Вагранка закрытого типа

Загрузочные устройства вагранок этого типа (рис.8.3.) исключают утечку ваграночных газов в окружающую среду на протяжении всей плавильной кампании. Для этого отвод газов из вагранки в систему очистки и дожигания газов осуществляется через кольцевую полость -12 и боковое окно. Загрузка шихты производится при нормально открытой крышке -11 в цилиндрическую камеру 10, которая в процессе работы должна быть заполнена шихтой. Контроль и поддержание уровня загрузки осуществляется автоматически. Слой шихты в этой камере называют «шихтовой пробкой». Высота этой пробки рассчитана так, что её сопротивление движению газов значительно больше, чем движению газов в отверстие для вывода в систему газоочистки. Крышка -11 закрывает вагранку только в период розжига вагранки и при завершении плавильной кампании, когда шихтовая пробка отсутствует или имеет неполную высоту.

ШM

71

61

51

41

3

21

1

M

Рис. 8.3. Вагранка закрытого типа

1 – опорные колонны; 2 – фиксаторы створок днища; 3 – опорная рама; 4 –кольцевой поддон; 5 - водоохлаждаемая фурма; 6 – крышка и глазок фурмы;

7 – заслонка; 8 – воздуховод к фурме дополнительного ряда; 9 – коллектор подогретого воздуха; 10 – полость для шихтовой пробки; 11- крышка полости; 12 – кольцевая полость; 13 – компрессионный шлакоотделитель; 14 – створки днища.

Шахта вагранки в верхней части футерована фасонными чугунными блоками, способными противостоять ударам кусков шихты при заполнении вагранки в начале плавильной компании. Основная часть шахты имеет доменный профиль. Коническая часть корпуса вагранки охлаждается струями воды, выходящими из форсунок, расположенных вокруг корпуса (на рисунке показаны два яруса форсунок). Кольцевой короб -4 служит для сбора и удаления охлаждающей воды.

Водоохлаждаемая зона вагранки, за исключением горна, не имеет огнеупорной футеровки или футеруется тонким слоем (40…70мм) огнеупора в начале плавки. В дальнейшем, по мере оплавления футеровки на стальном водоохлаждаемом кожухе образуется так называемый гарниссаж. Гарниссаж – это слой металла, застывший на интенсивно охлаждающейся поверхности кожуха. На стабильном режиме работы вагранки этот слой находится в состоянии динамического равновесия двух процессов. Скорость затвердевания металла на этой поверхности равна скорости его оплавления металла с неё. Это, парадоксальное на первый взгляд, явление объясняется тем, что приход тепла к стенке вагранки происходит путём конвекции от продуктов горения, а также со струйками и каплями металла, сдуваемыми потоком газов на её внутреннюю поверхность. Этот приход тепла уравновешивается теплоотдачей стенки сплошной струе воды. В горне вагранки, где со стенками вагранки контактирует жидкий металл, расположенный между кусками кокса, используют набивную футеровку из кварцитографитовой массы. Применение высокоогнеупорного материала и большая толщина футеровки обеспечивают стойкость футеровки в течение трёх и более недель непрерывной работы вагранки. Кроме этого толстая футеровка сокращает потери тепла в горне.

Уменьшение диаметра вагранки в зоне расположения фурм позволяет значительно уменьшить неравномерность распределения дутья по сечению вагранки. В комментариях к рисунку 1.4 (глава 1). отмечалось, что максимальная температура продуктов горения – t_{газ.макс.} находится на границе между кислородной и редукционной зонами. Но эта граница в связи с неравномерностью распределения дутья по горизонтальному сечению вагранки не плоская, а криволинейная и может быть представлена в первом приближении конусом АБС.

Рассмотрим подобнее процесс горения кокса под слоем шихты в вагранке (рис.8.4.). Очевидно, что максимальная скорость плавления металлической колоши (а, следовательно, и максимальная производительность вагранки) будет достигнута тогда, когда плавящиеся куски шихты будут располагаться в зоне максимальной температуры газов - t_{газ.макс}.

А

С

дутьё

Б

кислородная зона C+O2= CO2+Q

редукционная зона CO2 =2CO - Q

металлическая колоша

рабочая коксовая колоша

		кокс холостой колоши

Рис. 8.4. Распределение дутья по сечению вагранки

Расположить шихту по поверхности конуса АБС в реальных условиях невозможно. Поэтому высоту холостой колоши поддерживают не ниже уровня основания конуса АБС. Такая высота холостой колоши считается нормальной. При понижении этого уровня куски шихты, расположенные у стенок вагранки, окажутся в кислородной зоне, что приведёт резкому повышению угара металла и снижению температуры на жёлобе.

Однако при нормальной высоте холостой колоши куски шихты, расположенные у оси вагранки, будут плавиться значительно медленнее, чем у стенок, так как температура газов здесь значительно ниже. С увеличением диаметра вагранки температура газов у её оси снижается и может оказаться ниже средней температуры плавления шихты – t_пл.ср.. Важно отметить, что при увеличении удельного расхода дутья (расхода, отнесённого к 1м² сечения вагранки) неравномерность скоростей плавления шихты у стенок и у оси вагранки увеличивается. По этим соображениям ограничивают расход дутья в вагранках с цилиндрической шахтой.

Фурмы в вагранках с доменным профилем фурмы -5 приближены к её оси. Это способствует уменьшению неравномерности дутья, позволяет увеличить его удельный расход, а, значит, и производительность вагранки.

Однако такое расположение фурм, подающих в вагранку горячий воздух, требует применение водяного охлаждения во избежание их перегрева. На рис. 8.5. показана конструкция водоохлаждаемой фурмы основного ряда фурм,

Рис. 8.5. Медная водоохлаждаемая фурма.

1 и 2 – Наружная и внутренняя трубы; 3 – подводящая труба; 4 – наконечник.

При модернизации вагранок цеха серого чугуна ЗИЛ заглубление фурм на 200мм и подогрев дутья позволил увеличить расход воздуха с 12000 до 25000м³ /час.

Выше основного ряда на 800…900мм находится дополнительный ряд фурм, в шахматном порядке для подачи холодного воздуха. Эти фурмы дополнительно выравнивают распределение дутья по сечению вагранки. Кроме этого они способствуют увеличению полноты сгорания кокса, т.е. частичному дожиганию СО, образовавшемуся в редукционной зоне. В результате этого расширяется зона горения (рис. 8.6.), увеличивается путь капель и струй в среде раскалённого газа и кокса (Н_{перегрева}). В верхний ряд фурм подают холодный воздух, потому, что горение горячего ваграночного газа в горячем воздухе привело бы к повышению калориметрической температуры продуктов горения до 2000^оС и более. А это, как известно из главы 1, приводит к увеличению степени диссоциации продуктов горения (СО₂ и Н₂О).В результате этого теоретическая температура газов была бы практически такой же как при использовании холодного воздуха. Иными словами использование горячего дутья во втором ряде фурм не имеет смысла. При правильном распределении дутья между основным и дополнительном рядами фурм (50:50 или 60:40) температура чугуна на жёлобе увеличивается на 40…50^оС. А при постоянной температуре чугуна производительность вагранки увеличивается на 15…30% или снижается расход кокса на 10…15%.

Рис. 8.6. Расширенная зона горения при дополнительном ряде фурм.

На рис. 8.7. Показано распределение дутья по сечению вагранки при одно-, двух- и трёхрядном расположении фурм.

Рис. 8.7. Характера распределения дутья при разном числе рядов фурм.

Фурмы снабжены крышками -6 (рис. 8.3) с застеклёнными глазками, позволяющими контролировать процесс образования настыли шлака на фурме. Настыли образуются, как правило, на фурмах, подающих холодный воздух. При обнаружении настыли её пытаются расплавить. Для этого заслонкой -7 перекрывают на время поступление захолаживающего воздуха через зарастающую фурму. Если проплавить настыль не удаётся, её сбивают ломиком при снятой крышке фурмы.

Металлоприёмник-шлакоотделитель.Вагранки длительного цикла действия имеют, как правило, два выносных шлакоотделителя, работающих попеременно. На рис.8.3. показан компрессионный шлакоотделитель, закрытый герметичной крышкой. Благодаря этому в рабочем пространстве шлакоотделителя поддерживается избыточное давление, равное давлению дутья. Под действием этого давления металл и шлак попадают на соответствующие желоба через два сифона. Сифон для выпуска чугуна с высотой порога М, препятствует проникновению шлака на чугунный жёлоб, изображённый справа. По шлаковому сифону (изображённому пунктиром) с высотой порога Ш, шлак сливаются в поток холодной воды, и превращается в гранулы. Высота шлакового сифона больше чем чугунного приблизительно на 100мм.

В конце плавильной кампании прекращают загрузку шихты в вагранку и проплавляют шихту оставшуюся в печи. Выход газов в атмосферу во время проплава предотвращают с помощью крышки -11. После этого приводят в действие механизм -2 запирания створок днища вагранки -14. Остатки шихты охлаждают водой на полу цеха. К ремонту вагранки приступают после её охлаждения до 50^оС.