Las grandes empresas de fundición pueden producir decenas de miles de toneladas de limaduras de hierro fundido cada año. La recuperación y utilización de limaduras de hierro fundido no solo está relacionada con la utilización económica de los recursos metálicos en China, sino que también está estrechamente relacionada con el consumo de energía y la protección del medio ambiente. Debido a su alta eficiencia y alta calidad, la recuperación y utilización de limaduras de hierro fundido es de gran importancia.
Las limaduras de hierro fundido son los materiales de socavación en polvo en el proceso de corte de las piezas brutas de hierro fundido, que representan entre el 10 % y el 30 % del peso de las piezas brutas de hierro fundido. Solo Shandong Shifeng Group tiene alrededor de 50,000 XNUMX toneladas de limaduras de hierro fundido que se rebajan todos los años, que se tratan con materiales de desecho a bajo precio, lo que genera un gran desperdicio. En la actualidad, la reutilización de las limaduras de hierro fundido generalmente se realiza simplemente presionando y luego fundiendo en hierro fundido, lo que no solo da como resultado una baja tasa de utilización de las limaduras de hierro fundido, el consumo de carbón de coque y una gran contaminación por emisiones. Doméstico con una gran capacidad de hornos de inducción para empresas de fundición de hierro fundido es relativamente menor, especialmente el estudio de gran capacidad y la aplicación de fundición directa de hierro es menor, mientras que el horno de inducción de gran capacidad tiene una eficiencia muy alta, pero tiene un control de seguridad deficiente del proceso de fusión, la erosión del revestimiento del horno se acelera, el horno de inducción en la permeabilidad magnética de baja temperatura disminuyó la eficiencia de fusión y otros cuellos de botella técnicos, desarrolló un reciclaje verde de hierro fundido completo y soluciones de tecnología de fundición eficientes, logrando una producción limpia, desperdicio, mejorar la utilización de recursos es particularmente urgente e importante.
I. Dificultades técnicas y tecnologías clave
1. Dificultades técnicas
(1) Oxidación de hierro fundido. Cuando los desechos de hierro fundido reaccionan con el oxígeno del aire para formar óxidos estables, que dañarán gravemente la calidad del hierro fundido, incluida la quema elemental, la porosidad y la inclusión de escoria, y la tendencia a la boca blanca, etc.
(2) Debido a que la chatarra de hierro fundido tiene forma de fragmentación y contiene una capa delgada de óxido de hierro en apariencia, la densidad aparente es de solo 2 g/cm3 y el contenido de óxido de hierro es relativamente alto, es fácil acelerar la erosión del revestimiento ácido y no se puede mostrar el grosor del revestimiento. El grosor del revestimiento es demasiado delgado para causar accidentes por fugas en el horno, por lo que la tecnología de monitoreo de seguridad en el proceso de fusión es particularmente crítica.
(3) Todos los grados de hierro fundido necesitan dosificación precisa antes del horno para garantizar que la proporción requerida de cada componente de la carga sea razonable.
2. Tecnologías clave
(1) Se desarrolló una máquina de torta de virutas especial para triturar virutas de hierro fundido con una densidad aparente de solo 2 g/cm3 en bloques de torta para mejorar la eficiencia de fusión, es decir, para reducir el área de oxidación y mejorar la conductividad en el horno.
(2) Dado que la temperatura de fusión de las virutas de hierro fundido es aproximadamente 100 ℃ más alta que la del hierro para pan común, para garantizar una fusión segura, se usa la relación de cambio relativo entre la corriente de frecuencia intermedia y el voltaje del horno eléctrico para calcular y mostrar el grosor del revestimiento mediante tecnología informática, para evitar que el revestimiento del horno tenga fugas debido a un revestimiento demasiado delgado.
(3) Optimizar el diseño de la configuración de la fuente de alimentación y la estructura del horno, mejorar la tasa de utilización de la energía eléctrica, mejorar la eficiencia y calidad de fusión y suministrar líquido de hierro rítmicamente en estricta conformidad con los requisitos de la línea de fundición.
(4) Para mejorar la tasa de resistencia a la oxidación de la chatarra de hierro fundido y la chatarra de acero, estudie el modo de protección de gas y el método de control de la fusión del horno eléctrico.
Yo. Principales contenidos de la investigación
1. Proceso de pretratamiento de chatarra y desechos de procesamiento de piezas fundidas y forjadas
(1) el preprocesamiento de limaduras de hierro o astillas puede contener antes de que el proceso de reciclaje se lleve al agua y al aceite, si no se trata, al comienzo del horno y el humo de fundición y la absorción de gas de hierro líquido conduciría a un aumento del contenido de gas en el hierro líquido, no solo afecta la calidad de la fundición, y en el proceso de fundición, el gas también se extenderá al revestimiento interior, lo que podría provocar daños en la bobina de inducción. Por lo tanto, la recuperación en verde de las limaduras de hierro debe tratarse primero. En circunstancias normales, el proceso de pretratamiento pasa primero por la máquina desaceitadora para eliminar la grasa que se introdujo durante el procesamiento. Para la chatarra de hierro con fluido de corte, también se puede tratar directamente mediante tostado para eliminar la humedad y la grasa que trae el fluido de corte durante el procesamiento. Después del proceso de deshumidificación centrífuga y el proceso de secado rápido, el contenido de humedad se reduce a menos del 1%.
(2) Las limaduras de hierro fundido en masa prensada son los desechos de hierro fundido en el proceso de corte. El aspecto final contiene una fina capa de óxido de hierro, la densidad de acumulación natural es de aproximadamente 2 g/cm3 y la permeabilidad relativa es de aproximadamente 1.6, que está cerca de la permeabilidad del aire. La permeabilidad relativa del bloque de hierro fundido es de aproximadamente 600 ~ 1000, para mejorar la permeabilidad de la carga, es necesario mejorar la densidad general de las limaduras de hierro fundido. Después de experimentos repetidos, los datos de contraste y el bloque de migas de pan pueden alcanzar una densidad de 5.2 g/cm3 en los lados izquierdo y derecho, mejorar la permeabilidad relativa de las migas de pizza a 300 más, después de hervir en un crisol frío (< 700 ℃), la permeabilidad general aumenta obviamente, en comparación con el llenado directo en hierro fundido, la eficiencia de calentamiento electromagnético en frío se mejora obviamente, en base al análisis y cálculo correspondientes, con una prensa hidráulica de 3000 kn y formamos un conjunto completo de moldes, desarrollamos nuestra propia máquina especial de migas de pan, lo haremos ser para la mayor parte del hierro fundido formando briquetas de migas de pan.
2. Conecte el procesamiento por lotes de ipC con un espectrómetro para ajustar con precisión el procesamiento por lotes
Con el fin de mejorar la calidad del hierro fundido de la chatarra de desecho y la chatarra de acero, a través del desarrollo secundario del hardware iPC y la integración del sistema del software, desarrollamos un sistema de procesamiento por lotes de microcomputadora, que incluye electroimán de elevación, instrumento de distribución de hierro de microcomputadora de control remoto inalámbrico, inalámbrico sensor de gancho, gabinete de control del rectificador y operador de dosificación. La carga de metal se distribuye y transporta automáticamente de acuerdo con la fórmula ingresada por adelantado y se pesa y ajusta automáticamente de forma digital. Al mismo tiempo, computadora industrial y red de analizador de espectro, intercambio de datos en tiempo real, módulo de control de componentes de horno eléctrico, responsable del sistema de ajuste automático del componente de análisis del espectrómetro. El sistema de dosificación ipC, basado en los componentes obtenidos del análisis de red, retroalimenta al equipo de alimentación automática para ajustar los componentes requeridos de la carga, alimentación rápida y precisa. Los datos de procesamiento por lotes se pueden almacenar durante tres meses con una interfaz USB, que puede leer los datos y transferirlos a la computadora de la oficina para su administración e impresión. También puede cargar datos de lotes a la computadora en línea y enviarlos al ERP de la empresa a través de LAN para aceptar la nueva fórmula enviada por la computadora. De esta manera, la dosificación del horno eléctrico está informatizada, el error se compensa automáticamente y los datos de alimentación se imprimen automáticamente, lo que reduce la ceguera de la dosificación.
3. Sistema de monitoreo en línea para la fundición de chatarra de hierro fundido en un horno eléctrico para realizar el monitoreo en línea del espesor del revestimiento.
La variación del espesor del revestimiento se puede describir mediante la curva de variación de la impedancia operativa de un sistema de horno de reacción en seco. Bajo la condición de fusión del hierro fundido en el horno, la impedancia operativa disminuye con la disminución del espesor del revestimiento. La impedancia operativa se puede calcular mediante detección en línea y la variación del grosor del revestimiento se puede detectar en línea. Este documento analiza la situación actual del monitoreo del espesor del revestimiento del horno y, al establecer el modelo matemático del horno de inducción, analiza teóricamente la distribución del campo magnético interno del horno eléctrico, la relación entre la impedancia de carga, la corriente de inducción de carga y la fuerza del campo magnético y espesor del revestimiento, la relación entre la corriente de inducción de carga y la corriente de entrada, y la relación entre la impedancia operativa y el grosor del revestimiento.
Puede verse que dentro de un período de operación normal, la curva de impedancia de operación del horno cambia dentro de un cierto rango y disminuye gradualmente. Después de repetidos controles y observaciones, se encontró que la curva de impedancia operativa del sistema no era inferior a 0.5 dentro de un ciclo de funcionamiento normal, por lo que se fijó 0.5 como límite inferior de alarma. Cuando el coeficiente del revestimiento disminuye repentinamente, muy por debajo del límite inferior, indica que el revestimiento está seriamente corroído o que hay un accidente de fuga en el horno, que necesita reparación oportuna; Si el coeficiente de revestimiento disminuye gradualmente y es inferior al límite inferior, indica que el revestimiento se vuelve más delgado en un área grande y no puede seguir utilizándose, por lo que debe eliminarse y reconstruirse.
Con base en los datos recopilados en el sitio, se propuso un método para monitorear el espesor del revestimiento con la curva de impedancia operativa. El monitoreo en línea y la pantalla de monitoreo del espesor del revestimiento brindaron una garantía para la operación segura de un horno de gran capacidad. En comparación con el dispositivo de alarma de contacto tradicional, este método no solo detecta la alarma de fugas en el horno, sino que también puede advertir el peligro de una gran área de adelgazamiento del revestimiento del horno.
4. Adopte el método de protección de gas de fusión eléctrica y el método de control para mejorar la tasa de resistencia a la oxidación
Con el fin de mejorar de manera integral la tasa de resistencia a la oxidación de la electrofusión, nos enfocamos en el estudio de los métodos de protección y control de gases, probamos respectivamente los efectos protectores de diferentes gases en la fusión del hierro fundido, considerando el costo de aplicación del gas inerte, y Finalmente se determinó el esquema de protección de gases de nitrógeno y dióxido de carbono.
(1) La fusión de nitrógeno y dióxido de carbono a metal tiene una buena característica de protección, el uso de inyección de gas sellada y otras formas, de modo que la cavidad del horno de fusión y el aislamiento básico del aire, y el uso de tecnología de control automático, control razonable de la Relación de alimentación e inyección de gas, de modo que el uso completo del gas protector.
(2) el uso de control programado, curva de calentamiento establecida razonable, de modo que la tasa de oxidación de virutas de acero y hierro fundido sea la más baja.
(3) Usando tecnología de detección de oxígeno residual, control automático del volumen de inyección de gas protector.
5. Desarrollar un horno de frecuencia media con una gran capacidad para realizar fundición de baja energía y baja descarga.
En el proceso de fundición de horno de inducción tradicional sin núcleo, para hacer el suministro continuo de líquido de hierro, generalmente es necesario configurar dos o más de dos conjuntos de transformadores independientes, fuente de alimentación de frecuencia intermedia y horno de inducción, un conjunto de fundición de potencia completa, otro conjunto de necesidad frecuente de conservar el calor en una pequeña carga de potencia descargando hierro a tiempo, este tipo de método de transmisión eléctrica independiente hace que el factor de potencia del transformador sea más bajo, para el gran volumen de más de 5 t horno de inducción fusión, sistema de fundición, especialmente el problema del factor de potencia más bajo. Por lo tanto, hemos diseñado un nuevo tipo de horno de inducción sin núcleo que es un método de transmisión eléctrica "Yi Tuo 2" de gran capacidad, mediante dos hornos de inducción para fundir hierro líquido al mismo tiempo, de acuerdo con la potencia nominal de los hornos de inducción de fundición para cada uno independiente de forma un conjunto completo de fuente de alimentación de frecuencia intermedia respectivamente, dos fuentes de alimentación de frecuencia media comparten un transformador rectificador, el primer horno de inducción de acuerdo con la potencia nominal de la operación de fundición, el horno de inducción de segunda etapa de acuerdo con la operación de potencia de aislamiento nominal, transformador rectificador tiene una capacidad de suma de la potencia de dos hornos de inducción, tiempo de ejecución y configura la potencia de salida del dispositivo de monitoreo en línea del transformador rectificador, de acuerdo con la situación de la potencia de salida del transformador, regulación manual o automática dos distribución de energía eléctrica, evita que el transformador rectificador se sobrecargue . Al funcionar de acuerdo con este esquema, el transformador tiene un alto factor de potencia. No solo realiza el suministro ordenado de hierro fundido, sino que también logra el objetivo de aumentar el factor de potencia y reducir el consumo de energía.
En comparación con la tecnología original (consulte la Figura 3), el dispositivo de monitoreo en línea de la potencia de salida del transformador rectificador configurado durante la operación puede monitorear la potencia de salida del transformador en línea usando el método de sensor de corriente o sensor de potencia a través de la tecnología analógica y digital ahora madura. tecnología electrónica. El dispositivo tiene una estructura simple y un funcionamiento fiable.
6. Estudiar la tecnología de juntas a tope automáticas de refundición y moldeado de limaduras de hierro fundido
Teniendo como objetivo la contradicción entre el líquido de hierro que sale del horno y el proceso de fundición de la línea de moldeo automático después de la fundición en horno eléctrico de gran tonelaje, se desarrolló el equipo de proceso de fundición de aislamiento térmico automático. El líquido de hierro grande se transfirió al equipo de fundición de aislamiento térmico y se suministró a la línea de moldeo de acuerdo con diferentes ritmos de producción, para realizar la conexión flexible entre la fundición del horno eléctrico y el moldeo automático. Bajo consumo de energía (el consumo de energía por tonelada de hierro fundido no debe exceder los 580kW•h); Alta eficiencia (solo 45 min por horno), reducción de emisiones (totalmente cerrado, eliminación de polvo húmedo y filtro de mangas); Sistema de producción, procesamiento diario de chatarra de hierro fundido, capacidad de regeneración de chatarra de acero 300T.
III. Verificación de prueba
(1) chatarra de hierro fundido, chatarra de acero y chatarra se moldean directamente en una torta de astillas con una densidad de > 5t/m3 mediante presión para mejorar la permeabilidad relativa, mejorar la eficiencia de fusión y reducir la erosión del revestimiento.
(2) Basado en el principio de detección de impedancia de operación del horno de inducción, se adoptan la máquina de control industrial y el software de configuración para realizar la detección en línea del espesor del revestimiento y eliminar el peligro oculto de seguridad causado por la corrosión del revestimiento del horno causada por la fundición de chatarra de hierro fundido. en un horno de inducción.
(3) A través del desarrollo secundario de la integración del sistema de hardware y software IPC, ipC y red de analizador de espectro, intercambio de datos en tiempo real, para lograr la chatarra de hierro fundido, el microordenador de procesamiento por lotes del horno eléctrico de chatarra, el error de aproximadamente 1%, automático Compensación, dosificación precisa.
Como computadoras de monitoreo y administración, las PC industriales están conectadas con un sistema de distribución de hierro (inalámbrico), un sistema de control de vehículos de alimentación y un analizador de espectro a través del puerto de comunicación. Recibe datos de procesamiento por lotes, datos de análisis espectral y estado de alimentación, y monitorea el proceso de procesamiento por lotes en tiempo real. El software del sistema también puede comparar los requisitos de la composición de la hoja de hierro con los resultados reales del análisis y presentar la fórmula optimizada de acuerdo con la composición de la carga y el precio de compra.
(4) El gabinete de medición de alto voltaje adopta un medidor de potencia digital, que envía señales al sistema de control de la computadora del horno eléctrico a través de la comunicación en serie para el monitoreo y distribución de energía total.
(5) El proceso de fundición de horno de inducción de frecuencia media es aplicable a una amplia gama de fundición gris, fundición vermicular, fundición dúctil, la producción de altos requisitos de culatas de fundición vermicular, bloque de cilindros, así como bainítico de alto rendimiento. cigüeñal, engranaje y otras piezas de hierro fundido dúctil.
4. Evaluación del consumo de energía
De acuerdo con GB/T15911-1995 "Equipos de calefacción eléctrica industrial y métodos de detección de ahorro de energía", centrales eléctricas para el grupo eólico, tecnología de reciclaje verde de hierro fundido para el monitoreo, después de la renovación técnica del líquido de hierro fundido del horno eléctrico, disponible cada año 100000 t fundido hierro (hierro fundido producido y subcontratado) directamente para reemplazar el hierro, producción de pan de alto grado HT250 y hierro fundido nodular, consumo de energía unitario de hierro líquido por tonelada inferior a 600 kW h, en comparación con la modificación anterior para lograr la reducción de emisiones y el objetivo de ahorro de energía:
(1) Los hornos eléctricos de 10T de un remolque y dos de frecuencia media se reemplazan por hornos de cubilote, lo que reduce la emisión de hollín en un 80%.
(2) Basado en 300 g de carbón estándar por kilovatio-hora y 1.35 t de carbón estándar por tonelada de coque, el ahorro promedio es de 50 kg de carbón estándar por tonelada de hierro líquido y 19,000 XNUMX t de carbón estándar por año.
(3) La tasa calificada de fundición se incrementa en un 5.2 %, y el consumo repetido de energía se ahorra con 0.35000 t de carbón estándar.
(4) La tasa de utilización de la chatarra de hierro fundido aumenta del 75 % al 95 %, ahorrando directamente 30,000 0.6 t de hierro fundido y, según el consumo integral de carbón de hierro de 18,000 t por tonelada, ahorrando XNUMX XNUMX t de carbón estándar.
(5) En comparación con la fundición en cubilote, la fundición en horno eléctrico reduce la pérdida de hierro en un 3 %, ahorrando 11,400 6,840 toneladas de hierro por año y 47,340 100,000 toneladas de carbón estándar por año, con un ahorro total de 100,000 250 toneladas de carbón estándar por año. Además, se utilizan 72,000 t de chatarra de hierro fundido para reemplazar XNUMX T de hierro pan para producir directamente HTXNUMX y piezas de hierro dúctil, lo que indirectamente ahorra XNUMX T de consumo de carbón de hierro pan.
5. La solicitud de promoción y la perspectiva de industrialización.
Los resultados experimentales muestran que la recuperación verde y el esquema de fundición de alta eficiencia de la chatarra de hierro fundido son científicos y factibles, y los logros tecnológicos del horno eléctrico de media frecuencia de un remolque ahorran energía y protegen el medio ambiente, con una alta utilización de recursos. Tasa y notable efecto de industrialización, que cumplen con los requisitos del apoyo nacional de ciencia y tecnología de la sociedad ahorradora de recursos, y tienen una amplia perspectiva de aplicación.
