Пути науглероживания чугуна в вагранке

    Можно выделить 3 возможных пути науглероживания чугуна:

· Науглероживание твердого металла твердым карбюризатором

· Науглероживание твердого или жидкого чугуна через газовую фазу

· Науглероживание жидкого чугуна твердым карбюризатором (реальный способ)

Жидкий чугун, соприкасаясь с твердым топливом в холостой калоше в двух зонах (выше уровня фурм где, кроме науглероживания будет происходить окислительный процесс за счет кислорода, вдуваемого воздухом), (ниже уровня фурм где окислительное воздействие передается через шлак в том случае, когда уровень металла будет высоким). Следовательно, в вагранке будут протекать одновременно 2 процесса – процесс науглероживания расплава чугуна, путем физического растворения углерода в жидком чугуне и химический процесс обезуглероживания путем окисления углерода и прочих элементов за счет окислительного действия газовой фазы.

    Кремний, марганец и фосфор установят содержание углерода в чугуне.

Марганец в присутствии серы в чугуне будет взаимодействовать с серой, т.к. имеет высокое взаимное сродство. (будет образовываться MnS)

    Науглероживание в условиях ваграночного процесса будет зависеть от ряда факторов:

· Глубина горна

· Количество рядов фурм

· Количество подаваемого дутья

· Расход кокса

· Масса металлической калоши и коксовых калош

· Содержание углерода в шихте

· Размер кусков шихты

· Реакционные способности кокса

· Размер кусков кокса

Сера в ваграночном процессе

Сера относится к вредным примесям в чугуне и находится в соединении FeS. Сера оказывает отрицательное влияние на уровень механических, пластических и прочностных свойств.

    Снижение уровня механических свойств объясняется наличием на границе зерен эвтектики FeS, температура плавления которой 985 ⁰С и кроме того наличие включений MnS. Сера оказывает отбеливающее влияние на чугун. Отбел – выделение в расплаве цементита. Сера заметно снижает уровень литейных свойств.

    Источниками образования серы является литейный кокс (70-80 %), металл завалки (20-30%) и флюс (1%).

    В зависимости от марки литейного кокса содержание серы в нем различно.

Марки литейного кокса:

КЛ1 0.6 %

КЛ2 1 %

КЛ3 1.4 %

    Для снижения содержания серы в чугуне может быть использовано введение в вагранку карбида кальция и основного процесса плавки.

    Хороший эффект достигается при применении «литейного» карбида кальция, который имеет пониженную температуру плавления 1580 ⁰С (состав карбида кальция 72% CaC₂ и 28% CaО)

    Литейный карбид кальция – беспористый материал, который плавясь в литейной зоне стекает в жидком виде в холостую калошу и сгорает вблизи фурм выделяя огромное количество теплоты (23 * 10⁶ кДж/кг). При горении карбида кальция образуется CaO переходящий в шлак, и газы CO и CO₂ переходящие в газовую фазу

Литейный карбид кальция имеет высокую температуру воспламенения, поэтому, почти не изменяясь проходит редукционную зону, а сгорает в кислородной зоне. В месте сгорания карбида кальция температура повышается на 100-150 ⁰С при этом температура газовой фазы повышается до 1800 ⁰С.

Применение литейного карбида кальция экономически эффективно в тех случаях, когда стоит задача повышения температуры дна и снижения содержания серы в чугуне, без кардинально перестройки работы вагранки.

    Целесообразно применение литейного карбида кальция и при производстве высокопрочного чугуна.

[FeS] + (СаО) = (CaS) (шлак) + (FeO) (Шлак)

Вязкость основных шлаков с увеличением их основности возрастает. Повышению вязкости основных шлаков способствует увеличению содержания в них MgO.

Повышение температуры чугуна приводит понижению вязкости шлака, тем выше чем ниже содержание в шлаке MgO.

Успешное проведение десульфурации чугуна при плавке в вагранке с использованием основной футеровки требует обязательного высокотемпературного режима, что может быть обеспечено за счет применения различных методов интенсификации ваграночного процесса. Наиболее полная десульфурация расплава чугуна обеспечивается при плавке на высокоосновных шлаках с добавкой плавикового шпата.