» » Применение металлизованного сырья в литейном производстве
04.02.2015

Появление на мировом рынке металлизованного сырья привлекало внимание и специалистов-литейщиков. В литейном производстве в качестве плавильных агрегатов наибольшее распространение получили тигельные индукционные печи и вагранки горячего и холодного дутья. Индукционная печь предпочтительнее с точки зрения поддержания химического состава и температуры металла в узких пределах, а также отсутствия источников загрязнения расплава. Ho, как отмечено выше, в этой печи практически не протекают металлургические процессы из-за низкой активности шлаков, высоки расход огнеупоров и стоимость электроэнергии.
Напротив, в вагранке труднее поддерживать заданный химический состав расплава и, кроме того, сера кокса, используемого в качестве топлива, в значительной мерс переходит в металл. Ho вместе с тем в металлургическом отношении вагранка - более активный агрегат и стоимость передела в ней меньшая.
При проведении экспериментов было использовано губчатое железо, полученное процессом Мидрекс в Гамбурге, со степенью металлизации 93,4 %, содержанием углерода 1,5 %, пустой породы 3,6 %, серы 0,01 % и фосфора 0,015 %.
Опыты в индукционной печи. Были использованы печи емкостью 3; 3,5 и 12,5 т с трансформаторами удельной мощностью от 200 до 260 кВт/т. Во избежание образования "мостов" загрузка губчатого железа производилась непрерывно через трубу после расплавления основной шихты, состоящей из оборотного скрапа, литейного чугуна и стального скрапа. Скорость подачи губчатого железа соответствовала скорости его плавления без образования скоплений нерасплавившегося железа на поверхности мениска металла. При этом печь была закрыта сводом. При проведении эксперимента в малых печах после присадки 300-400 кг губчатого железа производилось подкачивание шлака по возможности при низкой температуре металла с целью уменьшения теплопотерь и облегчения проведения самой операции.
Использование губчатого железа может быть наиболее экономически целесообраным для замены им наиболее дорогой части шихты - литейного чугуна. В литейных цехах, отливающих мелкие отливки, доля оборотного скрапа может доходить до 50-60 %, поэтому доля губчатого железа также не может превышать 50 %.
При использовании печи емкостью 12,5 т и введении в шихту в один прием 10 % губчатого железа скачивание шлака не потребовалось, не наблюдалось и каких-либо других видимых изменений в ходе плавки и ее показателях (времени загрузки, расходе электроэнергии, расходе легирующих и раскислителей и т.д.).
Эксперименты с введением в шихту 50-60 % губчатого железа были проведены на печи емкостью 3 т. В печи от предыдущей плавки оставлялось некоторое количество металла. Скорость подачи губчатого железа составляла 30-40 кг/мин, после его загрузки производилось скачивание шлака вручную при выключенной печи. Реакция обезуглероживания при этих условиях протекала спокойно. Карбюризаторы и легирующие добавляли вместе с остатками твердой шихты.
Сравнительные показатели плавок с использованием в шихте 60 % губчатого железа и без него приведены ниже:
Применение металлизованного сырья в литейном производстве

Как видно, расход углеродсодержащих добавок и ферросилиция был значительно выше в связи с меньшим содержанием этих элементов в губчатом железе по сравнению с чугуном. Естественно, возросло и количество шлака, в котором было до 20 % железа и до 50 % кремнезема.
По расчетам, около 60 % окислов железа пустой породы губчатого железа было восстановлено углеродом и кремнием.
Расход электроэнергии также увеличился с 2124 до 2358 МДж/т, при этом, по расчетам, на расплавление пустой породы и довосстановление окислов железа расходовалось 7,6 МДж/100 кг губчатого железа. По наблюдениям, износ футеровки усилился. Однако, несмотря на эти добавочные затраты, разница в стоимости литейного чугуна и губчатого железа позволяет получить экономию в размере 12 %. При этом не учитывается то обстоятельство, что применение губчатого железа с меньшим по сравнению с литейным чугуном содержанием серы приводит к уменьшению расхода магния для глобуляризации сульфидов. В частности, при снижении содержания серы с 0,025 до 0,010 % расход магния уменьшается на 0,4 кг/т.
Опыты в вагранках горячего и холодного дутья. Опыты проводились в трех различных вагранках, основные данные которых приведены ниже:
Применение металлизованного сырья в литейном производстве

Плавки проводились, как правило, в течение суток с проплавлением по нескольку сот губчатого железа, количество которого в шихте постепенно увеличивалось от 5 до 25 % с соответствующим уменьшением доли стального скрапа.
При проведении опытов в вагранке № 1 расход кокса возрастал на 6 кг/т на каждые 10 % губчатого железа в шихте. Такое сравнительно небольшое увеличение расхода кокса объясняется тем, что губчатое железо вследствие его высокой пористости легче усваивает тепло и тепловой к.п.д. печи при его использовании возрастает.
Расчетным путем было установлено, что при замене губчатым железом чугуна в шихте расход кокса должен увеличиваться в большей степени. Кроме того, при увеличении основности шлака и снижении степени дожигания CO в CO2 расход кокса также увеличивается. Температура жидкого-чугуна при этих условиях в течение длительного времени не изменялась.
На рис. 109 показано изменение химического состава чугуна и содержания железа в шлаке по мере увеличения доли губчатого железа в шихте вагранки № 1. Как видно, содержание углерода и кремния начинает снижаться только при введении в шихту свыше 15 % губчатого железа. Содержание серы постепенно увеличивается.
Однако проведенное сопоставление данных для всех трех печей (рис. 110), в том числе и для плавок без губчатого железа, показало, что содержание серы в чугуне не зависит от его доли в шихте, а только от основности шлака. Содержание железа в шлаке сохранялось на постоянном уровне около 0,2 %, что свидетельствует о практически полном восстановлении окислов железа, вносимых с губчатым железом.
Применение металлизованного сырья в литейном производстве

Удельное количество шлака существенно зависело от его основности и колебалось примерно от 35 кг/т чугуна при основности шлака 0,4-0,6 до 110 кг/т при основности 1,65-2,05 (при содержании 20 % губчатого железа в шихте). С увеличением доли губчатого железа в шихте количество шлака также возрастало. К примеру, от 90 до 110 кг/т при увеличении доли губчатого железа в шихте от 0 до 20 %. Увеличивался при этом и угар кремния, который наряду с углеродом принимал участие в довосстановлении окислов железа пустой породы металлизованного сырья. Влияние доли губчатого железа в шихте: на производительность печей было незначительным.
Проведенные исследования показали, что губчатое железо может быть без затруднений использовано в качестве шихты в вагранках, заменяя благодаря чистоте от вредных примесей литейный чугун при производстве чугуна с глобулярным графитом. Стоимость шихты при этом снижается приблизительно на 8 %.
Чугун, выплавленный как в индукционных печах, так и в вагранках с использованием губчатого железа, по своему качеству не отличался от чугуна, выплавленного на обычной шихте, и отвечал всем предъявляемым требованиям.
Таким образом, полученные данные с учетом результатов других исследований в этой области позволяют сделать вывод о том, что губчатое железо является вполне приемлемым шихтовым материалом при выплавке любых сортов чугуна для отливок и обеспечивает снижение их себестоимости. Дополнительным преимуществом является также возможность поддерживать химический состав чугуна в более узких пределах благодаря меньшим колебаниям химического состава губчатого железа по сравнению с литейным чугуном.