Готування чавунних розплавів

Плавка чавуна. У ливарних цехах сірий чавун одержують головний чином у шахтних плавильних печах (маленьких домнах), називаних вагранками. Сучасні вагранки (мал. 3.1.) поділяються на два типи: з копильником застосовувані при виробництві великих відливок, коли необхідно зібрати велику кількість чавуна, і без копильника — для одержання більш гарячого чавуна в меншому об’ємі (при виробництві дрібних і середніх відливок). Вагранки прості по конструкції й в обслуговуванні. Кожух вагранки робиться з листової сталі й усередині викладається вогнетривкою шамотною цеглою. Вагранки мають два чи три ряди фурм (пристосування для введення повітря), які розташовані в шаховому порядку. Діаметр вагранки залежить від необхідної кількості чавуна для заливання ливарних форм і коливається в межах 700—2300 мм. Продуктивність вагранок 3—30 т чавуна за годину. Витрата палива у вагранці складає 10—12% від маси металу, який розплавляється.

При плавці у вагранці шихта включає чушковий чавун різних марок, чавунний і сталевий брухт, зворот власного виробництва (ливники, сплески, брак), а також різні присадки (феросиліцій - залізовуглецевий сплав з високим вмістом кремнію; феромарганець – залізовуглецевий сплав з високим вмістом марганцю й ін.). При одержанні високоякісних чавунів у шихту вводять спеціальні леговані (зі вмістом нікелю і хрому) чавуни. Як паливо для вагранок найбільш придатним є кокс. Флюси вводять у вагранку для зниження температури плавлення неметалічних включень і перекладу в шлак золи, піску, а також шкідливих (сірки) і сторонніх домішок. Як флюс широко застосовують вапняк. Побудована чи відремонтована вагранка повинна бути добре просушена. Після сушки в неї завантажують шар коксу висотою 500—1500 мм, яка називається холостою колошею. Цей кокс служить для розігріву вагранки і підтримує розплавляємі шихтові матеріали в зоні найбільш високих температур, що сприяє прискоренню процесу плавки. Після розігріву коксу холостої колоші на нього завантажують робочу коксову колошу, флюс і першу порцію металевої шихти. Завантаження відбувається шарами: кокс — флюс — метал і далі в тій же послідовності. У сучасних умовах завантаження шихти звичайно здійснюють за допомогою бадді, яка вводиться у вагранку похилим (скіповим) підйомником.

Після завантаження матеріалів відкривають фурми і дають дуття — повітря, необхідне для горіння палива, а льотку залишають відкритою доти, доки не з'являться краплі розплавленого чавуна. В плавильному поясі чавун і шлаки розплавляються і стікають у горн вагранки. Гази, які утворяться при цьому, піднімаються нагору і по шляху своїм теплом нагрівають металеву шихту і паливо, а потім ідуть у систему підігріву дуття. В міру згоряння коксу і плавлення чавуна шихта, яка завантажується у вагранку, опускається, а на її місце завантажують нові порції шихтових матеріалів. У процесі плавки рідкий чавун накопичується в горні вагранки шлак же, який має більш низьку щільність, розташовується на поверхні чавуна. В міру скупчення шлак випускають через верхню — шлакову льотку. Чавун, який накопичився, випускається з вагранки через нижню льотку, а потім по жолобі направляється в розливний ківш. При випуску чавуна отвір льотки пробивають залізним ломиком, а після випуску чавуна його зашпаровують пробкою з вогнетривкої глини Після закінчення плавки залишки шлаку і металу видаляють з вагранки через кришку в днищі.

Під час плавки чавуна у вагранці відбувається зміна хімічного складу металу. При цьому кремній і марганець вигорають (кремній на 15%, а марганець на 20%), вміст фосфору залишається без зміни, а кількість сірки і вуглецю збільшується за рахунок виділень з коксу. Чавун випускається з вагранки при температурі 1400—1420° С. Для підвищення продуктивності вагранок у них уводять підігріте дуття чи дуття, збагачене киснем.

Останні роки характерні подальшим удосконалюванням конструкцій вагранок: були освоєні більш економічні, чим коксові, коксо-газові вагранки, створені вагранки закритого типу з допалюванням і очищенням відпрацьованих газів, упроваджена система централізованого автоматизованого керування і регулювання роботи вагранок. На ряді вітчизняних підприємств освоєна плавка чавуна в електричних індукційних печах промислової частоти, що дозволяє підвищити якість виплавлюваного чавуна.

Металургійна обробка чавунного розплаву. Для підвищення механічних властивостей розплавлений сірий чавун часто піддають модифікуванню-обробці феросиліцієм, магнієм, його сплавами й іншими модифікаторами. Феросиліцій дрібними зернами (у кількості 0,1—0,6% від маси оброблюваного металу) зсипають з вібруючого совка в жолоб, по якому випливає з вагранки розплавлений чавун. Модифікування феросиліцієм дозволяє подрібнити пластинчасті включення графіту і, таким чином, підвищити міцність чавуна.

Більш ефективний вплив на чавун роблять магній, його сплави й інші більш сильні модифікатори, які дозволяють одержувати високоміцний чавун з кулястим графітом (див мал. 2.2. г и д), міцність якого при розтяганні досягає 120 кгс/мм². Модифікування магнієм має специфічні особливості. З огляду на здатність магнію до швидкого запалення, його швидко вводять у ківш із розплавом чавуна в контейнері – сталевій склянці з отворами в стінках – за допомогою вертикально переміщуваної сталевої штанги. Під впливом тепла рідкого чавуна магній у контейнері розплавляється, потім перегрівається до температури кипіння (1107°С), а пари магнію, які утворяться при цьому, обробляють товщу розплаву в ковші. При цьому частина магнію засвоюється розплавленим чавуном, у якому графіт стає кулястим. Велика частина пароподібного магнію виривається на поверхню розплаву і згоряє яскравим полум'ям. В останні роки для підвищення ступеня засвоєння магнію чавунним розплавом і запобігання піроефекта як модифікатори при одержанні високоміцного чавуна сталі застосовувати низькомагнієві лігатури зі вмістом 8—20% магнію.