цене.

Плавка алюминия в индукционных печах (ИАТ) повышенной частоты протекает при температурах 700 – 800 градусов. Технические характеристики индукционных печей ИАТ зависят от их мощности и объемов.

Индукционные тигельные плавильные печи средней частоты (ИСТ) позволяют расширить разнообразие выплавляемого материала.

Примечание. Производство индукционных печей средней частоты многих моделей дает возможность работать при мощности от 0,32МВт до 1,6МВт, а объем загрузки варьируется от 0,25т до 2,5 т.

Индукционные плавильные печи (цена зависит от мощности и комплектации) могут плавить драгоценные металлы. Хотя выплавка стали или выплавка чугуна в индукционных печах такого типа также возможна.

Высокочастотные индукционные тигельные печи от производителя типа ИСТ могут переплавить с очень высокой степенью чистоты медь, серебро, золото и другие металлы и сплавы. Температурный диапазон таких печей достаточно широкий. Чтобы в этом убедится наглядно, рассмотрим температурные характеристики, необходимые для плавления отдельных металлов:

  • выплавка стали в индукционных печах, температура плавления 1450-1520 градусов;
  • плавка чугуна в индукционной печи – 1450-1520 градусов;
  • плавка латуни в индукционных печах – 880-950 градусов;
  • плавка палладия в индукционной печи – 1300-1600 градусов;
  • плавка серебра в индукционной печи – 960 градусов;
  • плавка титана в индукционных печах – 1680 градусов;
  • плавка бронзы в индукционной печи – 930-1140 градусов;
  • литье цинка в индукционных печах – 420 градусов;
  • плавка никеля в индукционной печи – 1455 градусов;
  • плавка силуминов в индукционных печах – 500-660 градусов;
  • индукционные печи для плавки меди – 1083 градуса.

Купить индукционные печи для плавки меди, алюминия и других легированных металлов можно как отечественного, так и зарубежного производства. Лидером в производстве индукционных печей является Китай, индукционные плавильные печи китайского производства имеют широкий модельный ряд и хорошую ценовую политику. Качество и модельный ряд печей российского производителя ничуть не хуже, например, фирма Эпос не только изготавливает типовые, но и разрабатывает новые индукционные печи (Новосибирск). Компания «Росиндуктор» производит очень широкий перечень оборудования, в том числе и печи электродуговые и индукционные для литья заготовок. Продажа индукционных печей этой компании производится не только по всей России, но и за рубежом. Существует еще много других предприятий, изготавливающих печи индукционные сталеплавильные, внедрение которых на рынок промышленного оборудования находится на стадии развития.

В заключение необходимо сказать, что индукционные печи, литейная способность которых ограничена небольшими объемами, применяются чаще всего для фасонного и мелкого литья. А в массовом производстве металла не применяются индукционные печи — стали низкоуглеродистые и сплавы в них без раскисления плавить сложно.

Камера соляного тумана

Камера соляного тумана предназначена для определения коррозионной стойкости материалов при воздействии соляного тумана.

Испытания в камере соляного тумана происходят до 30 суток, в течении которых на материал воздействует солевой туман, равномерно распыляющийся по всей его поверхности. Камера соляного тумана КСТ позволяет максимально воспроизвести условия эксплуатации и добиться необходимых антикоррозийных характеристик.

Аттестация камеры соляного тумана предусматривает определение дисперсности и водности раствора. Методика аттестации камеры соляного тумана подробно изложена в соответствующих нормативных документах.

Согласно аттестации, самые распространенные типы камер имеют следующие характеристики:

  • камера соляного тумана КСТ 2 — дисперсность 1-10 мкм, водностью 1-2,5 мл/ч;
  • камера соляного тумана КСТ 1м – дисперсность 1-10 мкм, водность 2-3 г/куб.м;

Мировым лидером по разработкам новых технологий является компания Atlas Material Testing Technology, поэтому камера соляного тумана Atlas пользуется успехом в различных отраслях промышленности из-за качества и долговечности.

Камера соляного тумана (цена зависит от конструкции и производителя) полностью автоматизирована, регулируются лишь режимы работы. В процессе эксперимента постоянно контролируется и поддерживается состав раствора и чистота воды. Если есть необходимость, камера соляного тумана, купить которую можно на территории России, может также изменить положение в пространстве образца.

Камера тепла холода влаги

Климатическая камера тепло холод влага используется для испытания веществ на устойчивость к климатическим условиям (температура и влажность).

Для создания равномерной пониженной или повышенной температуры камера тепла холода и влаги снабжена широколопастным винтом в задней части. Высокая и низкая влажность создается за счет подогрева или охлаждения воды и образования «водяной бани». Причем испытательная климатическая камера тепла холода влаги одновременно регулирует оба этих параметра, создавая необходимые условия.

Плавка чугуна в дуговых электрических печах

Конструкция дуговых печей.Для плавки чугуна применяют трехфазные сталеплавильные дуговые печи с зависимой дугой, в которых электрическая дуга образуется между электродами и металлом. Вместимость их составляет от 0,5 до 75 т. Они маркируются буквенной абревеатурой ДСП и цифрами, например ДСП-12 или ДСП-50, что обозначает дуговую сталеплавильную печь вместимостью 12 и 50 т соответственно.

Схема дуговой печи приведена на рис. 5.20.

Рис. 3.6.4. Схема дуговой электропечи переменного тока:

1 – свод; 2 – электроды; 3 – рабочее окно; 4 – выпускное отверстие

Через свод 1 печи проходят три графитовых электрода 2, расположенные равномерно вокруг вертикальной оси печи. Между каждой парой электродов горит дуга прямого действия, замыкающаяся через металл. Печи имеют автоматическую систему перемещения электродов, поддерживающую заданную длину дуги в каждой из фаз. Электроды диаметром до 550 мм и длиной до 1800 мм имеют резьбовые отверстия в торцах. По мере сгорания нижних частей электродов, их наращивают, для чего в верхнюю часть работающего электрода ввинчивают соединительный графитовый ниппель, а на него навинчивают новый электрод. Расход электродов составляет 5-7 кг/т чугуна. Удельная мощность ДСП — от 200 до 700 кВт/т. Печи малой вместимости загружают через рабочее окно 3, а большой вместимости – сверху, при этом свод приподнимается и поворачивается в сторону или печь выкатывается из под него.Для слива шлака печь наклоняют в сторону рабочего окна, для выпуска металла – в сторону выпускного отверстия 4.

Дуговые электропечи прямого нагрева имеют высокий КПД при рас­плавлении шихты, обеспечивают получение «горячего» шлака и, соответственно, возможность эффективного проведения рафинирующих процессов, в том числе и десульфурации чугуна, что особенно важно при получении высокопрочного чугуна. Кроме того, производительность их при одинаковой вместимости на 25-30 % выше, чем индукционных печей.

Однако эти печи имеют и существенные не­достатки: низкий КПД при перегреве, значительный шум, обильное дымовыде­ление при работе и повышенный угар элементов. Поэтому они применяются преимущественно как плавильный агрегат в дуплекс-процессе плавки чугуна.

В последние годы вместо трехфазных дуговых печей для плавки чугуна успешно применяют дуговые печи постоянного тока (ДППТ). Их конструктивной особенностью является наличие только одного верхнего сводового электрода (катода), расположенного вдоль вертикальной оси печи, и подовых электродов (анодов) в подине печи. Схема дуговой печи постоянного тока приведена на рис. 3.6.5.

Рис. 3.6.5. Схема дуговой печи постоянного тока:

СЭ – сводовый электрод; ПЭ1 и ПЭ2 – подовые электроды

Сводовы электрод является графитовым, а подовые электроды – медными водоохлаждаемыми. Источник электропитания, наряду с силовым трансформатором, включает тиристорный преобразователь.

Центральное размешение дуги обеспечивает более благоприятные условия для работы футеровки, поэтому износ её составляет менее 0,3 мм за одну плавку, а стойкость – до 2000 плавок и более без проведения ремонта. Постоянный ток обеспечивает более стабильное горение дуги, многократное сокращение пыле-газовыбросов, а также низкий уровень шума. Наличие трех подовых электродов обеспечивает электродинамическое перемешивание расплава в ванне печи, что предохраняет расплав чугуна от местного перегрева. При этом снижается угар металла (до 1,5 %) и уменьшается расход графитированных электродов.

ДППТ обладают всеми достоинствами индукционных печей и имеют дополнительные преимущества, так как может эффективно работать как в плавильном, так и в миксерном режимах. В этом плане они представляю собой наиболее универсальный плавильный агрегат. Они отличаются низким расходом электроэнергии и графитированных электродов, длительной межремонтныи сроком службы футеровки и низким расходом огнеупорных материалов, малым угаром шихты и существенным (на 40 %) снижением эффекта мерцания (скачков тока) в питающей сети, а также минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду в части пыле-, газо- и шумщвыделений.

Технология плавки.В дуговых электропечах чугун можно выплавлять по основному и кислому процессам. Основной процесс применяют при необходимости получения чугуна с пониженным содержанием серы.Он протекает с большим расходом электроэнергии, так как связан с наведением шлаков и большей продолжительностью плавки. Кислый процесс применяют, когда нет необходимости в проведении десульфурации чугуна.

Процесс плавки в дуговой электропечи имеет ряд особенностей. Они обусловлены:

а) наличием «горячего» шлака и возможностью эффективного проведения процесса десульфурации;

б) наличием зон высокого перегрева расплава под электродами и относительно большой температурной неоднородностью по объему металла в ванне печи;

в) активным участием огнеупорной футеровки в протекании металлургических процессов.

Эти факторы оказывают соответствующее влияние на угар компонентов шихты, содержание газов и неметаллических включений в выплавленном чугуне.

Угар углерода и других компонентов при плавке в дуговой электропечи несколько выше, чем при других видах плавки. Среднестатистический угар углерода за цикл плавки и перегрева до температуры 1550 о С составляет от 10 до 25 % от первоначального и зависит от исходного содержания углерода в шихте, состава шихты и состава шлака. Возможные реакции окисления углерода приведены ниже:

Прямое окисление углерода кислородом имеет практическое значение только в период проплавления колодцев под электродами. Окисление углерода за счет FeO активно протекает в период формирования расплава чугуна из окисленной шихты. Окисление углерода за счет восстановления кремнезёма реализуется при плавке на кислой футеровке и перегреве жидкого чугуна до температуры выше 1450 о С. До 75 % всего выгорающего углерода теряется в начальный период плавки.

Угар кремния при плавке чугуна в дуговой электропечи определяются состоянием шихты, температурой расплава, длительностью выдержки расплава при высокой температуре, составом шлаков и характером футеровки. Возможные реакции окисления и восстановления кремния приведены ниже:

Первые две реакции реализуются в период плавления шихты, а две последующие реакция – после формировании расплава чугуна при его «холодном» в начале плавки и «горячем» в конце плавки состояниях соответственно.

Окисление марганца, как и кремния, может происходить за счет кислорода воздуха в период расплавления шихты, за счет монооксида железа в период формирования ванны расплава, а также за счет растворенного в непрогретом жидком чугуне кислорода.

[Mn] + (FeО) = 2[Fe] + (MnO); (3.6.9)

[Mn] + [О] = (MnO); (3.6.10)

Восстановление марганца может происходить как кремнием, так и углеродом:

2 (MnO) + [Si] = 2 [Mn] + (SiO2); (3.6.11)

В дуговой печи с основной футеровкой, наряду с окислением и восстановлением основных компонентов чугуна, ввиду формирования основного шлака могут реализоваться и процессы дефосфорации и десульфурации чугуна по реакциям:

[S] + (CaO) +[C] = (CaS) + . (3.6.14)

Процесс дефосфорации эффективно протекает при высокой основности шлака, пониженных температурах и высоком содержании (FeO) в шлаке. А процесс десульфурации эффективно реализуется при высокой основности шлака, но при повышенных температурах расплава и хорошей раскисленности шлака и расплава, чему способствует высокое содержание углерода в чугуне. Поэтому дефосфорацию необходимо проводить в начальной стадии плавки со скачиванием шлака, а десульфурацию – на завершающей стадии приготовления жидкого чугуна. Необходимость скачивания фосфористого шлака обусловлено обратным восстановлением фосфора из шлака на завершающих стадиях плавки чугуна ввиду изменения температуры расплава и окисленности шлака.

Угар элементов в дуговых электропечах в зависимости от состояния и вида компонентов шихты составляет, мас.%: углерод 8…10, кремний 10…20, марганец 20…30, хром 10…15, сера 60…80, фосфор 20…25, титан 25-28.

Процесс плавки чугуна начинается с заправки печи, которая представляет собой мелкий ремонт футеровки подины и откосов сразу после выпуска металла предыдущей плавки. При кислой футеровке в образовавшиеся углубления на подине и откосах забрасывают смесь, состоящую из, мас.%: 90-92 кварцевого песка, 5-6 жидкого стекла и 3-4 воды. При основной футеровке заправку готовят из доломитовой или магнезитовой массы.

При завалке шихты вначале на подину загружают карбюризатор в количестве 75 мас.% от расчётного, а затем остальные составляющие – чугунный и стальной лом, стружка, чушковой чугун и др. Крупный лом загружают под электроды.. При плавке в дуговой печи можно в качестве шихты можно использовать разный сорта вторичных черных металлов – стружку, мелкую легковесную, крупную, плохо разделанную. В первичную садку печи вводят также основную часть никеля, кобальта, ферромолибдена и феррофосфора, которые усваиваются с малым угаром. Для обеспечения стабильного горение дуги шихту следует укладывать плотнее.

Плавление шихты производят в режиме максимальной мощности печи путем проплавления в шихтовом слое «колодцев» под электродами и последующего сталкивания шихты в эти колодцы. В этот дуга горит прерывисто, нестабильно, шумно (до 100 дБ) и дымно.

При формировании жидкой ванны расплава на его поверхность наводят шлак. Для этого в кислых печах используют кварцевый песок (до 2 мас.%) с небольшими добавками извести или известняка (10 и 20 мас.% соответственно от массы песка). Шлак должен иметь невысокую вязкость (легко сливаться с пробной ложки), а после затвердевания иметь плотный зеленоватый излом. Чёрный цвет и пузырчатый излом шлака свидетельствует о повышенном содержании в нем FeO. Такой шлак надо раскислить или частично скачать и навести новый. Основной шлак в печах с основной футеровкой получают при добавке около 3 % известняка от массы шихты.

После полного расплавления мощность снижают во избежание перегрева и оплавления стен и свода печи открытой дугой. Перегрев чугуна до заданной температуры происходит неравномерно – под электродами температура существенно выше, чем у откосов печи. Для выравнивания температуры и химического состава металла по объему ванны в печах емкостью более 20 т часто применяют электромагнитное перемешивание. В этот период плавки значительная часть энергии, излучаемой дугой, передается своду и стенкам печи. КПД печи резко снижается, составляя 5…20 %. Для уменьшения тепловой нагрузки на свод и стены печи нередко заглубляют электрическую дугу в жидкий металл. Глубина жидкого колодца приблизительно равна диаметру электрода. После достижения заданной температуры перегрева скачивают шлак, добавляют оставшуюся часть карбюризатора и наводят новый шлак.

Для усвоения углерода в печах, не имеющих устройств электромагнитного перемешивания, требуется увеличение продолжительности плавки по сравнению с печами с электромагнитным перемешиванием. Поэтому плавка синтетического чугуна требует повышенного (на 100-200 кВт∙ч/т чугуна) расхода электроэнергии на плавку.

Плавка в дуговых печах характеризуется повышенным растворением в жидком металле водорода и азота. Это объясняется тем, что в зоне горения дуги эти газы существуют в атомарном и частично ионизированном состоянии.

В процессе плавки следует периодически раскислять шлак добавками электродного боя, древесного угля или других карбюризаторов для предотвращения «кипа» ванны металла, протекающего по эндотермической реакции: [FeO] + [С] = [Fe] + <СО>. Раскисление шлака приводит к раскислению металла, вследствие чего реакция кипения не получает развития.

По результатам первого экспресс-анализа корректируют химический состав металла. Последовательность ввода ферросплавов и их количество устанавливают в зависимости от сродства каждого легирующего элемента к кислороду с учетом закономерностей угара в кислых и основных печах. Феррохром и ферромарганец вводят в конце плавки. Титан легко окисляется как в кислой, так и в основной печи, поэтому его вводят непосредственно перед выпуском металла. В основных печах угар кремния возрастает, поэтому ферросилиций вводят перед выпуском плавки. В кислых печах присадку ферросилиция можно проводить в любое время, так как угара кремния практически не происходит, однако, учитывая неблагоприятное влияние кремния на науглероживание чугуна и модифицирующий эффект, присадку ферросилиция следует давать перед выпуском чугуна из печи.

Процесс плавки в дуговой печи постоянного тока состоит из тех же этапов. При этом первый период проводят на высоком напряжении и небольшом токе дуги. Длинная дуга обеспечивает стабильный электрический режим, интенсивный нагрев печных газов, плавный нагрев всего объема шихты. Колебания активной мощности по сравнению со средним значением не превышают ± 10-20 %. Колебания давления в печи за счет стабилизации электрического режима подавлены, подсоса воздуха в печь, как это происходит в ДСП, не наблюдается. В течение первого периода в шихте образуется расширяющаяся вверх воронка, которая исключает обрушивание шихты на сводовый электрод. Во второй период обеспечивается стабильный электрический режим при колебании мощности не более ± 5 %, что способствует быстрому расплавлению шихты и не приводит к заметному локальному перегреву металла. Ток дуги в этот период удваивают, а напряжение в 2 раза снижают.

Перегрев расплава под дугой во втором и третьем периодах предотвращается соответствующим размещением подовых электродов, формирующим тороидальное вращение металла в вертикальной плоскости, при котором поток металла с большой скоростью подтекает под дугу и уходит вглубь расплава. В этих условиях температурное поле расплава выравнивается за счет интенсивной конвективной теплопередачи через расплав, а высокая скорость движения металла под дугой не допускает его локального перегрева. Во всех периодах плавки происходит минимальный угар металла, не образуется первичный шлак. Состав шлака и его активность можно регулировать подачей шлакообразующих элементов. Образованный шлак жидкоподвижен и из-за интенсивного перемешивания металла эффективно взаимодействует с расплавом.

Третий период проводят на короткой дуге: при напряжении на дуге в четыре раза меньшем, чем в первом периоде, а силе тока в четыре раза большем. При этом происходит доплавление шихты, нагрев расплава, рафинирование и перемешивание расплава и шлака. В этот период можно эффективно проводить (за счет активного перемешивания) окислительный процесс подачей кислорода или железной руды.

В процессе рафинирования нагрев металла ведется на полной мощности при коротких включениях дуги. Доля энергии, передаваемой в этот период непосредственно от дуги к расплаву, превышает 80 % подведенной. Интенсивная теплопередача от дуги к расплаву реализуется при усиленном воздействии поля электромагнитных сил на расплав. Скорость теплопередачи от дуги к расплаву увеличивается пропорционально росту силы тока.

В процессе плавки постоянно происходит эффективное перемешивание металла и его активное взаимодействие со шлаком, что позволяет легче, чем на печи переменного тока, проводить процессы десульфурации и дефосфорации. Перемешивание также обеспечивает получение чугуна, однородного по химическому составу и температуре, способствует более полному удалению растворенных газов и неметаллических включений из расплава.

Стабильный дуговой разряд и интенсивное перемешивание металла в дуговой печи постоянного тока устраняет локальный перегрев и газообмен с окружающей средой, что приводит к снижению угара шихтовых материалов и графитированных электродов и пылегазовыбросов в 5-10 раз.

Типы печей
|следующая лекция ==>
Технология плавки|Плавка чугуна дуплекс-процессом

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 5172 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Что такое вагранка

Такое оборудование, как вагранка, представляет собой печь шахтного типа, предназначенную для плавки чугуна в заводских условиях. Такие устройства – самые распространенные чугунолитейные печи на производстве. По статистике до 95% работ по изготовлению чугунных изделий и заготовок осуществляется с их помощью. Связана популярность с тем, что плавка в вагранках – это метод с высоким КПД и производительностью, а сами они просты в эксплуатации и обслуживании. Ключевое преимущество и отличие от домны – отсутствие химических изменений в составе готового сплава.

О том, где и когда впервые применили такую конструкцию, ведутся споры. Одни исследователи полагают, что это произошло в середине 18 века в России на Гусевском заводе, а изобретателем называют заводчика Баташева. Другие считают, что первыми были англичане. Вероятно, правы первые, так как Уилкинсон зарегистрировал патент на плавильню только в 1794 году. То есть на несколько десятилетий позже. В сети легко найти фото и рисунки плавильных агрегатов той эпохи. Все они имеют схожую конструкцию. Эта конструкция стала эффективной заменой переносных горнов.

Типы и их особенности

Производятся модели, работающие на газу, твёрдом топливе – коксе, гибридные коксогазовые. Плюс коксовых печей – доступная шихта, небольшое содержание магния и кремния, минимальная окислительная способность создаваемой внутри плавильной камеры атмосферы. Также во время работы не требуется постоянно поддерживать высокую температуру в воздухоподогревателях. Газовые модели хороши, благодаря недорогому топливу. Однако наиболее выгодными считаются коксогазовые. Они обеспечивают снижение себестоимости готовых изделий.

Средняя производительность печей-вагранок варьируется в пределах от 5 до 20 тонн чугуна в час. Отдельные модели могут выплавлять до 45 – 50 тонн. Старинные модели давали производительность не выше 3,5 т/ч.

Устройство оборудования

Ещё одна важная особенность – простое устройство вагранки, обеспечивающее лёгкость сборки и монтажа на предприятии. Она состоит из четырёх основных деталей:

  • Шахта, заполняемая шихтой и продуктами плавления. Внешние габариты – диаметр от 1,1 до 3 метров, высота в пределах от 3,7 до 9 метров.
  • Копильник, в котором чугун накапливается перед непосредственной разливкой. В зависимости от модели он может иметь высоту 1,8 – 2 метра и до 3,5 включительно при диаметре от 90 см до 3 метров.
  • Дымовая труба с разрежением в верхней части шахты. Её основная задача – отвод пыли и газа, образующихся во время работы печи.
  • Искрогаситель, улавливающий раскалённые частицы, пыль.

Основной кожух изготавливается из листовой стали, футерованной изнутри шамотным или огнеупорным кирпичом. Кладка обеспечивает защиту конструкции и её равномерный прогрев изнутри. Кожух и футеровка не прилегают плотно друг к другу. Среднее расстояние между ними составляет 1,5 см. По периметру на стальной корпус привариваются уголки на расстоянии до метра друг от друга. На поверхности есть несколько типов отверстий – смотровые, загрузочные, для удаления шлака.

Печи такого типа выпускаются в трёх основных модификациях, отличающихся длительностью межремонтного цикла – 24 часа, до 80 часов и более. Первый тип обязательно оснащается системой водяного охлаждения. После цикла плавки производится ремонт футеровки.

Принципы эксплуатации

Разберём принцип работы вагранки на предприятии. Его условно можно разделить на несколько этапов:

  • Сначала через специальное окно загрузки подаётся шихта. Это чугунный и стальной лом, стружка, флюсы и литники, кокс. В качестве флюса обычно применяется известняк (до 4% от общей массы). Материал подаётся в шахту порционно. В первую очередь загружают крупные куски коксового топлива. Металл измельчается перед подачей при помощи чушколомов, специальных ножниц, другого оборудования.
  • Далее, используя газ или дрова, выполняют разогрев кокса до температуры около 1500С.
  • Выполняется продувка и загрузка первой металлической колоши и рабочего кокса. Процедура повторяется, пока шахта не будет заполнена до загрузочного окна.
  • Как только внутреннее пространство заполнено материалом, начинается подача воздуха при помощи вентилятора. Загруженный первым кокс выделяет газы, разогревающие внутреннее пространство, и обеспечивающие процесс равномерного плавления стальной шихты и чугунного лома.

Расплавленный материал постепенно стекает в переходную лётку, а из неё – в копильник. Далее специалисты могут добавлять модификаторы, ферросплавы, проводить продувку кислородом. Для модификации применяются магний, алюминий, силикокальций или ферросилиций. Эти добавки помогают добиться желаемых механических свойств металла. После заполнения копильника специалист выполняет спуск шлака через шлаковую лётку, а металл через чугунную.

При эксплуатации печи вагранки важен точный расчет параметров:

  • Количества загружаемого материала;
  • Состава и соотношения;
  • Температуры внутри шахты.

Для растопки агрегата допускается применение различных видов топлива – антрацита, древесного угля, торфяного кокса, воздушно-сухого торфа и дров. Однако наиболее рациональным является использование каменноугольного кокса. Средний расход составляет до 12% от массы шихты. КПД ваграночного плавления в идеальных условиях – около 50%.

Читайте также:  Вторичная подача воздуха или правильное дыхание печи
Добавить комментарий