3.5.2. Плавка чугуна в вагранках Шихтовые материалы, применяемые при ваграночной плавке чугуна

Шихта - совокупность различных исходных материалов, которые используют при плавке чугуна. При этом эта совокупность должна обеспечить получение расплава заданного химического состава.

В качестве шихтовых материалов при ваграночной плавке чугуна используют:

- первичные металлы (литейный и передельный доменные чугуны);

- вторичные металлы (лом стальной и чугунный и возврат собственного производства);

- ферросплавы (ферромарганец, ферросилиций и др.);

- флюсы (известняк и др.);

- топливо (кокс и газ).

Литейные чугуны, согласно ГОСТ 4832-95, классифицируют на 13 разновидностей, в том числе 6 марок нерафинированного (Л1, Л2, Л3, Л4, Л5 и Л6) и 7 марок рафинированного (ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4, ЛР5, ЛР6 и ЛР7). Рафинированные чугуны отличаются более низким содержанием серы (≤0,005-0,010 %) в сравнении с нерафинированными (≤0,02-0,05 %). Марка чугуна определяется содержанием кремния, которое максимально у марок Л1 и ЛР1 (3,21 -3,60 %) и минимально у марок Л6 (1,21-1,60 %) и ЛР7 (0,81-1,20 %). В пределах каждой марки допустимый интервал содержания кремния составляет 0,40 %. Дополнительно в каждой марке чугуна различают 4 группы (I – IV) по содержанию марганца (до 1,50 %), 5 классов (А-Д) по содержанию фосфора (до 1.20 %) и 4 категории (1-4) по содержанию серы.

Литейные рафинированные чугуны получают внепечной обработкой доменного чугуна магнием. Наряду с низким содержанием серы они имеют регламентированное содержание десфероидизирующих и карбидообразующих элементов (Ti, Pb, Al, V, Cr). Поэтому их рекомендуется применять для производства отливок из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом, а также из ковкого чугуна.

Передельные чугуны, согласно ГОСТ 805-95, классифицируют на 10 марок:

- 2 марки передельного чугуна П1 и П2 с содержанием кремния до 0,5 % и 0,5-0,9 % соответственно;

- 2 марки передельного литейного чугуна ПЛ1 и ПЛ2 с содержанием кремния в пределах 0,8-1,2 и 0,5-0,8 %) соответственно;

- 3 марки передельного фосфористого чугуна ПФ1, ПФ2 и ПФ3 с содержанием кремния в пределах 0,8-1,2, 0,5-0,8 и до 0,5 % соответственно и повышенным содержанием фосфора (от 0,3 до 2,0 %);

- 3 марки передельного чугуна высокого качества ПВК1, ПВК2 и ПВК3) с содержанием кремния в пределах 0,8-1,2, 0,5-0,8 и до 0,5 % соответственно и низкими содержаниями фосфора (не более 0,02-0,05 %) и серы (не более 0,015-0,025 %).

Передельные чугуны дополнительно классифицируют по содержанию марганца, фосфора и серы соответственно на группы, классы и категории. Передельные чугуны содержат меньше кремния, чем литейные, но дешевле. Поэтому стремятся максимально заменить в ваграночной плавке литейные чугуны Л1-Л6 на передельные литейные ПЛ1 и ПЛ2. Более низкая стоимость передельных чугунов обусловлено тем, что плавка низкокремнистых чугунов в доменном процессе является более производительным, реализуется при пониженных температурах и потому требует меньшего расхода кокса.

Вторичные черные металлы, согласно ГОСТ 2787-86, подразделяются на два класса по содержанию углерода (стальной лом и отходы и чугунный лом и отходы) и две категории по наличию легирующих элементов (углеродистые А и легированные Б), а также 21 вид по показателям качества (по химическому составу, степени чистоты, тазмерам и массе) и 67 групп по содержанию легирующих элементов.

Для ваграночной плавки рекомендуется использовать:

- кусковой стальной лом и отходы марок 1А и 1Б;

- кусковой чугунный лом и отходы марок 16А, 16Б и 17А;

- брикеты стальной (7А) и чугунной (20А) стружки.

Обязательными компонентами ваграночной шихты являются доменный литейный и/или доменный литейный передельный чугуны, возврат собственного производства и стальной лом . Обязательное использование возврата обусловлена необходимостью обеспечения безотходности производства, а также удешевления шихты, а стального лома - для регулирования содержания углерода в чугуне (чем ниже требуемое содержание углерода в чугуне, тем выше расход стального лома). Лом и возврат должны быть разделаны на куски размером не более 0,3 диаметра вагранки и массой до 40 кг.

Ферросплавы в виде ферросилиция и ферромарганца при ваграночной плавке чугуна используют для обеспечения требуемого содержания в них кремния и марганца.

Ферросилиций, согласно ГОСТ 1415-93, классифицируют на 6 марок (ФС90, ФС75, ФС65, ФС45, ФС25 и ФС20). В качестве компонента ваграночной шихты используют низкопроцентные марки ферросилиция ФС20, ФС25 и ФС45, а более высокопроцентные марки - в качестве модификаторов при внепечной обработке ваграночного чугуна.

Ферромарганец, согласно ГОСТ 4755-91, , классифицируют на низко-, средне- и высокоуглеродистые марки. В ваграночной плавке используют высокоуглеродистые ( ~ 7 % С) марки ферромарганца ФМн70, ФМн78, поскольку они дешевле.

При выплавке легированного чугуна используют прочие ферросплавы (феррохром, феророникель и др.), а также природнолегированные доменные чугуны (хромоникелевый, титановый, титаномедистый).

Для внепечного (ковшевого) легирования и модифицирования, кроме того, используют другие легирующие компоненты (силикомарганец, ферросиликихром, феррованадий, ферротитан, ферромолибден и др.), а также модификаторы (магний и РЗМ содержащие материалы, силикокальций и др.).

Для внепечного обессеривания чугуна в ковше применяют карбид кальция (ГОСТ 1460-81) или кальцинированную соду (ГОСТ 5100—85).

Флюсы при плавке чугуна используют для разжижения ваграночного шлака. Возвратные отходы, несмотря на предварительную очистку, содержат остатки формовочного (кварцевого) песка. . Зола кокса также состоит в основном из кремнезёма. Футеровка вагранки, как правило, шамотная полукислая Вследствие этого при ваграночной плавке формируется малоподвижный (вязкий) шлак с повышенным содержанием SiО₂. Поэтому в качестве основного флюсующего материала при ваграночной плавке используют известняк, содержащий не менее 49-52 % СаО и мало SiO₂ (≤1,75-4,0 %), Al₂O₃ (≤2,0-3,0 %) и MgO (≤3,5 %). Дополнительно иногда применяют плавиковый шпат (флюорит СаF₂), шамотный бой, боксит и др.