3.3.3. Агрегати для розтоплювання чавуну

Для розтоплювання чавуну в ливарних цехах широко використовують вагранки, індукційні та дугові електропечі. На сьогодні основну частку чавуну (переважно сірого) для відливок отримують у вагранках. Водночас значно розповсюджений у виробництві рідкого чавуну для відливок дуплекс-процес, в якому вагранку застосовують лише для розтоплювання чавуну, а для його перегрівання й отримання заданого хімічного складу використовують електропіч — індукційну або дугову.

Вагранка — це циліндрична вертикальна піч безперервної дії, що служить для отримання рідкого чавуну з твердої шихти, основою якої є металеві матеріали. Винахід вагранки дозволив перенести виробництво чавунних відливок з металургійних на машинобудівні заводи. Розрізняють вагранки відкритого й закритого типів.

Вагранка відкритого типу викидає неочищені димові гази в атмосферу. Вона проста в обслуговуванні, проте забруднює довкілля. Ззовні вагранка має кожух 4 (рис.3.3.2) з листової сталі, викладений всередині вогнетривкою футеровкою 5 із шамотної цегли. Вентилятор (на рисунку не показаний) подає повітря в простір вагранки через колектор З і фурми 75. Сучасна вагранка обладнана трьома рядами фурм по 6... 10 штук в кожному. Кисень повітря підтримує горіння палива. Засипають шихту крізь вікно 14 зі спеціальної бочки 7 з дном, що розкривається. Частина вагранки, що розташована нижче фурм, називається горном. Під 2 набивають вогнетривкою масою. Нижче поду є відкидне дно 20 для доступу всередину вагранки під час ремонту. Між горном і порогом вікна 14 маємо шахту, а над вікном — димову трубу з іскрогасником 12. Щоб не допустити руйнування футеровки кусками шихти, верхню частину шахти викладають чавунними плитами 6. Опорні колони 1 беруть на себе весь тягар вагранки разом із завантаженою шихтою.

Шихта складається з металевих матеріалів, палива та флюсу. До металевих матеріалів відносять ливарний чавун у вигляді чушок, чавунний і сталевий ме­талобрухт, відходи власного виробництва та феростопи. Паливом для вагранок є ливарний, кам'яновугільний кокс, флюсом — вапняк і незначна кількість плави­кового шпату, що йде для розрідження шлаку.

В шахті відбувається теплообмін між кусками шихти, що опускаються, і продуктами згорання палива, що піднімаються. Ефективність теплообмінних процесів залежить від висоти шахти. Що вища вагранка, то більше тепла віддадуть шихтовим матеріалам продукти згорання. Димова труба, яка є продовженням шахти, з'єднана з іскрогасником. На вході в іскрогасник круто змінюється напрям руху димових газів, а в самому іскрогаснику істотно зменшується їх швидкість. В цих умовах грубі частинки пилу (в тому числі іскри розжареного коксу) відділяються від потоку газів й осідають на дні іскрогасника, а частково очищені димові гази виходять в атмосферу.

Розтоплені чавун і шлак збираються на дні горна й через канал 16 витікають у нагромаджувач 19. Витримка в нагромаджувачі робить чавун однорідним за хімічним складом і температурою. В міру потреби чавун з нагромаджувача ви­пускають у ківш жолобом 18, а шлак зливають окремо через отвір 17. Для підвищення тривкості футеровки її нижню частину охолоджують водою.

Робота вагранки починається засипанням порції коксу вище рівня фурм з подальшим його підпалюванням природним газом або дровами. Коли кокс добре розгориться, всередину вагранки насипають шарами металеві матеріали, флюси і кокс поки не заповнять весь простір шахти. Після цього у фурми подають повітря для інтенсифікації горіння коксу. Температура внизу шахти швидко зростає і після 5.. .6 хвилин з'являються перші краплі металу. Перебуваючи у контакті з розжареним коксом, розтоплений метал вбирає певну кількість вуглецю й сірки, частково тратить кремній (10... 15 %), марганець (15.. .20 %) і залізо (1,0... 1,5 %). Останні три елементи утворюють з киснем дуття оксиди, які разом із флюсами й золою палива переходять у шлак. Реакції оксидації, а також нагріте й збагачене киснем повітря сприяють перегріву чавуну до температури 1450.. .1500 °С. При цьому нагрівання повітря дуття на кожні 100 °С, або збагачення його киснем на 1 % підвищують температуру чавуну на 15...25 °С, а збільшення витрати коксу від 8... 10 % до 12... 14 % підвищує температуру чавуну на 60... 100 °С [7, с. 161]. Повітря дуття нагрівають до темпе-

ратури 450...550 °С димовими газами в спеціальних теплообмінниках — рекупе­раторах.

Вагранка закритого типу більш складна за конструкцією з огляду на те, що вона обладнана очисними системами для істотного зменшення у димових газах вмісту пороху й токсичних газів (CO і SO,), теплообмінниками для нагрівання повітря, що вдувається, допоміжними пристроями для гранулювання шлаку і системами автоматичного керування роботою вагранки та контролю якості чавуну.

Розтоплювання чавуну в електропечах виправдане лише тоді, коли необхідно легувати або підвищити температуру металу, наприклад, для отримання високоміцного чавуну.

Електропечі поділяють на дугові й індукційні. Джерелом тепла дугової печі є електрична дуга, яка виникає між електродом і шихтою. В індукційних печах змінний струм в індукторі, збуджує в металі шихти вихрові струми, що його нагрівають і розтоплюють.

Індукційна тиглева електропіч складається з тигля З (рис. 3.3.3), корпуса 1 і водоохолоджуваного індуктора 2. Тигель виготовляють з порошкоподібних основних або кислих вогнетривких матеріалів. Всередині тигля перебувають шихтові матеріали. Індуктор живиться змінним струмом частотою від 50 до 1 000 000 Гц.

Індукційні печі компактні, високопродуктивні, мають незначну втрату домі­шок, їхнім недоліком є малий коефіцієнт корисної дії на стадії розтоплювання металу й низька температура шлаку. Цим пояснюється незначна активність шла­ку та його обмежена здатність зменшити в металі кількість шкідливих домішок.

Металевою частиною шихти є чушковий чавун, сталевий та чавунний брухт, відходи власного виробництва та феростопи.

Готовий чавун випускають з печі у розливний пристрій нахиляючи її в бік розливного носика 4.

Основою електричної дугової печі є корпус, який складається зі сталевого кожуха 9 (рис. 3.3.4) і футеровки 1 (основної або кислої). Корпус накритий скле­пінням 5 з трьома отворами для графітизованих електродів 4. Кожен електрод закріплений в електродотримачі й може незалежно переміщатись у вертикальному напрямку. Живляться електроди від трифазового трансформатора. В корпусі є вікно 8, заслонене відсувною плитою 7. Напроти вікна бачимо виливний отвір 3 і жолоб 2. Довжина дуги регулюється автоматично підніманням або опусканням електрода.

Завантажують електропіч шихтовими матеріалами, попередньо піднявши і від­вівши вбік склепіння разом з електродами. Крізь вікно контролюють процес візу­ально і в разі потреби в піч закидають флюси, феростопи та легувальні речовини. За допомогою спеціального механізму можна нахиляти піч для виливання металу та шлаку.