РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ЧУГУНА В ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

АННОТАЦИЯ

Целью настоящей работы является разработка эффективной технологии получения синтетического чугуна в индукционной тигельной печи с различной долей стального лома в составе металлошихты. В работе приведены результаты исследований процесса получения синтетического чугуна при разных долях стального лома в индукционной тигельной печи вместимостью 6 т с футеровкой из Al₂O₃. Рассмотрены варианты получения синтетического чугуна при разных долях стали.

ABSTRACT

The aim of this work is to develop an efficient technology for producing synthetic cast iron in an induction crucible furnace with a different proportion of steel scrap in the composition of the metal charge. The paper presents the results of research into the process of producing synthetic cast iron with different proportions of steel scrap in an induction crucible furnace with a capacity of 6 tons with Al₂O₃ lining. The options for obtaining synthetic cast iron with different proportions of steel are considered.

Ключевые слова: Синтетический чугун, доля стального лома, твердость, продолжительность плавки, механические свойства.

Keywords: Synthetic cast iron, share of steel scrap, hardness, melting time, mechanical properties.

Получение синтетических чугунов с различной долей стального лома в составе металлошихте является основным средством развития чугунолитейного производства, существенно отличающимся от применяемых ваграночных чугунов не только прочностными свойствами, но природой и технологией получения [1-2].

Сущность процесса получения синтетического чугуна состоит в металлургическом обогащении жидкого железа углеродом и кремнием в произвольных пропорциях, а также в применении высокотемпературной обработки, позволяющий получать чугуны с заданным химическим составом и физико-механическими свойствами. Для формирования высоких физико-механических свойств чугуна в отливках необходимо разрушение несовершенной структуры исходных шихтовых материалов. Применение для выплавки синтетического чугуна индукционных тигельных печей позволяет осуществлять глубокую рафинирование, модифицирование и легирование жидкого металла [3-4].

Индукционные тигельные печи обладают высокой технологической гибкостью, позволяющий получить чугун любого химического состава, выпускать жидкий металл произвольными порциями, длительно хранить металл без изменения его свойств, использовать шихтовые материалы низкой насыпной плотностью, механизировать и автоматизировать процессы выплавки [5-6].

Для получения синтетического чугуна в основном используют стальной и чугунный лом, возврат собственного производства, листовая обрезь, стружка и другие низкосортные металлоотходы. В настоящее время использования металла в машиностроении составляет 70 %, т. е. 30% металла идет в отходы, большая часть которых имеет низкую насыпную плотность что затрудняет их дальнейшую переработку.

Проблема эффективного использования металлоотходов низкой насыпной плотностью решается при организации выплавки синтетического чугуна. Достоинством технологии получения синтетического чугуна является возможность переплавки отходов непосредственно на месте их образования — в литейных цехах машиностроительных заводов без длительной транспортировки и безвозвратных потерь металла. Использование низкосортных металлоотходов для получения синтетического чугуна обеспечивает снижение его себестоимости на 25…30% по сравнению с традиционной технологией получения.

Синтетический чугун целесообразно использовать для производства высококачественных чугунов, особенно высокопрочных с шаровидным графитом, учитывая низкое содержание в них демодифицирующих примесей [2].

В настоящее время из синтетического чугуна изготавливают разнообразные детали ответственного и особо ответственного назначения, например, колодки локомотивные и вагонные, клинья фрикционые, коленчатые валы, блоки цилиндров, головки двигателей внутреннего сгорания, износостойкие отливки станочное литьё и др. работающие при высоких нагрузках и повышенных температурах.

Экспериментальные исследования физико-химических свойств синтетического чугуна с различной доли стального лома в металлошихте, а также удельный расход электроэнергии на плавку были проведены в производственных условиях в индукционной тигельной печи вместимостью 6 тонн. Для оценки механических свойств выбран экспериментальный образец с требуемой твердостью от 230 до 300 HB.  Доля стального лома в металлошихте варьировалась в пределах от 0 до 40 %. На рис. 1 представлен график зависимости удельного расхода электроэнергии от процентного содержания стального лома в металлошихте.

Рисунок 1. Зависимость удельного расхода электроэнергии от процентного содержания стального лома

Как видно из рис.1 с увеличением процентного содержания стального лома от 0 до 40 % в металлошихте удельный расход электроэнергии на плавку увеличивается от 502 до 543 кВт⸱ч/т соответственно.

На рис. 2 показан график зависимости твердости экспериментального образца от процентного содержания стального лома в металлошихте.

Рисунок 2. Зависимость твердости экспериментального образца от доли стального лома

Рисунок3. Зависимость удельного выход годного жидкого чугуна от доли стального лома

Как видно из рис.2 с увеличением процентного содержания стального лома от 0 до 40 % в металлошихте твердость экспериментального образца увеличивается 210 до 298 HB. Для достижения требуемой твердости экспериментального образца необходимо иметь в составе металлошихте от 10 до 40 % стального лома. На рис. 3 приведен график зависимости выхода годного жидкого чугуна от процентного содержания стального лома в металлошихте. Как видно из рис.3 с увеличением процентного содержания стального лома от 0 до 40 % в металлошихте выход годного жидкого чугуна уменьшается.

На рис. 4 приведен график зависимости продолжительности от процентного содержания стального лома в металлошихте.

Рисунок 4. Зависимость продолжительности плавки от доли стального лома

Как видно из рис.4 с увеличением процентного содержания стального лома от 0 до 40 % в металлошихте выход годного жидкого чугуна уменьшается.

Вывод. Разработана эффективная технология получения синтетического чугуна в индукционной печи с различной долей стального лома в составе металлошихты. Установлено зависимости удельного расхода электроэнергии, твердости экспериментального образца, выход годного и времени продолжительности плавки от процентного содержания стального лома в металлошихте. Показано, что с увеличением стального лома в металлошихте увеличивается время плавки, удельный расход электроэнергии, продолжительность плавки, твердость экспериментального образца, а   выход годного жидкого чугуна уменьшается. Для достижения требуемой твердости экспериментального образца необходимо иметь в составе металлошихте от 10 до 40 % стального лома.

Список литературы:

1. Бабилюс В. В., Моцкайтис И. И., Жельнис М. В. Науглероживание и десульфурация синтетического чугуна, выплавленного в печах промышленной частоты. -Литейное производство, 1968.
2. В. С. Шумихин, П. П. Лузан, М. В. Жельнис. Синтетический чугун. Издательство „Наукова думка" Киев – 1971. – с 161.
3. Семин, А. Е., Турсунов, Н. К., & Косырев, К. Л. (2017). Инновационное производство высоколегированной стали и сплавов. Теория и технология выплавки стали в индукционных печах.
4. Tursunov, N. K., Semin, A. E., & Kotelnikov, G. I. (2017). Kinetic features of desulphurization process during steel melting in induction crucible furnace. Chernye metally, 5, 23-29.
5. Турсунов, Н. К., Санокулов, Э. А., & Семин, А. Е. (2016). Исследование процесса десульфурации конструкционной стали с использованием твердых шлаковых смесей и РЗМ. Черные металлы, (4), 32-37.
6. Нурметов, Х.И., Турсунов, Н.К., Туракулов, М.Р., & Рахимов, У.Т. (2021). Усовершенствование материала конструкции корпуса автомобильной тормозной камеры. Scientific progress, 2(2), 1480-1484.
7. Турсунов, Н. К., Турсунов, Т. М., & Уразбаев, Т. Т. (2022). Оптимизация футеровки индукционных печей при выплавке стали марки 20гл. Обзор. Universum: технические науки, (2-2 (95)), 13-19.
8. Toirov, O., & Tursunov, N. (2021). Development of production technology of rolling stock cast parts. In E3S Web of Conferences (Vol. 264, p. 05013). EDP Sciences.
9. Toirov, O. T., Tursunov, N. Q., Nigmatova, D. I., & Qo’chqorov, L. A. (2022). Using of exothermic inserts in the large steel castings production of a particularly. Web of Scientist: International Scientific Research Journal, 3(1), 250-256.