Разработка методов совершенствования технологии плавки чугуна в высокочастотных тигельных печах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Козлов, Сергей Владимирович

• Козлов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Сергей Владимирович

Введение

1. Обзор литературных и производственных данных по теме диссертации и постановка цели и задач исследования.

1.1. Основные положени^теории индукционного нагрева.

1.2. Особенности плавки в индукционных тигельных печах промышленной частоты (ИТППЧ).

1.3. Особенности плавки в средне- и высокочастотных тигельных печах.

1.4. Возможность получения высокоуглеродистых чугунов в индукционных тигельных печах.

1.5. Влияние состава шихты на производительность плавки в высокочастотных печах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов совершенствования технологии плавки чугуна в высокочастотных тигельных печах»

В последние три десятилетия в зарубежном литейном производстве плавка чугуна в индукционных тигельных печах промышленной частоты вытесняется плавкой в среднечастотных тигельных печах. Это объясняется тем, что появление мощных, надёжных и экономичных тиристорных преобразователей частоты тока, позволило реализовать преимущества плавки от твёрдой завалки по сравнению с плавкой с использованием переходной ванны.

В Российской Федерации в условиях зарождения рыночной экономики переход на плавку в таких печах сдерживается их высокой стоимостью и отсутствием квалифицированных кадров, необходимых для эксплуатации и обслуживания такого оборудования. Чугунолитейные цехи и участки небольшой мощности в Росси по-прежнему оснащены главным образом высокочастотными тигельными печами ёмкостью до 1 тонны с машинными преобразователями частоты. Такие плавильные установки по удельной мощности (11,5 кВт/кг) не уступают самым современным среднечастотным печам и позволяют завершить плавку чугуна за 35.50 минут. Однако на практике продолжительность плавки часто превышает 60 минут. Первопричиной такого снижения производительности печей является необходимость использования для плавки дешёвой низкосортной шихты -стружки, высечки плохо разделанного стального и чугунного лома. Использование такой шихты для плавки в высокочастотных печах требует тщательного отбора компонентов шихты для первичной садки тигля и оптимальной последовательности догрузки шихты по мере её проплавления.

Оптимизировать последовательность загрузки имеющихся в цехе компонентов шихты можно по величине К.П.Д. печи в различные периоды плавки. Однако в настоящее время отсутствует методика определения этой величины, пригодная для использования в производственных условиях.

Существующие способы плавки наиболее дешёвого компонента шихты -стружки характеризуются резким снижением производительности печи и угаром превышающим 50%.

Процесс науглероживания металла в печах высокой удельной мощности не успевает завершиться за время его расплавления и перегрева. Это приводит к увеличению продолжительности плавки и снижению коэффициента загрузки генератора.

Кроме того, высокочастотные печи серии ИСТ имеют конструктивные недостатки, препятствующие реализации их энергетических возможностей.

Целью представленной работы является разработка методов увеличения эффективности плавки чугуна в высокочастотных печах повышенной удельной мощности.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить несколько задач:

- разработать методику определения К.П.Д. высокочастотной печи в производственных условиях;

- разработать способы снижения себестоимости жидкого металла путём подбора оптимального состава компонентов шихты и последовательности их загрузки в печь;

- разработать эффективный метод плавки чугунной стружки;

- разработать методы ускорения процесса науглероживания металла при выплавке высокоуглеродистых чугунов, в том числе высокопрочных;

- усовершенствовать конструкцию и настройки печи; внедрить в производство и учебный процесс результаты исследования.

Разработанные в диссертации методы основаны на возможности использования преимуществ индукционного нагрева кусковой (дискретной) магнитной шихты по сравнению с плавкой в «болоте», а также на применении наиболее эффективных методов науглероживания металла, используемых в печах непрерывного действия.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Выявлен механизм процесса плавления сыпучей металлической стружки в индукционных тигельных печах.

2. Уточнено влияние размеров кусков шихты на К.П.Д. высокочастотных печей при плавке чугуна.

3. Теоретически обоснована возможность и целесообразность процессов раздельного науглероживания стальной и чугунной части шихты при плавке синтетического чугуна в высокочастотных печах высокой удельной мощности.

ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений и выводов подтверждается большим объемом лабораторных и производственных экспериментов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

1. Разработана методика вычисления в производственных условиях К.П.Д. печи, позволяющая корректировать технологию плавки по результатам предыдущих плавок.

2. Разработан способ плавки в высокочастотных печах чугунной стружки, обеспечивающий минимальный угар и незначительное снижение производительности печи.

3. Разработаны рекомендации по отбору шихты для первичной садки печи, последовательности загрузки оставшихся компонентов шихты в процессе их проплавления и по определению оптимального уровня заполнения тигля в режиме максимальной производительности печи.

4. Разработаны методы раздельного науглероживания металла зернистым и кусковым науглероживателем, обеспечивающие сокращение времени плавки.

5. Результаты работы внедрены в производство в ЗАО «РОССИМАШ» и в литейном цехе УНТЦ МГТУ «МАМИ» в г. Ивантеевке.

6. Методика определения К.П.Д. высокочастотной печи используется при проведении лабораторных работ по курсу «Литейные сплавы и плавка».

Публикации: Основные положения работы изложены

1. Маляров А.И., Козлов C.B. Технология плавки чугунной стружки в высокочастотных тигельных печах. // Металлургия машиностроения 2004.- №4.

2. Маляров А.И.,. Миронов A.C., Козлов C.B. Исследование механизма плавления чугунной стружки в высокочастотных тигельных печах. // Заготовительное производство в машиностроении. «Машиностроение». - 2004. -№ 12.

2. Маляров А.И.,. Миронов A.C., Козлов C.B. Анализ опыта эксплуатации печей серии ИСТ. // Литейщик России. - 2004. - №12.

Апробация: Основные результаты работы доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры «Машины и технология литейного производства», на Международной научно-технической конференции ААИ 25,26 сентября 2002 г. МГТУ «МАМИ» и заседании Научно-технического совета УНТЦ МГТУ «МАМИ» в г.Ивантеевке.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Козлов, Сергей Владимирович

7. Результаты работы внедрены в производство в плавильном отделении литейного цеха УНТЦ МГТУ «МАМИ» в г. Ивантеевке и ЗАО «РОССИМАШ».

8. Методика определения К.П.Д. печи в ходе плавки используется при проведении лабораторных работ по курсу «Литейные сплавы и плавка».

•1»

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Фарбман С. А. и Колобнев И.Ф. Индукционные печи. М.: Металлургиздат, 1958. - 704 с.

2. Трухов А.П., Маляров А.И. Литейные сплавы и плавка. М.: «АКАДЕМИЯ», 2004. - 335 с.

3. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. M-JL: Государственное энергетическое издательство, 1946 -432 с.

4. Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967. -415 с.

5. Лузгин В.И., Петров А.Ю. Фаерман Л.И. Индукционные тигельные печи средней частоты нового поколения. // Литейщик России 2002. - №1. -С.22.24.

6. Егоров A.B., Моржин А.Ф. Электрические печи. М.: «МЕТАЛЛУРГИЯ», 1975. - 352с.

7. Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. М.: «МЕТАЛЛУРГИЯ», 1975. - 352с.

8. Брокмайер К. Индукционные плавильные печи. М.: «ЭНЕРГИЯ», 1972. - 303с.

9. Лузгин В.И., Петров А.Ю., Фаерман Л.И. Индукционные тигельные печи средней частоты нового поколения. // Литейщик России.- 2002. - №1. -C.22.24.

10. Джон X. Мортимер. Завтрашние технологии индукционной плавки существуют уже сегодня. // Литейщик России. 2002. -№1.-с. 32. .37.

11. Рускол В.И. Обзор зарубежной информации. //Литейное производство. -2000.-№11.-с. 34.35.

12. Технология и оборудование литейного производства. // Отчёт по выставке «ИРА 89», состоявшейся в г. Дюссельдорфе (ФРГ) с 20 по 26 мая 1989г. НПО «НИИТАВТОПРОМ», Москва.- 1992.- 90с.

13. Справочник по чугунному литью. /Под редакцией Гиршовича Н.Г.- Л.: Машиностроение, 1978.- 758 с.

14. Опыт волжского автозавода. Чугунолитейное производство. -НИИТавтопром, Волжский автомобильный завод., М., 1971.- 212 с.

15. Леви Л.И., Мариенбах Л.М. Основы теории металлургических процессов и технология плавки литейных сплавов.- М.: Машиностроение, 1970.- 495 с.

16. Пленцов Г.И., Маляров А.И., Фефилов Б.Ф. Особенности индукционного нагрева кусковатой шихты. //Литейное производство.- 1976.-№4.- С.6.8.

17. Дивильковский М.А. «К теории индукционного нагревания».-ЖТФ, том IX, вып. 14, 1939.- с.1302.,.1314.

18. Дивильковский М.А. «Задача о шаре, помещённом в однородное переменное магнитное или электрическое поле».- ЖТФ, том IX, вып. 5, 1939.-С.433.443.

19. Лузгин В.И., Петров А.Ю., Фаерман Л.И., Якушев К.В. Индукционные плавильные модули средней частоты — основа литейного производства. //Литейщик России.- 2003.- №3.- с.26.,.28.

20. Маляров А.И. Исследование индукционной шахтной печи непрерывного действия и процесса плавки в ней чугуна.- Диссертация насоискание учёной степени кандидата технических наук.- М., МАМИ, 1975.-205с.

21. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства.- М.: Машиностроение, 1984.- 232 с.

22. Грачёв В.А. Печи литейных цехов.- М.: Издательство МГОУ А/О Росвузнаука, 1994.- 634 с.

23. Окороков Н.В. Электроплавильные печи чёрной металлургии.- М.: 1950-510 с.

24. Hanspeter Britt und Peter Tolke. Die Aufkohlung vjn Gubeis senshmelzen im InduktionsWandenfedofen. //Giesserei.- 1973.

25. Wilford C.F. The use of large high-pover-densiti medium fireqensy coreless furnaces for melning iron.// Foundryman.-1981.- №7.-c. 153. 160.

26. Лузгин В.И., Петров А.Ю., Фаерман Л.И. Индукционные печи средней частоты нового поколения. //Металлургия машиностроения.- 2002.-№1.- с. 4.13.

27. Высокопрочный чугун. //Сборник докладов на всесоюзном совещании по теории и практике производства отливок из высокопрочного чугуна. -Государственное издательство технической литературы. Киев.: 1964.300 с.

28. Крестьянинов В.И. Основные проблемы получения высококачественных чугунов для машиностроения. // Литейное производство.-1997.-№5.-с.5.7.

29. Решения VI съезда литейщиков России. // Литейщик России.- 2003.8.

30. Шевцов М.С., Бородачёв A.C. Развитие электротермической техники. -М.: 1983.-206 с.

31. Шумихин B.C., Лузан П.П., Жельнис М.В. Синтетический чугун. -Киев.: Наукова думка.-1971.

32. Вертман A.A., Самарин A.M. Науглероживание металла при плавке в пламенных печах.- Изд. АН СССР Металлы. 1965.- №1.

33. Кураков Ю.Г. Техническое перевооружение литейного производства AMO ЗИЛ. // Литейное производство.- 1999.- №8.-с. 2,3.

34. Э.Дёч (фирма «ABB», г. Дортмунд. Германия). Высокопроизводительные «тихие» индукционные тигельные печи средней частоты. //Литейное производство.- 1993.- №6.-, с. 30.33.

35. Эрвин Детш и Хорст Хелеринг. К вопросу о перспективах индукционной плавки в среднечастотных тигельных печах. //Casting Plant and Technology. Литейное производство и технология литейного производства. 15.22.6.- 1994.- С.22.29.

36. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева.- Л., «Энергия», 1974.- 264с.

37. Нормы расхода материалов в литейном производстве для ПО ЗИЛ на 1986 годы. Министерством автомобильной промышленности СССР. 1986 г. 287с.

38. Нормы расхода материалов в литейном производстве для Камского объединения по производству большегрузных автомобилей (Литейный завод) на 1985 годы. Министерством автомобильной промышленности СССР. 1985 г. 254с.

39. Гаврилин И.В. Переплав стальной окалины в индукционных печах. // Литейное производство. -1988.- №8.- c.l 1.

40. Сафронов H.H., Фоченков Б.А. Утилизация дисперсных промышленных отходов в ваграночном процессе.- Санкт Петербург, «Инфо-да», 2004.- 152с.

41. Гаврилин И.В. Переплав алюминиевой стружки в литейных цехах. // Литейное производство. -1988.- №8.- с. 10.

42. Липовецкий Г.З. и др. Шахтная плавильная печь. Авторское свидетельство 204355 F 27в 1/08.

43. Липовецкий Г.З. и др. Шахтная плавильная печь. Авторское свидетельство 206607 F 27в 1/02.

44. Липовецкий Г.З. и др. Шахтная плавильная печь. Авторское свидетельство 253083 F 27в 1/00.

45. Зенков Б.В. Шахтная плавильная печь. Авторское свидетельство358597 F 27в 14/04.

46. Маляров А.И., Пленцов Г.И., Фефилов Б.Ф. Особенности плавки чугуна в индукционной шахтной печи. // «Технология автомобилестроения».- Москва 1975.-№6.

47. Фоченков Б.А., Щукин В.В. Плавление шихты в индукционных канальных печах. // Литейное производство.- 1998.- №2.-с.39,40.

48. Me. Langílin, Jaimes К. Understanding the HGIR continuone melter.// Foundry.-1971, 99.-№8.- c. 69.70, 72.

49. Маляров А.И., Пленцов Г.И., Фефилов Б.Ф. Особенности плавки чугуна в индукционной шахтной печи. // Технология автомобилестроения.- Москва, 1975.-№6.

50. Шурыгин П.М., Крюк В.И. О кинетике растворения углерода в расплавах на основе железа. Изв. ВУЗов СССР. Чёрная металлургия, 1963, с. 12. 17.

51. АлексеенкоА.В. Способ переработки металлической стружки в литейные слитки. Тезисы докладов научно-технической конференции "Исследования и резервы в литейном производстве". Волгоград, 1974.

52. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева.- Л., "Энергия", 1974.

53. Иванов Д.П., Шумихин B.C. Перспективы развития процессов плавки в литейном производстве.// Литейное производство.- 1974.- № 10.

54. Лузан П.П. Перспективы производства отливок из синтетического чугуна. //Литейное производство.-1973.- № 4.

55. Горфинкель В.М., Юровский Ю.И. Технико-экономическая эффективность индукционной плавки чугуна.- НИИИинформтяжмаш., 1973.

56. Романов И.Н. Модернизация индукционных печей. //Литейное производство.- 1974.-№5.

57. Краковский Е.Б. Исследование металлургических процессов при плавке чугуна в газовой печи. Диссертация МАМИ, 1967.

58. Фоченков Б.А., Шошиашвили Д.Ш., Щукин В.В. Индукционная канальная печь с единицей О ДМ для выплавки латуней на АО "Московский подшипник". // Литейное производство.-1999.- №2.- с.21,22.

59. Щукин В.В. Разработка и освоение технологии плавки высокоцинковистых латуней в индукционных канальных печах на низкосортной шихте. Диссертация, МАМИ, 2000 г.

60. Шумихин B.C., Лузан П.П., Жельнис М.В. Синтетический чугун.- Киев, «Наукова думка», 1971.

61. Les problèmes de fusion au Congres de 1 union internationnnale d'electrotermie. Varsovie, 11 au 22 September 1972. B.C. Techn. mod. 1973, 65, №7-8, 67-69.

62. Краковский Е.Б. Исследование металлургических процессов при плавке чугуна в газовой печи. Диссертация МАМИ, 1967.

63. Гаврилин И.В. Предварительное плакирование стружки алюминиевых сплавов флюсами для переплава.// Литейщик России.- 2004.- №9.- с.25,26.

64. Гаврилин И.В. Плакирование стружки алюминиевых сплавов флюсами для переплава в отражательных печах.// Металлургия машиностроения.- 2004.- №3.-с.2,3.

65. Простяков А.А., Фомин Н.И., Петров Ю.Д. Плавление мелкой шихты в индукционной печи промышленной частоты. Исследования в области промышленного электронагрева. Труды ВНИИЭТО. Выпуск 8. «Энергия», 1976, С.76.79.

66. Тир Л.Л. Методика исследования магнитодинамических и массобменных характеристик индукционных тигельных электропечей (основные положения). Исследования в области промышленного электронагрева. Труды ВНИИЭТО.Выпуск 5. «Энергия», 1972, С.81.91.

67. Ващенко К.И., Шумихин B.C. Плавка и внепечная обработка чугуна для отливок. -Киев, 1992.

68. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. — Владимир, 2000.