новая папка 1 / 357356

УДК 669.18 (07) Р 598

Рецензент - канд. техн. наук, доцент И.Г. Бянкин

Роготовский, А.Н.

Р 598 Технологические операции плавки чугуна и стали в индукционной тигельной печи [Текст]: методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Теория и технология производства стали 2», «Разливка стали и кристаллизация слитка» / А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников. – Липецк:

Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015. – 20 с.

Рассмотрены теоретические и практические аспекты проведения плавки без окисления на кислой и основной футеровке индукционной печи для получения чугуна и стали с использованием в шихте стального и чугунного лома и отходов черных металлов, а также доменных чугунов и ферросплавов. Главное внимание уделено овладению методиками расчета состава шихтовых материалов и назначению температурного режима плавки для получения целевой марки сплава.

Методические указания предназначены для студентов 3 и 4 курса металлургического института специальности 150101.65 «Металлургия чёрных металлов» и направления 150400 «Металлургия», изучающих дисциплины: «Теория и технология производства стали 2», «Разливка стали и кристаллизация слитка».

Табл. 1. Ил. 5. Библиогр.: 2 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2015

2

Содержание

Стр.

Лабораторная работа..……………………………………………………………....4

Общие требования к содержанию отчетов по лабораторной работе……….......17 Вопросы для самопроверки………………………………………………………..17 Общие требования по технике безопасности при выполнении лабораторной работы ……………………………………………....................................................18

Библиографический список………………………………………………………..19

3

Лабораторная работа «Технологические операции плавки чугуна и стали в индукционной

тигельной печи»

Цель работы: овладеть навыками расчета шихтовых материалов, назначения температурно-скоростного режима плавки, расчета корректирующих химический состав материалов, температуры выпуска расплава из печи.

Общие сведения. Индукционный процесс плавки основан на способности электромагнитного поля проникать в объем материала на некоторую величину и в особенности – в металлы и сплавы на их основе (лом, чугун, ферросплавы и пр.), обладающие высокой электропроводностью. Если электромагнитное поле будет переменным по величине или направлению, то под действием магнитной составляющей поля в материале будет индуктироваться электродвижущая сила (эдс). В электропроводных материалах индуктированная («наведенная») эдс вызывает протекание тока. В диэлектриках ток не возникает. Индуктированный ток I выделяет тепловую энергию на активном сопротивлении r, которым характеризуется контур тока в материале (например, шихте в электропечи). Количество тепла, выделяющегося

где: Q - количество теплоты в Дж.

Индуктированный ток так же, как и магнитное поле, вызвавшее его, изменяется во времени, по величине и направлению. Величину магнитного поля принято характеризовать напряженностью. Чем больше напряженность переменного магнитного поля, тем больше индуктированный ток и, следовательно, интенсивнее нагрев.

Источником поля является катушка-индуктор (изготовляемый обычно из медной трубки, изнутри охлаждаемой водой или гелем), к которой подводят ток от специального генератора. Нагреваемый и расплавляемый впоследствии

4

материал размещают таким образом, чтобы поле индуктора пронизывало его – внутри токопроводящей медной катушки-индуктора.

Напряженность магнитного поля прямо пропорциональна току индуктора. Однако увеличивать ее, изменяя ток индуктора, можно лишь до определенного значения тока, при котором медь расплавляется (при температуре около 11000С), несмотря на интенсивное охлаждение водой.

Индукционная плавка отличается от дуговой плазменной электроплавки следующими преимуществами:

1.При индукционной плавке возможно интенсивное перемешивание расплава без использования специальных устройств. При индукционном нагреве тепло выделяется в значительном объеме расплава или в поверхностном слое его объема. Это создает благоприятные условия для конвективного перемешивания и получения равномерной температуры по объему. Но особенно важно, что создастся сильное принудительное перемешивание расплава вследствие электродинамического взаимодействия токов, индуктированных в расплаве, с током индуктора.

2.Используя перемешивание, расплав можно перегреть во всем объеме тигля. Предел перегрева определяется только мощностью источника тока и устойчивостью материалов тигля и расплава при высоких температурах.

3.Индукционную плавку в холодных тиглях можно проводить в любой среде, начиная от глубокого вакуума, необходимого для рафинирования расплава от летучих примесей, кончая атмосферой повышенного давления, необходимой дли предотвращения термической диссоциации соединений с летучей компонентой.

4.Поверхность расплава при индукционной плавке не закрыта электродом, как в дуговой печи, поэтому возможна лучшая очистка расплава от газов. В сочетании с регулируемым нагревом и интенсивным перемешиванием наличие свободной поверхности обеспечивает хорошие условия рафинирования при нормальном давлении, аналогичные электроннолучевой плавке, но без

перегревов и испарения расплава.

5

5.Процесс индукционного нагрева надежен и устойчив, а подводимую к индуктору и тиглю мощность можно регулировать в широких пределах. В установках для индукционного нагрева отсутствуют такие недолговечные элементы, как катод в установках электронно-лучевого нагрева.

6.Вследствие того, что токи, наведенные в расплаве при наличии гарнисажа, и токи, наведенные в металлическом тигле, не являются продолжением друг друга, как это происходит в дуговых печах, дуги между расплавом и тиглем не возникает, и нет опасности нарушения стенки тигля.

Схема с цилиндрическим индуктором также имеет ряд достоинств:

1)всесторонний нагрев с перемешиванием расплава позволяет получить глубокую ванну с равномерным распределением температуры по высоте и радиусу;

2)индуктор, имеющий высокое напряжение, вынесен из зоны термоионизированных газов над расплавом, что снижает вероятность электрических пробоев и повышает надежность работы печи.

Особенностью плавки в тиглях является наличие гарнисажа. В металлургии гарнисажем называется особый слой на границе расплава и тигля, предохраняющий тигель от разъедания. Плавка с гарнисажем гарантирует абсолютную чистоту расплава, так как он отделен от возможного источника загрязнения, то есть стенки тигля, кристаллическим слоем. Именно эта особенность привлекает к ней повышенный интерес в металлургии тугоплавких материалов.

Особенности выплавки чугуна и стали в индукционных печах.

Выплавка чугуна типа «нирезист» (ЧН15Д7), цериево-бористого чугуна (СЧ03Ц01Б) и обыкновенного серого чугуна (СЧ00 - СЧ20) может производиться в индукционных тигельных печах с кислой или нейтральной футеровкой.

Применяемые материалы для плавки чугуна:

1.Чугун литейный Л5, Л6, класс А, гр.2,3, кат.1,2, ГОСТ4832-95.

2.Стальной лом 1А, ГОСТ2787-75;

6

3.Ферросилиций ФС45, ГОСТ1415-93.

4.Ферромарганец ФМн78, ГОСТ4755-91.

5.Медь дроблёная кл. Б, гр.1, сорт 1, ГОСТ1639-93.

6.Графит измельченный (дробленый), ТУ1916-025-27208846-01.

7.Никель листовой Н1, ГОСТ849-97.

8.Феррохром ФХ800А, ГОСТ4757-91.

9.Модификатор ФС75, ГОСТ1415-93.

10.Возврат производства.

11.Связыватель печного шлака («Реммос 100G»).

12.«Мишметалл» ФС30РЗМ30, ТУ 14-5-136-81.

13.Футеровочный флюс («Ферроген»).

Требования к применяемым материалам. Все материалы не должны иметь влаги, масел, СОЖ, грязи, шлаковых и других посторонних включений. Размер металлической части завалки не должен превышать 100х100х50 мм и массой не более 5 кг. Собственный возврат предыдущих плавок и разливок

(литники, отливки, технологические сливы металла и пр.) должен быть очищен от остатков «горелой» формовочной смеси и прочих посторонних материалов. Все ферросплавы должны иметь крупность кусков 10 - 50 мм. Ферросплавы марок ФС75, ФМн78, ФХ800А, ФМо60 и шамотный бой должны иметь фракцию (размер куска) в пределах 10 - 20 мм. Модификаторы должны иметь крупность 0,1 - 2 мм, за 24 часа перед использованием, а также в зимний период должны просушиваться при температуре 500-6000С не менее 2-х часов, до удаления гигроскопической влаги. Раскислители (ФС30РЗМ30 и алюминий) должны взвешиваться, согласно заданию на плавку. Для увеличения стойкости футеровки печей не рекомендуется допускать охлаждение тигля ниже 8000С

(темно-малиновый цвет).

Внезапное всплытие крупных твердых кусков шлака на поверхность металла является признаком разрушения футеровки. В этом случае необходимо принять меры по предотвращению прогара индуктора, вплоть до аварийного выпуска металла. Отключить печь. Осмотреть кожух печи на предмет

7

покраснения. В случае незначительного «покраснения» можно направить на «покрасневшее» место струю сжатого воздуха, как можно быстрее довести температуру до заданного значения и произвести выпуск металла. В случае значительного покраснения и повышения температуры охлаждающей жидкости индуктора необходимо произвести аварийный выпуск металла. Оперативное решение и ответственность принимает плавильщик (обслуживающий персонал из числа УВП кафедры). Внешний вид кожуха печи с опорной конструкцией тигля представлен на рис. 1.

Рис. 1. Фотография внешнегоРисуноквида1и схема лабораторной индукционной печи «Интер-СЭЛТ» (СЭЛТ-001-40/12, ИСТ-0,04)

8

Перегрев и длительная выдержка расплава при температурах более 16500С может привести к разрушению футеровки печи. Перед завалкой печи плавильщик (обслуживающий персонал из числа УВП кафедры) обязан осмотреть тигель печи на предмет выявления местных разрушений футеровки (наличие «прогаров», трещин и т.п.). При необходимости плавильщик производит подмазку воротника печи и сливного желоба огнеупорной массой.

Расчет и завалка шихты для выплавки чугуна

Металлическая часть шихты должна иметь состав:

1)лом стальной А1: для ц/б чугуна и «нирезиста» - 3 - 7%;

2)чугун литейный (Л5, Л6) или чугунный лом: для ц/б чугуна – 43 - 53%,

для «нирезиста» - 29 - 38%; 3) возврат производства (если этот материал имеется; если нет, то шихта

пересчитывается на стальной лом и чугун): для ц/б чугуна и «нирезиста» - 4050%, для СЧ00 - СЧ20 – до 60%.

Расчет шихты производится исходя из требуемого химического состава на данную марку чугуна в программе «Расчет шихты» с учётом химического состава материалов, коэффициентов усвоения элементов ванной. При расчете шихты необходимо учитывать среднее усвоение элементов: С - 95%, Si - 95%, Mn - 90%, Cu - 98%, P - 98%, Cr - 95% - кислая футеровка; С - 98%, Si - 99%, Mn - 95%, Cu - 99%, P - 99%, Cr - 99% - нейтральная футеровка. Содержание хрома, никеля, меди, марганца и углерода рассчитывается на среднемарочный процент, а содержание кремния - на минимальное содержание в марке.

Перед завалкой печи все материалы, в том числе и возврат производства, должны быть взвешены согласно расчету шихты.

Если перед планируемой плавкой на данной печи выплавлялся чугун другого химического состава, то тигель должен быть очищен от остатков металла и шлака ещё до металлозавалки.

Порядок загрузки тигля печи:

9

1)на подину тигля засыпается карбюризатор (графит измельченный марки ГС), что обусловлено особенностями окисления и усвоения углерода;

2)перед вводом карбюризатора для создания буферной «подушки» допускается засыпка подины малогабаритным возвратном производства;

3)далее заваливается (30 - 40% от всей массы) чушковой чугун;

4)после ввода части литейного чушкового чугуна производится завалка стального лома, что обусловлено высокой температурой плавления стали;

5)после завалки лома производится дозагрузка чушкового чугуна (70 - 60% от всей массы);

6)по мере проплавления металлозавалки производится систематическая дозавалка возврата производства, которая чередуется с операцией «просаживания» шихты в тигле, для устранения эффекта зависания шихты

(«мост»);

7)параллельно с завалкой возврата производится ввод ферросплавов, никеля и меди - для «нирезиста». Медь в виде «сечки» необходимо вносить на чистое «зеркало» расплава.

Ввод остатков чушкового чугуна, возврата производства, ферросплавов, никеля и меди осуществляется последовательно, по мере проплавления и осаждения основной части металлозавалки. Запрещается производить завалку указанных материалов «навалом», т.е. до уровня «воротника» печи.

Для исключения потери мощности печи завалка и дозагрузка материалов в тигель должна осуществляться как можно плотнее, для чего с габаритной шихтой подается более мелкая.

Расчёт и завалка шихты для выплавки стали

Металлическая часть шихты должна иметь состав (в % от общей массы завалки):

1)лом стальной углеродистый – 44…65;

2)ферросплавы и легирующие материалы – 1…10;

10