Способ плавки чугуна

 

Изобретение относится к области металлургии, точнее к способам плавки чугуна в вагранках. Летку перед накоплением чугуна выплавляемой марки предварительно обогревают жидким чугуном, содержащим 3,5 - 4,4% C, 0,9 - 2,2% Si, 0,4 - 2% Mn, объемом, равным где d_k - диаметр копильника, причем обогрев летки ведут одновременно с подачей в жидкий чугун кислорода, осуществляемой в предлеточное пространство копильника.

Изобретение относится к области литейного производства, точнее к способам плавки чугуна в вагранках, а именно к способам плавки, устраняющим "замерзание" металлической летки для выпуска металла в ковш.

Известен способ плавки чугуна в вагранках с копильником, включающий в себя загрузку шихты, ее плавление, перегрев чугуна, накопление его в копильнике и выпуск чугуна через металлическую летку (см. Грачев В.А., Черный А.А. Современные методы плавки чугуна. Саратов, 1973, с. 80-81).

Одним из недостатков известного способа является возможность "замерзания" металлической летки копильника, вызванная тем, что жидкий металл (особенно в первый период плавки, когда металл имеет низкую температуру, а копильник не прогрет) охлаждается в нижней части копильника, в районе летки, кристаллизуется и застывает с образованием "настыля". Установлено, что "замерзание" летки в 10-20% плавок является причиной срывов плавок, в результате чего, как правило, вагранку приходится останавливать, охлаждать, открывать дверцу копильника, удалять настыль из копильника, что является весьма трудоемкой и дорогостоящей операцией.

Известен ряд производственных способов с "замерзанием" летки, которые являются малоэффективными, хотя и применяются в процессе плавки. К ним относятся пробивание "замерзшей" летки металлическим ломиком, прожигание летки кислородом, предварительный обогрев копильника. Первый прием в 50-60% случаев не дает желаемого эффекта или приводит к поломке леточного кирпича. Второй способ осуществляется подачей кислорода с внешней стороны леточного кирпича и также не всегда приводит к вскрытию летки, так как воздействие кислорода на уже застывший металл с пониженной температурой не стимулирует его окисления и прорыв летки. Расход кислорода, как правило, очень велик, процесс с точки зрения охраны труда очень опасен.

По третьему способу копильник перед плавкой разогревают газовой горелкой через шлаковую летку, а в случае "замерзания" металлической летки ее прожигают струей кислорода из газокислородного резака, размещаемого со стороны желоба копильника. "Замерзание" летки, как правило, происходит при первом выпуске чугуна.

Длительный опыт работы на вагранках показывает, что третий способ позволяет в 40-50% случаев "замерзания" летки предотвратить аварийную ситуацию и восстановить работоспособность вагранки. Однако в остальных случаях способ оказывается малоэффективным. Это связано с тем, что, во-первых, при разогреве копильника газовой горелкой через шлаковую летку нижняя часть копильника (подина и летка) разогреваются незначительно, что приводит к "замерзанию" металла в районе летки.

Во-вторых, прожигание летки кислородом эффективно только в том случае, если настыль металла находится в кашеобразном состоянии, а корка застывшего металла имеет толщину 5-10 мм. В противном случае способ неэффективен.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и разработка способа, позволяющего эффективно устранять "замерзание" металлической летки, преимущественно в первоначальный период плавки.

Задача решена тем, что в способе плавки чугуна в вагранке, включающем загрузку шихты, ее плавление, перегрев чугуна, накопление его в копильнике и выпуск через металлическую летку в ковш, перед накоплением чугуна нужной марки предварительно обогревают летку жидким чугуном, содержащим 3,5-4,4% C, 0,9-2,2% Si, 0,4-2% Mn, объемом, равным , где d_k - диаметр копильника, причем обогрев летки ведут одновременно с подачей в жидкий чугун кислорода, при этом подачу кислорода осуществляют в подлеточное пространство копильника по трубопроводу, смонтированному в футеровке дверки копильника.

Способ осуществляется следующим образом. Перед плавкой вагранку и копильник разогревают природным газом до температуры футеровки 1100-1400^oC. Затем в варганку загружают шихту, расчитанную на получение жидкого чугуна следующего состава: 3,5-4.4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn. Вес шихты расчитывают так, чтобы получить в копильнике объем чугуна, равный , где d_k - диаметр копильника, (м). Загруженную шихту плавят, перегревают в холостой колоше (коксовая вагранка) или в огнеупорной насадке (газовая вагранка), после чего жидкий металл стекает в копильник и заполняет его нижнюю часть. Одновременно с заполнением копильника через трубопровод в жидкий металл подают кислород, который реагирует с металлом в предлеточном пространстве.

Подачу кислорода осуществляют в течение 2-3 мин, после чего подачу кислорода прекращают и через 5-7 мин после прекращения его подачи открывают пробку и спускают жидкий металл в ковш или сливают его в приямок. Далее плавку ведут обычным способом на нужную марку.

Обогрев летки жидким чугуном позволяет эффективно разогреть леточный кирпич, предлеточное пространство, футеровку и подину до температуры 1300-1400^oC, что обеспечивает устранение "замерзания" последующего металла и, следовательно, устранение образования настыля в предлеточном пространстве. При подаче кислорода в металл температура чугуна увеличивается (до 1500^oC) за счет электротермических реакций окисления C, Si и Mn, в результате чего и температура футеровки в нижней части возрастает до 1450-1500^oC. Высокий разогрев футеровки в нижней части и особенно леточного кирпича за счет воздействия чугуна и кислорода обеспечивает полное устранение "замерзания" металла и металлической летки. В дальнейшем трубка оплавляется и растворяется в жидком металле.

Положительный эффект достигается за счет следующего: 1. Обогрев летки чугуном эффективен, так как он осуществляется самым эффективным видом теплообмена - теплопередачей. Это позволяет разогреть футеровку до температуры 1300-1400^oC.

2. Применение кислорода позволяет эффективно и быстро повысить температуру чугуна до 1500^oC за счет окисления C, Si и Mn чугуна. До такой же температуры разогревается и футеровка нижней части копильника. Это в конечном итоге обеспечивает устранение возможности образования настыля металла в районе летки.

3. Приведенный состав чугуна (3,5-4.4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn) обеспечивает низкую температуру плавления и, соответственно, низкую температуру кристаллизации чугуна (около 1150-1200^oC), что не позволяет ему "застыть" при температурах, наблюдаемых в районе летки. Кроме того, приведенный в заявке состав является оптимальным с точки зрения протекания реакций окисления C, Si и Mn при взаимодействии с кислородом. Это хорошо согласуется с практикой работы кислородных конвертеров. При таком составе чугуна за 2-3 мин температура чугуна возрастает с 1300 до 1500^oC. При содержании C менее 3,5%, Si менее 0,9%, Mn менее 0,4% температура кристаллизации чугуна возрастает, жидкотекучесть его снижается, скорость реакций окисления резко снижается, в результате чего эффективность обогрева летки снижается, возникает возможность образования настыля металла за счет его невысокой температуры и повышенной температуры затвердевания. Верхний предел состава чугуна по C, Si и Mn ограничен трудностью получения чугуна такого состава.

4. Оптимальный объем чугуна в копильнике, равный , обеспечивает обогрев нижней части копильника по всей высоте леточного кирпича 230 мм. Для копильника диаметром 0,5 м оптимальный объем металла будет равен 0,04 м³. Вес шихты будет равен 280 кг. Если объем чугуна будет меньше, то верхняя часть леточного кирпича не будет разогреваться, что может привести к "замерзанию" верхней летки. При большем объеме растет объем чугуна, увеличивается затрата на его расписание, возрастает расход кислорода без существенного повышения температуры леточного кирпича.

5. Одновременный обогрев летки жидким чугуном и подача в чугун кислорода обеспечивают одновременную передачу тепла от чугуна футеровке и повышение температуры чугуна за счет окисления элементов, в результате чего температура чугуна поддерживается постоянно высокой.

6. Подача кислорода по трубопроводу в предлеточное пространство позволяет подать кислород в наиболее уязвимое с точки зрения образования настыля место и повысить там температуру чугуна. В случае, если в предлеточном пространстве все-таки произошло образование настыля в виде полузастывшего металла, подача кислорода в эту зону способствует "прожиганию" в нем каналов для слива металла через летку. В дальнейшем при установившемся режиме плавки образованный настыль растворяется в металле.

Пример. Проводили плавку в опытной вагранке с копильником производительностью 0,5 т/ч. Диаметр шахты вагранки 0,5 м, диаметр копильника 0,5 м. В вагранку после ее разогрева загрузили 280 кг шихты: 60% передельного чугуна, 40% чугунного лома. Состав чугуна: 4,1% C, 1,5% Si, 1% Mn. Объем полученного чугуна 0,04 м³. Высота его уровня в копильнике 230 мм (на полную высоту леточного кирпича). Чугун через трубку в дверке копильника продули кислородом из баллона в течение 2,0 мин. Через 5 мин выпустили чугун из копильника. Температура по термопаре погружения 1475^oC. Последующая плавка проходила без "замерзания" летки. Проверка на производственной вагранке подтвердила результаты.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить, что отличительными признаками являются: обогрев летки чугуна с одновременной продувкой кислородом, оптимальный состав чугуна, оптимальный его объем, подача кислорода в предлеточное пространство. Технических решений с перечисленными признаками по научно-технической и патентной литературе не обнаружено, что свидетельствует о существенной новизне предлагаемого изобретения.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает существенной новизной и положительным эффектом. По изобретению разрабатывается технологическая документация для внедрения на Пензенском компрессорном заводе. Изобретение найдет применение в вагранках и других металлургических печах.

Формула изобретения

Способ плавки чугуна в вагранке, включающий загрузку шихты, ее плавление, перегрев чугуна, накопление его в копильнике и выпуск через металлическую летку копильника в ковш, отличающийся тем, что для обеспечения обогрева металлической лейки преимущественно в первоначальный период плавки перед накоплением в копильнике чугуна выплавляемой марки копильник предварительно заполняют жидким чугуном, содержащим 3,4 - 4,4% С, 0,9 - 2,2% Si, 0,4 - 2% Mn, объемом, равным где d_к - диаметр копильника, м, одновременно с заполнением копильника чугуном в него по трубопроводу в предлеточное пространство копильника подают кислород.