Под дуплекс-процессом понимается технологический процесс, при котором приготовление жидкого металла осуществляется последовательно в двух плавильных агрегатах: в первом — расплавление шихты, а во втором выравнивание и доводка химического состава и перегрев до нужной температуры.
При использовании вагранки в качестве основного плавильного агрегата шихта расплавляется в вагранке, при температуре 1 300-1 350 °С жидкий чугун передается в другую печь, где выравнивается его химический состав, и иногда он перегревается. Возможен и второй вариант дуплекс-процесса, когда во второй печи чугун не только перегревается, но и доводится до нужного химического состава путем добавок стального лома, ферросплавов и т.д.
В качестве второго плавильного агрегата при работе по первому варианту применяют индукционные канальные, тигельные индукционные и дуговые печи, а также копильники, обогреваемые газом; при работе по второму варианту — тигельные индукционные и дуговые печи.
Плавка чугуна дуплекс-процессом обеспечивает ряд технологических и организационных преимуществ, позволяя получать чугун заданного состава с высоким перегревом при минимальных затратах. Вагранка в зоне нагрева шихты имеет максимальный КПД, составляющий 50-60 %, в зоне плавления 30-40 %, а в зоне нагрева капель жидкого металла (перегрева) всего 5-10 %, тогда как индукционная канальная печь при перегреве имеет КПД 60 %, а тигельная — 55 %. Поэтому плавить чугун экономичнее в вагранках, а перегревать в электропечах.
Основные преимущества плавки чугуна дуплекс-процессом следующие:
- минимальные энергозатраты и снижение расхода кокса;
- возможность обеспечения постоянства химического состава чугуна стабильность которого будет тем выше, чем больше емкость второго плавильного агрегата-миксера;
- обеспечение стабильности условий работы вагранки на оптимальном режиме;
- создание буферного задела жидкого металла;
- уменьшение вредного влияния наследственности шихтовых материалов при длительной выдержке металла в миксере при заданной температуре перегрева;
- возможность получения чугуна разных марок из единого базового металла, выплавляемого в вагранках;
- при получении серого чугуна высоких марок, высокопрочного или ковкого чугуна меньше затраты на установку дуплекс-процесса по сравнению с затратами на установку одних электрических печей той же мощности.
Можно выделить различные варианты дуплекс-процесса. Так, для плавки серых чугунов одной марки применяют дуплекс-процесс, при котором вагранка работает вместе с индукционным канальным миксером большой емкости. Для получения серого чугуна разных марок из единой базовой шихты плавку ведут в вагранке. Жидкий чугун переливают в тигельную индукционную печь, в которую присаживают необходимые добавки для получения чугуна заданной марки. Для плавки ковкого, высокопрочного чугуна низких марок применяют дуплекс-процесс: вагранку и дуговую печь, вагранку и тигельную или канальную индукционную печь. Для плавки ковкого и высокопрочного чугуна или легированного ответственного назначения в качестве первичного плавильного агрегата применяют дуговую печь, позволяющую значительно снизить содержание вредных примесей в чугуне, в паре с тигельной или канальной индукционной печью.
Дуплекс-процесс вагранка + основная электродуговая печь применяется, когда необходимо получить сильно перегретый, с пониженным содержанием серы чугун точного химического состава.
Дуплекс-процесс вагранка + основная электрическая печь часто применяют при производстве поршневых колец.
Дуплекс-процесс вагранка + кислая дуговая электрическая печь применяют в тех случаях, когда нет необходимости в получении чугуна с очень низким содержанием серы, но есть необходимость в получении горячего чугуна точного химического состава. Этот дуплекс-процесс применяют, в частности, в автомобильной промышленности при заливке блоков цилиндров автомобильных двигателей.
При этом обеспечивается постоянство химического состава и структуры чугуна, а также бесперебойная работа автоматической линии.
Дуплекс-процесс вагранка + индукционная канальная электрическая печь, как и дуплекс-процесс вагранка + кислая дуговая электрическая печь, применяют в тех случаях, когда не требуется рафинирования металла. Канальные печи футеруют огнеупорной футеровкой, которая должна оказывать сопротивление только воздействию жидкого металла при высоких температурах.
Шлаки индукционных печей всегда нагреваются до более низких температур, чем шлаки дуговых печей, поэтому проведение какого бы то ни было рафинировочного процесса исключается. Это объясняется тем, что в печах этого типа ток индуктируется только в металле, а шлак нагревается лишь от металла.
Индукционная печь должна обеспечивать усреднение химического состава, повышение температуры металла. Кроме того, формовочная линия должна быть обеспечена металлом, несмотря на возможные колебания в его потребности.
Во всех описываемых дуплекс-процессах плавление металла осуществляется наиболее экономичным способом: в шахтных противоточных печах-вагранках. Перегрев металла производится так же экономично в электрических печах. Несмотря на резкое снижение расхода кокса при дуплекс-процессах, общим недостатком их является некоторое насыщение чугуна серой при его расплавлении в коксовых вагранках. Однако возможность применения в качестве первого агрегата газовой вагранки вместо коксовой устранит этот недостаток.
Еще одним недостатком описанных дуплекс-процессов является необходимость затраты больших средств на очистку ваграночных газов коксовых вагранок, которые содержат больше количество пыли и отравляющих газов типа CO и SiO2 Применение газовых вагранок в дуплекс-процессах вместо коксовых устраняет и этот недостаток.
