Огнеупоры, применяемые для футировки плавильных агрегатов

Хромит. Химическая формула основного минерала в хромите FeO*Cr₂O₃ В природных хромитах содержание Сг₂0₃ в зависимости от содержания примесей колеблется от 36 до 65 %. С повышением содержания Сr₂0з огнеупорность хромита увеличивает­ся. При содержании Сr₂Оз до 40 % температура плавления хромита 1800 °С.

Магнезит. Горная порода, содержащая минерал МgСO₃. В процессе обжига магнезита происходит диссоциация карбоната с обра­зованием магнезии МgО. Магнезию обжигают до спекания при темпе­ратуре 1400 °С с добавками оксида железа. В результате получают ме­таллургический магнезит с содержанием МgО более 85 %. Магнезитовые изделия обладают огнеупорность выше 2000 °С.

Хромомагнезит. Он представляет собой продукт обжига смеси, состоящей из 50-70 % хромитовой руды и 30-50 % магнезита. Химиче­ский состав хромомагнезита колеблется в следующих пределах: 40-58% МgО, 16-27 % Cr₂Оз. Огнеупорность хромомагнезита не менее 2000°С.

Шамот. Шамот получают путем обжига огнеупорной глины до спекания. Химический состав шамота: 30-45 % А1₂О₃, 0,54-70 % SiO₂, а также примеси. Чем выше содержание А1₂О₃, тем выше огнеупорность шамота. Обычно она составляет 1670- 750 °С..

Об огнеупорах, применяемых для футеровки печей. Футеровку печи выполняют: при основном процессе кз специального электрометаллургического магнезита, наваренного на магнезитовый кирпич (в три ряда), который обычно укладывают на слои теплоизоляционного кирпича; при кислом процессе магнезитовый кирпич заменяют динасовым магнезитовый порошок - кварцевым песком. Свод может быть приготовлен из динасового или хромомагнезитового кирпича. Во втором случае он отличается значительно большей стойкостью. Дня печей небольшом емкости иногда применяют металлический водоохлаждаемый свод.

31. Технология плавки чугуна с шаровидным графитом, более подробно изложить: а) шихтовые материалы; б) особенности технологии

Технология получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом включает два основных этапа: плавку и обработку чугуна добавками, сфероидизирующими графит. Получение требуемой микроструктуры достигается либо непосредственно в литом состоянии, либо путем термической обработки.

Состав шихты должен обеспечивать получение требуемого химического состава чугуна. Обычно этот чугун имеет повышенное значение углеродного эквивалента. При ваграночной плавке в шихте содержится повышенное количество чушковых чугунов.

Наиболее целесообразно применять электроплавку и особенно дуплекс-процессы. Для дуплекс-процесса ДП-ИТП (дуговая печь – индукционная тигельная печь промышленной часты) состав шихты будет следующий: возврат, стальные отходы, графит, ферросилиций, ферромарганец. Чугун, переливаемый в индукционную печь, имеет следующий химический состав (в %): 3,6-3,8 С, 1,7-1,8 Si, 0,3-0,4 Mn, < 0,012 S, < 0,06 Р, < 0,05 Cr, < 0,4-0,65 Ni, < 0,01-0,03 Cu. По сравнению с серым чугуном он имеет на 0,4 % больше углерода, на 0,2-0,3 % меньше марганца и очень низкое содержание серы.

Процесс плавки должен обеспечивать получение чугуна с заданной температурой. Температура чугуна на выдаче из печи по термопаре погружения составляет 1480-1530 °С, а температура начала заливки по пирометру соответственно 1370-1400 °С.

Получение шаровидной формы графита в чугуне возможно путем обработки расплава различными модификаторами, содержащими Mg, Се, Y и другие сфероидизации графита в ВЧ применяют Ni–Cu–Mg, Ni–Cu–Si–Mg, Ni–Si–Ca–Mg и также комплексные модификаторы ЖКМК, КМ и другие, в состав которых входят Mg, Ca, Si и РЗМ.

Для получения ВЧ применяют цериевые модификаторы: ферроцерий (40-55 % Се, 18-25% La, 10-12 % Nd, 7 % Pr), мишметалл (52 % Се, 24 % La, 5 % Pr), цериевый мишметалл МЦ40, МЦ65 (цифра обозначает минимальное содержание Се). Кроме того, используют кремнийцериевые лигатуры типа «СИИТМИШ» и «СЦЕМИШ». Однако стабильное получение шаровидной формы графита в чугуне при помощи этих лигатур возможно лишь для тонкостенного литья или при заливке в кокиль.

Известны комплексные модификаторы Ц1 (6-5 % РЗМ, 2-4 % Mg, 4-12 % Ва, 10-18 % Al, 29-17 % Si, остальное – Fe) и Ц2 (11- 18 % РЗМ, 1,5-3,5 % Mg, 0,05-5,0 % А1, 0,2-1,8 % Zr, 12-27 % Fe, остальное – Si). Эти модификаторы обеспечивают стабильное получение чугуна с шаровидным графитом и воспроизводимость свойств металла в отливках с толщиной стенки до 150 мм. Расход этих модификаторов для получения ВЧ составляет 1,2-2 % от массы металла. При вводе 0,6-0,8 % модификатора получается чугун с вермикулярным графитом.

В противоположность сфероидизирующим модификаторам некоторые элементы являются демодификаторами, в связи с чем их содержание (в %) и чугуне не должно превышать: 0,009 Pb, 0,003 Bi, 0,026 Sb, 0,08 As, 0,04 Тi, 0,13 Sn, 0,3 Al. Влияние демодификаторов частично и полностью устраняется добавкой ремодификаторов, например Се.

При вводе в чугун металлического магния происходит его интенсивное испарение. Пары магния сгорают с выделением белого дыма. Реакция происходит очень быстро и носит бурный характер. Для уменьшения пироэффекта применяют лигатуры с содержанием магния не выше 12-15 % или смеси как с большой плотностью, содержащие никель и медь, так и более легкие, содержащие кремний и кальций.

Для получения отливок без отбела рекомендуется после ввода сфероидизирующего модификатора проводить вторичное графитизирующее модифицирование, которое способствует также уменьшению усадочных дефектов и внутренних напряжений. При этом в качестве модификатора применяют обычно ферросилиций ФС75.

Способы обработки жидкого чугуна сфероидизирующими модификаторами связаны, как правило, с применением специальных устройств для ввода магния или лигатур, дающих пироэффект, которые помещают в колокольчик К, зарядную камеру ЗК. При помощи колокола модификатор можно вводить в копильник или в ковш в автоклаве.

Широкое распространение получили герметизированные ковши (ГК) конвертерного или барабанного типа. Объединение М È ЗК È ГК (где М – металл) реализуется в виде способа, показанного на рис.1.

положение ковша: а – перед обработкой; б – во время обработки

Рис.1. Герметизированный ковш

Лигатуры, не дающие пироэффекта, можно вводить в открытый ковш или в форму; можно применять магниевый пруток, механически вводимый в расплав или в испаритель, состыкуемый с ГК.

Наиболее простым способом является модифицирование лигатурами в ковше. Так, лигатуру Ni–Mg–Се вводят непосредственно в разливочный ковш. Вместе с лигатурой дают также ферросилиций и легирующие добавки. Однако лигатура Ni–Mg–Се имеет высокую стоимость, и большее распространение получили способы модифицирования чистым магнием.

При модифицировании чугуна происходят также обессеривание и дегазация, поэтому дозировка модификатора определяется расходом его на эти процессы, главным образом на соединение с серой. Необходимое количество магния (% от массы металла) можно определить по формуле: Mg = [(0,04-0,1) + 0,76 (S_и – S₀)] А^-1, где S_и и S₀ – исходное и остаточное содержание серы; 0,04-0,1 % – остаточное содержание магния в чугуне (0,04 для высококачественных чушковых чугунов; 0,05 – для чугунов с худшими наследственными свойствами и до 0,1 для толстостенных отливок); А – коэффициент усвоения магния (зависит от способа модифицирования и температуры чугуна; при введении лигатуры Ni–Mg при 1400 °С А = 0,6-0,7, при 1500 °С А = 0,4-0,5).

При недостаточном количестве остаточного магния разуется смешанный или вермикулярный графит, а при избытке – частичный или полный отбел. При вводе модификатора в виде чистого магния в ковшах открытого типа копильник при помощи колокола расход магния 3ависимостн от температуры чугуна составляет 0,4-7 %; причем, чем выше температура металла, тем меньше исход магния. Магний в виде лигатуры вводят в количестве 2-2,5 % от массы металла. Расходы магния и лигатур снижаются, если их вводить в специальных автоклавах или в ковшах под давлением. При этом возрастает температура кипения магния обеспечивается медленное парообразование и создаются условия для максимального усвоения магния. Расход магния при модифицировании в автоклавах или герметизированных ковшах снижается до 0,20-0,35 % от массы обрабатываемого металла.