Отсутствие в республике кокса, дефицит и дороговизна электроэнергии дает толчок развитию плавки сплавов в литейных цехах газовыми агрегатами. Так на предприятии GM — Узбекистан и Увтосаноат-Инджи силумины плавят в современных газовых плавильных печах. Природный газ Узбекистана экспортируется во многие страны. На одном из заводов республики эксплуатируется газовая вагранка с гетерогенной холостой колошей производительностью три тонны чугуна в час. Приведенная на рисунке 1 газовая вагранка по конструкции вагранка Пензенского компрессорного завода.
Рис. 1. Газовая вагранка с гетерогенной холостой колошей
Холостая колоша вагранки состоит из смеси огнеупорных и углеродистых материалов. Эта вагранка сможет работать как в газовом, так и в коксовом вариантах. Составленная из разнородных материалов гетерогенная колоша обеспечивает баланс тепла, нужного для перегрева металла и физико-химических процессов. Углеродистый материал вместе с кусками огнеупорного материала за счет эндотермических реакций соединения углерода с продуктами горения природного газа создает локальные зоны с пониженной температурой. Углеродистый материал, как металлургический реагент способствует восстановлению окислов из шлака, раскислению металла и науглероживанию. [1] В наших экспериментах из-за отсутствия кокса и электродных отходов нами были опробованы бой графитовых пластин, отходов химического производства. В проведенных опытах в составе гетерогенной холостой колоши отходы графитовых пластин добавлялись в количестве 20 %, 18 %, 15 %, наиболее оптимальным и технологически приемлемым был состав углеродистых материалов в количестве 16–18 % к составу огнеупорной колоши, в которой огнеупорная составляющая 80–84 %, в частности, бой шамотных кирпичей. Средняя высота гетерогенной холостой колоши примерно 1200 мм, при давлении дутья 800–850 мм водяного столба. [2] Производственный опыт показал, что если вагранку медленно разогревать, можно получать чугун с температурой выше 1400–1420о С. Медленный разогрев футеровки вагранки способствует увеличению срока службы огнеупорных материалов. Отличительной особенностью физико-химических процессов в газовой вагранке является отсутствие кокса как химического реагента, газовая фаза вагранки состоит СО2–10 %, Н2О — 20 %, N — 70 %. В газовой вагранке идут следующие реакции:
Fe + CO2 = FeO + CO
Fe + H2O = FeO + H2
Металлы окисляются по следующим реакциям:
C + FeO — Fe + CO
Si + 2Fe = SiO2 + 2Fe
Mn + FeO = MnO + Fe
2Cr + 3 FeO = Cr2O3 + 3Fe
Из-за отсутствия кокса обеспечивается минимальное содержание серы в чугуне, порядка 0,03 %.
Расход природного газа 450–500м3/т, при расходе воздуха 5000–6000м3/т, коэффициент использования воздуха 0,98. Угар элементов составил С — 4,5–6 %, Si — (15–20 %), Mn — (20–25 %), состав получаемых шлаков SiO2–43,3; Аl2O3–32,4; FeO — 5,8; CoO — 4,5; Mgo — 0,7; MnO — 0,25,
Жидкотекучесть получаемого чугуна по спирали, Кери 500мм, температура на жёлобе копилника 1410–1420оС. При такой жидкотекучести можно заливать отливки с малой толщиной стенок.
Состав используемой на заводе шихты приводится в таблице 1.
Таблица 1
Состав шихты газовой вагранки
|
Шихтовые материалы |
Состав шихты |
C |
Si |
Mn |
||||
|
% |
кг |
Содержание компонента вшихте |
Добавление вшихту |
|
|
|
|
|
|
Литейный чугун |
50 |
250 |
3,7 |
1,92 |
2,5 |
1,4 |
0,5 |
0,21 |
|
Возврат собственного производства |
50 |
250 |
3,1 |
1,85 |
1,7 |
1,0 |
0,5 |
0.4 |
|
Всего в шихте |
100 |
500 |
3,77 |
2,4 |
0,61 |
|||
|
В чугуне |
3,35 |
1,8 |
0,44 |
|||||
|
Угар элементов, % |
6,3 |
17,4 |
20,5 |
|||||
Для определения механических свойств чугуна были изготовлены образцы диаметром 30 мм, длиной 340 мм, результаты испытаний образцов приводятся в таблице 2.
Таблица 2
Механические свойства чугуна опытных плавок
|
Номер образца |
Прочность при изгибе кг/мм2 |
Стрела прогиба |
Твердость по Бринелю HB кг/мм2 |
|
1 |
49,0 |
2,5 |
|
|
2 |
53,0 |
3,1 |
230 |
|
3 |
47,0 |
2,6 |
Из данных таблиц видно, что механические свойства испытуемых образцов примерно соответствуют данным марки серого чугуна СЧ20, следующего химического состава: C-3,4–3,5 %; Si-1,7 %; Mn-0,7 %; P-0,16 %; S-0,04 %, твердость по Бринелю 230–240 HB, температура чугуна по оптическому пирометру 1400–1420оС.
Номенклатура заливаемых отливок: это различные корпусные детали и другие детали машиностроения, с толщиной стенок 9–15 мм. Газовые вагранки по сравнению с коксовыми имеют следующие достоинства:
‒ Минимальное количество серы в выплавляемом чугуне.
‒ Структура чугуна перлитная, при более малом количестве включений графита
‒ Чугун газовой вагранки обладает более высокими литейными свойствами.
Внедрение газовых вагранок не требует значительных капитальных затрат в отличие от электропечи.
Опыт эксплуатации газовых печей на многих предприятиях, а также опыт эксплуатации газовых алюминиевоплавильных печей на предприятиях Узавтопрома показывает эффективность и конкурентоспособность их, а также соответствие современным требованиям экологии. Внедрение газовых плавильных печей на других предприятиях может служить гарантией качества металла для отливок.
Литература
- Грачев В. А., Расулов С. А. Получение высококачественного чугуна для отливок. Тошкент, Узбекистан, 1983г, 222с
- S. A. Rasulov, N. D. Turaxodjayev Metallurgiyada Quyish Texnologiyasi. Toshkent, Cho’lpon, 2007y, 212b
