В каких печах делают чугун
Обновлено: 07.07.2024
Печи из чугуна: преимущества и особенности
Кто рос в деревне или проводил там лето, точно помнят большую кирпичную банную печь. Печь долго растапливалась и долго оставалась теплой. Но сейчас уже конец 2019 года и огромные, дымящие банные печи ушли на покой, уступив место компактным, технологичным каменкам.
Традиционная кирпичная печь для бани Традиционная кирпичная печь для баниЧеловеку, ни разу, не сталкивающемуся с современным печным рынком трудно разобраться во всем многообразии печей. Разные свойства, качества, материалы изготовления. Сегодня мы рассмотрим только один вид банных печей – чугунные.
Что в них особенного? Почему чугунные печи стоят отдельно в ряду других банных печей. Это поможет вам определиться с выбором, а может наоборот – натолкнет на выбор другой печи.
Немного истории
Впервые получить чугун удалось китайцам в Х веке, но широкое распространение металл получил только в XVI веке. Первые чугунные печи для бани стали появляться в СССР в 1985 году, их отливали на заводе ПетрозаводскМаш, до этого в частных или общественных банях топились стальные или кирпичные банные печи.
Чугунная печь ТМФ Саяны Cast Витра Чугунная печь ТМФ Саяны Cast ВитраНаше время
Сейчас для производства чугунных печей используют серый чугун. Этот вид чугуна имеет ряд преимуществ перед привычным всем чугуном и даже легированной сталью. Серый чугун – сплав стали и углерода, где содержание углерода не менее 2,14%. Серый чугун характерен тем, что он является более прочным металлом, чем обычный чугун, ему не страшны резкие перепады температур. Толщина стенок у чугунных печей для бани составляет минимум 10 мм, что обуславливает их большой вес. Но в данном случае, большой вес – это большой плюс. Чугун – очень теплоёмкий металл, он хорошо аккумулирует тепло и долго отдает его. Даже если чугунная печь будет без камней, то благодаря природной теплоемкости чугуна, ваша баня долго еще будет оставаться теплой.
Достоинства чугунных печей:
· При правильной эксплуатации срок службы печи может доходить до 30 лет. Согласитесь, что ни одна стальная печь не прослужит столько.
· Чугунной печи не требуется фундамент, даже не смотря на ее большой вес
· Если монтаж печи произведен правильно, то чугунная печь одна из самых надежных и безопасна. Безопаснее только отсутствие печи в бане. Но зачем такая баня вам нужна?
· Большинство моделей чугунных печей для бани имеют составную конструкцию, а не цельную. Это сделано для того, чтобы у печи была возможность «двигаться» без последствий для металла.
Печь Везувий Легенда Печь Везувий ЛегендаНаш канал не для того, чтобы навязать вам конкретную модель печи. Мы рассказываем правду. Идеальных вещей не существует, это касается и чугунных печей. Есть один недостаток у них – хрупкость. Да, если на перегретый чугун попадет вода, то он просто лопнет и, к сожалению, чугун нельзя починить, сварить, склеить. Но это не касается банных печей из серого чугуна, как уже сказано выше, он прочнее черного чугуна и легко переносит подобные эксперименты.
Если делать вывод, то можно сказать, что чугунные печи для бани – одни из самых надежных на современном банном рынке, при правильной эксплуатации, ресурса чугунной банной печи хватит даже вашим внукам.
Чугун: процесс производства, классификация и маркировка
В век бурного развития металлургической промышленности и производства чугун играет ключевую роль. Давайте разберемся, что это за материал, как он появился, как производится, какими свойствами обладает, какие виды классификации чугуна существуют, и каким образом он применяется в различных областях промышленности.
Определение
Чугуном называется смесь 2,14 % углерода с железом, полученная при термическом нагревании в доменных печах до 1200 градусов Цельсия. С помощью шестого элемента таблицы Менделеева железо в форме сплава приобретает увеличенную твердость, теряя пластичность и ковкость, делая данный материал хрупким.
Помимо углерода, для получения особых параметров, в металлическую матрицу, добавляются такие элементы, как Si, Mg, P, S. Также широко применяются легирующие агенты – Cr, V, Ni, Al.
История
Технология изготовления чугуна пришла к нам из Китая, где «ходили» чугунные деньги еще в 10 веке нашей эры. Потомки монголов уже в 13 веке готовили котлы из этого сплава. На полях сражений в Столетней войне впервые применялись артиллерийские орудия и боеприпасы, отлитые из данного твердого раствора. В России его широкое применение в изготовлении оружия было налажено в 16 веке после появления доменной печи. В связи с этим, в 1701 году был построен Уральский чугунолитейный завод, который стал началом народного промысла, получившего название «Каслинское литье».
Начиная с 18 века Великобритания занимает пальму первенства по производству чугуна в мире. Благодаря новой технологии Уилкинсона, к середине 19 века в этой стране производилось половина всего мирового объема.
Технология изготовления не стояла на месте, что позволило Соединенным Штатам в конце 19 века вырваться вперед.
В то время из этого сплава начали изготавливать рельсы, водопроводные и канализационные трубы, камины, и такие сложные инженерно-строительные сооружения, как мосты.
Процесс производства чугуна
Получение чугуна проводят в доменных печах. Этот процесс является достаточно энергоёмким и затратным производством. В качестве сырья используют 4 основных группы руд:
- Гематитовый железняк, состоящий из ангидридного оксида железа, держит 70% (Fe) и 30% (O);
- Магнетитовый железняк, содержит 72,4% (Fe), и 27,6% (O);
- Бурый железняк, содержит 59,8% элементарного железа;
- Сидеритовый железняк, содержит 48,3% (Fe).
Технологический процесс проходит в несколько этапов
Сначала, в процессе подготовки, измельчают железную руду с содержанием оксидов железа (FeO и Fe2O3) не менее 40% от общей массы. Затем путем дробления, грохочения, усреднения, промывки, обогащения и обжига, избавляются от неметаллических примесей – S, P, As, и поднимают массовую долю основного металла в руде.
По окончанию, подготовительного этапа, загружают все компоненты в печь.
Доменная печь представляет собой непрерывно действующее металлургическое оборудование в виде шахты, массой 30 тысяч тонн. Доменная печь состоит из 5 элементов: верхней части в форме цилиндра – колошника, широкой конической части – шахты, широкой части – распары, зауженной части – заплечиков и нижней части – горна. Загрузка всех компонентов производится сверху через колошник, а готовый продукт и шлак раздельно выходят снизу из горна.
Одновременно с рудой в домну помещают коксующиеся угли, выполняющие функцию топлива. В процессе термического разложения углей образуются соединения углерода, участвующие в качестве восстановительного агента. Для ускорения процесса высвобождения металла из руды добавляется флюсы. Обычно это горные породы, содержащий оксиды кальция и магния.
После окончания этапа загрузки начинается процесс выплавки, когда загруженные компоненты превращаются в сплав, шлак и газ. Физико-химические реакции, протекающие при этом можно охарактеризовать как восстановительно-окислительные, так как происходит восстановление окислов железа и окисление восстановительного агента.
Процессы протекающие в печи
Процессы, протекающие в доменной печи можно описать следующими химическими уравнениями:
При нагревании кокса происходит выделение элементарного углерода, который с кислородом образует углекислый газ.
С + О2 = СО2 + выделение энергии
CO2 при нагревании дальше окисляется до оксида углерода, и восстанавливает элементарное железо из его оксидов в руде.
Fe2O3 + 3 CO = 2Fe + 3 CO2
Параметры чугуна
- Увеличение длины связи, между атомами Fe, из-за повышенного содержания углерода;
- Неполное внедрение атомов углерода в структуру матрицы железа в связи с низкой, по сравнению со сталью, температурой плавления.
Именно по этим причинам, данный твердый металлический раствор нашел широкое применение в производстве деталей, обладающих высокой прочностью. Однако, он не подходит для продукции, подвергающейся нагрузкам, значения которых быстро изменяются во времени.
Классификация чугунов
Существуют несколько видов классификации чугунов.
Маркировка
Путем введения в состав специальных добавок, модифицируют состав сплава. Тогда к названию марки прибавляется буква М.
Области использования
Применение различных марок чугуна зависит от металлургического компаунда и его эксплуатационных характеристик.
Белый вид используется в производстве нагревательных элементов и бытовой сантехники (ванн, раковин), а также является сырьем для получения ковких разновидностей твердых растворов.
Ковкий – при изготовлении тормозных колодок и деталей для промышленного измельчительного оборудования. Кроме того, он имеет широкое применение в текстильной промышленности при отливке запасных частей сложной формы для оборудования. Применяется КЧ при изготовлении кухонной посуды, элементов интерьера, уличных фонарей, перил для лестниц.
Высокопрочный сорт применяется при производстве труб, фитингов для водоснабжения, канализации, нефтедобывающего производства. Кроме того, из него делают секционные радиаторы, эксплуатируемые в системах центрального отопления жилых домов и административных зданий.
Из ферромагнитного типа изготавливают электрощиты и другие составляющие электротехнического оборудования, а немагнитный его тип наоборот используется в качестве электроизолирующего материала.
В огромном количестве чугун используется как сырье на сталелитейных предприятиях.
Интересные факты
По мнению профессора Мариенбаха, свое название чугун получил от китайского слова – «чжугун», что в переводе означает «литейщик».
Чугунная посуда издавна используется по всему миру и очень удобна для приготовления различных видов пищи.
Неотъемлемым атрибутом русских народных сказок является печь, в которой в чугунке – сосуде определенной формы и отлитой из данного сплава, герои варили главное блюдо – картошку в мундире.
Самые лучшие блины получаются на чугунной сковородке.
До появления электрических утюгов, хозяйки использовали тяжелые чугунные утюги, с идеально гладкой подошвой нагревая её до красна, над источником огня.
Следующим этапом, были угольные чугунные утюги по своей конструкции напоминающие маленькие печки. Для их разогрева внутрь помещали березовый уголь. Такой утюг даже имел трубу для получения необходимой тяги.
Известные нам с детства канализационные люки для смотровых колодцев имели круглую форму, отливались из чугуна и были впервые изготовлены сто пятьдесят лет назад.
Производство чугуна во всем мире в 2015 году составило более 898 млн. тонн, что на 3% меньше чем в 2008 году.
Заключение
Подробно рассмотрев те вопросы, которые были поставлены выше, можно заключить:
Производство чугуна и сама черная металурия своими истоками отходит ко II-ому тысячелетию до н. э., когда человек начал использовать эти процессы, чтобы получить сталь. Первая доменная печь появилась в Европе только в XIV — XV веках. В это время чугун получался как побочный продукт, не имеющий ценности.
Чугун — это металл, который широко используется в разнообразных отраслях промышленности и отличается хорошими рабочими характеристиками. Его получают с помощью относительно несложного процесса, который не включает в себя много шагов. Производство чугуна осуществляется в доменных печах, которые представляют собой что-то по типу большой пробирки. О процессе получения чугуна вы узнаете подробнее из этой статьи.
Горно-обогатительные комбинаты
Основное сырье, которое используется для производства чугуна, это железная руда. Добыча производится в открытых карьерах в разных областях Украины. В составе железной руда, как известно, есть много различных примесей, поэтому ее использование в сыром виде для получения чугуна невозможно. Добытая руда изначально транспортируется на предприятие, имеющее специальное назначение, которое называется горно-обогатительным комбинатом. На этом предприятии из руды удаляется пустая порода, а также происходит процесс дробления. Потом чистую (обогащенную) руду с помощью железнодорожного транспорта доставляют на металлургические комбинаты.
Непосредственно сам процесс получения чугуна мы рассмотрим чуть ниже. Перед этим рассмотрим процесс подготовки руды для выплавки чугуна.
Использование для переплавки обычного дробленного материала резко снижает производительность доменной печи из-за того, что такой материал будет иметь низкую степень газопроницаемости. Решить эту проблему можно с помощью процесса агломерации, который происходит перед загрузкой руды в доменную печь. Этот процесс производится на специальных участках (цехах) металлургического комбината. Агломерация – это спекание породы в куски определенного размера, который наиболее подходит для производства чугуна. Высокая температура обеспечивает слипание частиц шихты, которые образуют куски, но они, в свою очередь, могут легко плавиться. Железная руда предварительно смешивается с углем. Горение угля обеспечивает необходимую температуру для спекания кусков. Также происходит стимулирование процесса агломерации потоком воздуха (сверху вниз), который пропускается через слой руды с углем.
Агломерат можно получить не только с помощью руды. Его также можно получить из небольших кусков железа, т.е. обычный металлолом может служить сырьем для чугуна.
Теперь рассмотрим производство чугуна непосредственно в доменной печи. Доменная печь такой конструкции как на рисунке внутри облицована кирпичом. Также она имеет достаточно простой принцип работы. При производстве чугуна, используют не только агломерат, но и кокс, известь и флюс. Эти материалы смешиваются в заданной известной пропорции, и данная смесь называется доменной шихтой. С помощью специальных подъемников она поднимается на верх доменной печи. Возгорание кокса возможно только при наличии большого количества воздуха, который обогащен кислородом. Воздух подается под большим давлением с помощью специальных фурменных отверстий внизу печи для того, чтобы он проник через пласт шихты, подаваемой сверху. Поток воздуха подогревают до 600-800С, чтобы поддерживать нужную температуру внутри печи. Чугун, который образуется из расплавленной шихты, стекает вниз и с определенной периодичностью (1 раз в 40 мин) и выпускается наружу через специальное отверстие, которое называется летка. После этого с помощью чаш больших емкостей он транспортируется в сталеплавильные цеха.
Восстановление и науглероживание железа в печи
Доменные печи работают по принципу противотока. Вот основные химические процессы, которые происходят в печи поочередно:
Восстановление железа.
Науглероживание железа
Химическая реакция в данном случае выглядит так: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q. Карбид Fe3C легко смешивается с твердым железом, в результате чего и образуется сплав последнего с углеродом. Когда он стекает вниз, омывая куски кокса, он науглероживается еще больше. Кроме этого, такие вещества, как марганец, сера, кремний и т. д., при этом растворяются. Теперь понятно, что металл из доменной печи — это сплав железа с углеродом.
Восстановление других элементов
Фосфор восстанавливается водородом, твердым углеродом и CO и, к сожалению, практически полностью переходит в чугун. Этот элемент ухудшает доменный сплав железа. В то же время, кремнезем позволяет получать чугун хорошего качества, а также высшие оксиды марганца. Марганец в некоторых случаях добавляется в доменную печь специально. При этом получается особый вид чугуна — марганцевый.
Удаление серы
Образование шлака
Из вышенаписанного теперь понятно как получают чугун. Но производство чугуна ведет к образованию еще одного продукта, который получил широкое использование – это шлак. При выплавке 1 тоны чугуна образуется 0,6 тоны шлака. Это происходит из-за того, что даже в очищенной железной руде содержится много глины. А в состав кокса входит зола. Поэтому для удаления этих ненужных элементов в шихте, используются флюсы (карбонат кальция и карбонат магния). При плавке они вступают в химическую реакцию с разного рода примесями, и в результате этого процесса образуется шлак. Шлак представляет собой алюмосиликатный или силикатный расплав.
Плотность жидкого чугуна выше, чем плотность шлака. Поэтому в процессе плавки шлак располагается сверху. Его периодически удаляют через шлаковую летку. Шлак является побочным продуктом чугунолитейного производства, но широко используется в строительной отрасли для изготовления цемента и строительных блоков. В данном применении шлак используется как наполнитель.
Основные свойства чугуна зависят от количества примесей, которые входят в его состав: марганца, фосфора, кремния и серы.
Производство чугуна как идея для малого и среднего бизнеса
Чугун — это промежуточный продукт, получаемый при выплавке стали из железосодержащей руды. Фактически, чугун является сплавом железа с углеродом и другими элементами, обладающий многими полезными свойствами, и находящий широкое применение в машиностроении, строительстве и других сферах. По многим своим характеристикам чугун заметно отстаёт от стали, однако, являясь промежуточным продуктом выплавки, он намного дешевле стали, и при выплавке стали из железной руды расходуется около 85% чугуна, то есть, имеются постоянные излишки этого сплава.
Содержание в чугуне не мене 2.14% углерода делает чугун очень твердым, но снижает его пластичность и вязкость, повышая хрупкость. В основном чугун используется для производства бытовых товаров, таких как посуда, ванны, формы и т. д. Однако различные примеси могут улучшить характеристики чугуна, и делают его пригодным для других целей. Кремний значительно улучшает физико-механические свойства чугуна, и сплавы с высоким содержанием кремния используются для изготовления различных противовесов, опор, корпусов оборудования и станин.
наличие в сплаве примесей хрома, марганца, серы и фосфора делает чугун практически нечувствительным к температурным воздействиям и улучшает антикоррозионные свойства. Чугун режется гораздо легче стали, и благодаря своей структуре малочувствителен к поверхностным повреждениям. Чугун часто применяется в машиностроении при изготовлении деталей, которые в процессе эксплуатации не подвергаются ударным и растягивающим нагрузкам.
Промышленное производство чугуна в Российской Империи началось около трехсот лет назад, а расцвет его пришелся на советский период, когда СССР был первым в мире государством по выплавке чугуна. Этот результат был достигнут путём многих программ, направленных на увеличение ВВП, но практические цели достигались не всегда, так как львиная доля выплавляемого чугуна получалась из лома, приносимого добросовестными пионерами, тащившими всё, что плохо лежит. Сковородки, чугунки, кастрюли, сельхозинструмент, различные разрозненные детали приносились в пункты приёма, и, после переплавки, из них торжественно отливали те же самые сковородки и формы.
Сегодня Россия находится на третьем месте по производству чугуна в мире, однако речь идёт лишь о чугунном сырье. В основном на территории России производятся чушки - слитки из которых в последствие будут выплавляться детали. Производство же более сложных изделий находится на низком уровне, что обусловливает известную привлекательность выплавки чугуна для предпринимателей. Но даже производство тех же чушек требует высокой квалификации всех сотрудников производства, руководителей и исполнителей всех категорий. Также для открытия бизнеса в этой сфере требуются многочисленные справки, разрешения и лицензии. В этой статье мы объясним основные принципы выплавки чугуна, достоинства и недостатки чугунного производства для малого и среднего бизнеса.
Технология выплавки чугуна в доменной печи
Доменное производство направлено на выплавку чугуна и сталей из железорудного сырья, с удалением вредных и ненужных примесей. Механизм работы доменной печи относительно прост, и не менялся уже почти двести лет.
Домна - это вертикальная металлургическая плавильная печь шахтного вида, предназначенная для выплавки чугуна и ферросплавов из железной руды. Главнейшей особенностью печей такого типа является полная непрерывность плавильных процессов в печи и подачи к ней сырья. Доменная печь работает непрерывно на протяжении нескольких лет, после чего производится капитальный ремонт и очистка ёмкостей. Если производство не имеет достаточного количества ресурсов для обеспечения печи непрерывной работой в течение всей кампании работы - нет смысла даже запускать печь.
Конструкция доменной печи:
• Верхняя цилиндрическая часть - колошник (используется для загрузки и распределения шихты в печи. Шихта - подготовленное сырье для выплавки чугуна)
• наибольшая по высоте расширяющаяся коническая часть - шахта (в ней происходит нагрев сырья)
• наибольшая по ширине цилиндрическая часть - распар (в нём происходит процесс размягчения и плавления железа)
• суживающаяся коническая часть - заплечники (в них производится восстановительный газ)
• цилиндрическая часть - горн (в нём происходит накопление жидкого чугуна и шлака) В верхней его части находятся фурмы - отверстия для подачи дутья (сжатого нагретого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом)
Чугун и шлак поступают из печи через чугунную летку, и разделяются вне печи, в желобе с помощью разделительной плиты. Процесс выплавки в доменной печи происходит благодаря высокой температуре, достигаемой нагнетанием дутья, которое, вступая в реакцию с углеродом в сырье, повышает температуру в верхней части печи до 2000 градусов. Жидкое сырье, освобожденное от углерода, скапливается в наплечниках, и обогащается там полезными примесями, образуя чугун. Чугун стекает в горн, а над слоем чугуна образуется слой шлака. далее чугун и шлак выводятся из печи через чугунную летку, и отделяются друг от друга снаружи печи, в желобе. Далее чугун поступает в дальнейшую выплавку, а шлак выбрасывается в специально отведенные для этого места.
Этим способом можно получить несколько видов чугуна: белый, серый, ковкий, высокопрочный и половинчатый. Эти виды определяются формой графита и количеством цементита в готовом чугуне. Как было сказано раннее, работа печи не останавливается до момента проведения капитального ремонта, и объемы потребляемого ею сырья поистине огромны. Печь может достигать массы свыше 35000 тонн и объема свыше 5000 кубометров. Работа печи обеспечивается множеством вспомогательных сооружений, коммуникаций и обслуживающего персонала. Общие затраты на работу доменной печи в течение одного цикла и последующий капитальный ремонт достигают 5 и более миллиардов рублей. Это подразумевает, что для организации малого и среднего бизнеса доменная технология выплавки чугуна полностью непригодна, ввиду своей дороговизны.
Технология переплавки чугуна в вагранке
Основное отличие вагранки от доменной печи состоит в том, что в вагранке не происходит никаких химических реакций, изменяющих состав чугуна. Из этого следует, что вагранка загружается не железнорудным сырьем, а чугунным ломом либо чушками. Также вагранки отличаются простотой конструкции, сравнительно малыми размерами, простотой в обслуживании и дешевизной. Самое главное - вагранку, при необходимости, можно остановить на обслуживание и ремонт, либо ввиду отсутствия сырья, не неся при этом серьезных убытков. Вышеуказанные факты делают технологию выплавки чугуна в вагранке весьма привлекательной для субъектов малого и среднего бизнеса.
Вагранка состоит из таких основных частей:
• металлического кожуха, сделанного из стальных листов и выложенного изнутри жаропрочным кирпичом
• подовой плиты, которая опирается на четыре колонны и служит основанием для кожуха. Ремонт и удаление остатков чугуна производится через отверстие в плите, закрытое заслонкой
• завалочное окно служит для подачи сырья и топлива
• часть кожуха от подовой плиты до завалочного окна называется шахтой
• часть кожуха от завалочного окна вверх называется трубой
• нижняя часть шахты - гор с фурмами для подачи воздуха, и летками для чугуна и шлака
• часть горна в районе фурм называется плавильным поясом
Переплавка происходит так: в шахту, через завалочное окно подается топливо, сырье и присадки, затем, в результате сгорания кокса, сырье плавится и разделяется на чугун и шлак, которые выходят через соответствующие летки. Получаемый при сгорании топлива газ поднимается к трубе, попутно нагревая подаваемую шихту. Для облегчения процессов, связанных с заливкой крупных форм, вагранки имеют второй горн - копильник, в котором накапливается чугун, вышедший из летки. Такая печь работает непрерывно в течение примерно двадцати часов, после чего останавливается, очищается от остатков чугуна и ремонтируется. В зависимости от размеров и конфигурации печи выход чугуна может составить до 25т в час
Стартовый капитал, требуемый для запуска вагранки
Как пример, мы возьмем вагранку с производительностью 0.2 - 0.3 т/ч. Такая печь будет потреблять 2 кВт/ч электроэнергии, и будет производить в месяц примерно 22 плавки, с выходом готового чугуна по 5400 кг за плавку. В месяц объем выплавленного чугуна составит 118т. Стоимость такой печи вместе с обучением сотрудников, доставкой и монтажом оборудования, арендой помещения, закупкой инструментов и т .д. составит 3300000 рублей. В среднем, по текущим расценкам на сырье, на 118 тонн чугуна мы израсходуем сырья на сумму более 1112000 рублей. Выплаты сотрудникам, расходы на электроэнергию и прочее составят не менее 430 тысяч рублей. Суммарные расходы на производство в месяц составят 1542000 рублей.
При нынешней цене на литейный чугун 25т.р. за тонну, мы получим доход за месяц в 2950000 рублей. За вычетом расходов чистая прибыль составит более 1400000 рублей. Таким образом, производство окупится менее чем за четыре месяца работы. Данные выкладки производились из расчета на производство литьевого чугуна. При отливе готовых изделий, даже низкого уровня сложности, стоимость продукции возрастает минимум в 2.5 раза.
Итоги
Переплавка и отлив чугуна является взрыво- и пожароопасным производством, и влечет за собой значительные выбросы вредных веществ в окружающую среду. В связи с этим, на территории РФ такое производство требует получения массы разрешений, прохождения комиссий, проверок, заполнения документов и получения лицензий. Также следует отметить огромную роль, которую играет персонал в этом опасном производстве.
Каждое действие обслуживающего персонала печи должно быть выверено, каждый сотрудник должен досконально знать все процессы, происходящие на его участке, и относиться к работе добросовестно. Для привлечения таких кадров им нужно будет обеспечить стабильную и высокую заработную плату. Но, все описанные сложности не уменьшают высокий уровень рентабельности данного производства, и тенденции к росту объемов потребления продукции. Грамотное руководство и поиск новых выгодных заказов помогут вам обеспечить стабильную прибыль и, в дальнейшем, расширить производство.
Подписывайтесь на наш канал бизнес идей! Лайкайте. Оставайтесь с нами!
Чугунные и стальные печи: изучаем и выбираем
С развитием металлургической промышленности на смену традиционным каменным печам пришли изделия из стали или чугуна. Оба типа оборудования имеют примерно одинаковую популярность, однако их свойства далеко не идентичны. В чем же заключаются главные отличия печей, выполненный их чугуна и стали? Сегодня мы с радостью расскажем Вам об этом!
Особенности материала
Первое, на что хотелось бы обратить Ваше внимание, – отличие состава и технологии производства чугуна и стали. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого составляет не менее 2,14%. Данный химический элемент придает чугуну твердость, но при этом снижает пластичность и вязкость. Из-за высокого содержания пластинчатого графита сплав обладает достаточно высокой хрупкостью, поэтому чугун плохо переносит точечные механические воздействия.
Сталь, так же, как и чугун, представляет собой сплав железа и углерода, однако содержание в нем последнего составляет менее 2,14%. Во время плавки в состав сталей вводятся дополнительные компоненты, которые улучшают те или иные свойства металла. Сталь, используемая для производства печей, обладает высокой прочностью, жаростойкостью и пластичностью. Она отлично переносит воздействие высоких температур и позволяет разнообразить дизайн стальных изделий.
Конструкция
Большинство чугунных печей имеет простую конструкцию, в состав которой входит корпус, образующий топку, колосниковая решетка, дверца и верхняя плита. Чугунные печи долго прогреваются, однако и остывают они дольше, чем стальные.
Конструкция стальных печей более разнообразна. В ассортименте производителей присутствуют печи длительного горения с системой подачи вторичного воздуха, модели с двойным дожигом и др. Изделия, работающие при высоких температурах, могут оснащаться футеровкой.
Дизайн оборудования
В плане оформления стоит помнить, что чугунные печи – это классический вариант исполнения. Для такого оборудования, как правило, не используется внешняя отделка. Достичь разнообразия производителям позволяет изменение формы изделия, которая может быть квадратной, круглой, овальной и др. Однако, несмотря на все ухищрения, чугунные печи больше напоминают традиционную буржуйку.
Если Вы ищете модель с нетривиальным внешним видом, обратите внимание на стальные печи. Наряду с классикой в линейках производителей присутствуют изделия с отделкой изысканной ковкой, натуральным камнем или керамикой, однотонным или многослойным окрашиванием. Разнообразить дизайн стальных печей позволяют и улучшенные литейные свойства металла, обладающего высокой пластичностью.
Принцип работы оборудования
Пожалуй, одним из самых важных отличий чугунных и стальных печей является принцип нагрева. В оборудовании первой категории он излучающий, т.е. тепло в помещение поступает непосредственно от нагретого оборудования. Это означает, что печь не столько распространяет тепло, сколько нагревает окружающие предметы: пол, стены, мебель и даже тех, кто решил посидеть напротив печи и послушать умиротворяющее потрескивание дров в топке.
В стальных печах, в отличие от чугунного оборудование, передача тепла происходит методом конвекции. Принцип работы такого оборудования заключается в циркуляции холодного и горячего воздуха в канале, расположенном между топкой и внешней отделкой. В процессе повышения температуры в топке скорость движения воздушных масс увеличивается, благодаря чему нагрев помещения происходит быстро и равномерно.
Срок службы
И чугун, и сталь, являются прочными и долговечными материалами. Но это только в том случае, если для изготовления оборудования используется качественное сырье. Отличить качественную сталь или чугун от некачественных материалов по внешнему виду практически невозможно, поэтому при выборе печи ориентироваться рекомендуется на наименование бренда. При выборе подходящей модели не стоит экономить. Как показывает практика, что стальные, что дешевые печи не могут обеспечить качественный обогрев.
На что еще обратить внимание?
Существуют и другие отличия между печами из чугуна и стали.
- Чугунные печи имеют меньший, по сравнению со стальными конструкциями, КПД. В наиболее эффективных моделях он достигает 70%.
- Стальные печи можно отремонтировать. Как правило, основной неисправностью моделей без футеровки становится разрыв сварного шва. Восстановить его можно при помощи сварки. В изделиях с топкой, обложенной шамотным кирпичом, при ремонте чаще всего требуется замена только этого материала.
- Если говорить о стоимости стальных и чугунных печей, то в обеих категориях оборудования царит разнообразие. При этом отыскать бюджетную модель проще в линейке стальных изделий. Самые дорогие изделия, цена которых может достигать нескольких миллионов рублей, относятся к этой же категории.
Еще один нюанс, который волнует многих – качество обзора огня в топке. Спешим Вас заверить, особых отличий между чугунными и стальными печами в данном вопросе нет. В обеих категориях изделий присутствуют модели с обзорными стеклами, гарантирующими непревзойденный визуальный эффект.
Подводя итог беседы, можно сделать вывод, что чугунные печи лучше всего подходят тем, кто ценит традиционность. Они просты в обслуживании и топке, однако об использовании современных технологий в таком оборудовании речи не идет. Стальные печи более технологичны и современны. При использовании жаропрочного металла или футеровки они приобретают максимальную долговечность и эффективность. Если Вы уже нашли и опробовали подходящую модель, поделитесь опытом с нами. Нашим читателям будут полезны знания, полученные Вами на практике!
В каких печах делают чугун
Чугун плавят в: вагранках, электрических и пламенных печах.
На рис. 1. показано устройство вагранки.
рис. 1. Разрез вагранки
Шихта ─ это металлический лом, предназначенный для дальнейшей переплавки.
Составляющими металлической шихты являются литейные и передельные чушковые чугуны, ферросплавы, собственные отходы производства (брак, литниковая система), чугунный и стальной лом.
Основным классификационным признаком шихты является содержание кремния, фосфора, марганца, серы.
Для регулирования содержания кремния и марганца в выплавляемом чугуне в шихту добавляют ферросплавы: ферросилиций (ФС20Л, ФС45, ФС75Л), и ферромарганец.
Чугун получают в доменной печи.
Доменная печь ─ большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железнорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты.
Устройство доменной печи
1. Горячее дутьё;
2. Зона плавления;
3. Зона восстановления FeO;
4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта);
5. Зона предварительного нагрева (колошник);
6. Загрузка железной руды, известняка и кокса, шихты;
7. Доменный газ;
8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса;
9. Выпуск шлака;
10. Выпуск жидкого чугуна;
11. Сбор отходящих газов.
Химические реакции в доменной печи
Применение печей
Плавка чугуна
Плавка стали
Плавка цветных сплавов
Тигельные с металлическим тиглем
Баббиты, цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы
Тигельные с графитовым или шамотным тиглем
Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба
Для отдельных отливок в производстве небольшого масштаба
Все цветные сплавы в производстве небольшого масштаба
Пламенные
Ковкий чугун в мелкосерийном производстве, Белый чугун для крупных отливок валков, изредка серый чугун в производстве небольшого масштаба
Углеродистая и низколегированная сталь для средних и крупных отливок (мартеновские печи)
Медные и алюминиевые сплавы для средних и крупных отливок; при плавке большой угар сплава
Шахтные (вагранки)
Серый и ковкий чугун для разнообразных отливок
При триплекс-процессе с конвертером и электропечью и дуплекс-процессе с конвертером
Конвертеры с боковым дутьём
Низкоуглеродистая сталь для несоответственных отливок
Однофазные дуговые электропечи
В производстве небольшого масштаба
Медные и никелевые сплавы
Трёхфазные дуговые электропечи
Для рафинирования жидкого чугуна и плавки на твёрдой завалке для ответственных отливок
Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок
Печи сопротивления тигельные и с ванной
Алюминиевые и магниевые сплавы – в тигельных печах и алюминиевые в печах с ванной
Индукционные с сердечником
Индукционные без сердечника
Преимущественно легированные для ответственных отливок
Углеродистая и легированная сталь для ответственных отливок
Сплавы никелевые, медные, благородных и редких металлов
Электродуговые переменного тока
Для выплавки стали и чугуна
Электродуговые постоянного тока
Плавильные печи сопротивления
Легкоплавкие металлы (олово, свинец, цинк и сплавы на их основе), а также алюминиевые и магниевые
Плазменные электропечи
Высоколегированные и малоуглеродистые стали, жаропрочные сплавы
Редкие и тугоплавкие материалы
Электронно-лучевые
Тугоплавкие металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам), медь никель, чистое железо и т.д.
Электрошлаковые
Применяется для отливки слитков
Мартеновские
Для крупногабаритных стальных отливок, переработка чугуна в сталь
Вакумные дуговые печи
Фасонные отливки из высоколегированной стали
Тугоплавкие и химически активные металлы (ниобий, цирконий, тантал, титан, молибден, вольфрам)
Исходные материалы для производства чугуна
Чугун – это сплав на основе железа. Его главное достоинство – долговечность. Изделия из чугуна широко применяют в станкостроении, производстве труб и радиаторов отопления, сантехнических изделий. Для производства большинства видов чугуна применяют литье, но и в ковке этот материал очень пластичен. Таким способом делают ограждения, декор для интерьера, например, каминные решетки, флюгеры, кованые калитки и ворота. Сырьем для производства чугуна служат рудные материалы, флюсы, кокс.
Основные виды сырья для производства чугуна – железные руды, кремнезем, глинозем, пустые породы с содержанием оксидов кальция и магния.
Руда, кроме основного материала, содержит и дополнительные компоненты – ценные и редкоземельные металлы. Если их содержание невелико, они используются в производстве чугуна. Если же процентное содержание позволяет извлекать из них, например, молибден, ванадий или никель, такую руду разделяют на компоненты.
Породу, добытую из недр, переводят из сырой в товарную. Происходит это в несколько этапов:
- Дробление для раскрытия рудного минерала.
- Грохочение для калибрования кусков разного размера.
- Окускование с целью получения крупных кусков руды из мелких.
- Агломерация (спекание).
- Обогащение для отделения пустой породы.
- Обжиг – для удаления серы, воды и углекислоты.
- Усреднение состава для достижения однородности.
После всех подготовительных процедур руду направляют на переплавку. Это делают в доменных печах на металлургических комбинатах.
Разновидности
В промышленном применении наиболее ценными являются руды:
- магнитный железняк, в котором содержание Fe колеблется от 45 до 70% и почти отсутствуют вредные примеси;
- красный железняк (55-60% Fe);
- бурый железняк (35-50%), основной недостаток – значительное количество вредных примесей;
- шпатовый железняк (30-45%).
Основные месторождения этих руд в нашей стране сосредоточены на Урале, в Сибири и ЦФО.
Свойства
Характеристики руды определяет ее химический состав. Чем выше содержание основного компонента, тем она ценнее.
Тип железной руды
Наличие вредных примесей и количество пустой породы делает производство металла из руд низкого качества более дорогостоящим. Чем выше содержание железа и меньше дополнительных компонентов, тем выше качество чугуна и дешевле его производство.
Стоимость железной руды на бирже находится на уровне 85 долларов за 1 тонну (на 18.02.2020).
Флюсы
Минеральные вещества, которые добавляют в руду при выплавке, способствуют снижению температуры плавления и удалению шлака – золы, пустой породы, серы. Флюсами служат доломит, известняк, мартеновский шлак, кварц, кремнезем.
Топливо
При выплавке чугуна применяют прочные и стойкие к истиранию материалы. Основное топливо – кокс. Его получают путем спекания без доступа кислорода из каменного угля. Качественный кокс содержит незначительное количество золы и серы. Он прочный и способен выдержать давление расплавляемой руды, не разрушаясь.
Еще один источник топлива – древесина. Ее жгут без доступа воздуха для получения угля. Однако ее крепость и дороговизна позволяют использовать такое топливо в металлургии регионов, богатых нестроевым лесом.
В качестве добавки к коксу применяют антрацит. У него высокая теплотворная способность, малая зольность и низкое содержание серы.
В последнее время стали широко применять для выплавки чугуна торфяной кокс. С таким топливом сплав получается высокого качества при меньшей стоимости.
Стоимость тонны кокса для доменных печей составляет 14 500 рублей.
Производство чугуна требует значительных затрат на предварительную подготовку – добычу и обогащение железных руд и флюсов, производство топлива. Сам металл плавят в доменных печах для дальнейшего производства прочных и долговечных изделий. Чугунные материалы применяют в машиностроении, производстве сантехнического оборудования, декоре. Рекомендуем посмотреть существующих производителей чугуна и произвести конкурентную разведку.
Читайте также: