ВАГРАНКА ДЛЯ ПЛАВКИ ЧУГУНА И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА АНТРАЦИТЕ
CUPOLA FURNACE FOR MELTING OF CAST IRON AND OXIDE MATERIALS ON ANTHRACITE

Изобретение относится к литейному производству, а именно к конструкциям вагранок для плавки чугуна и оксидных материалов на антраците.
Известна вагранка конструкции института «Гипростанок», включающая шахту с полной высотой Hn=4, 3…4, 5 , где D - внутренний диаметр вагранки (м), и один ряд фурм. Дутье подогревается отдельностоящим радиационно-конвективным рекуператором до 450-500°С. Вагранка предназначена для плавки чугуна, в качестве топлива применяется кокс.
Основной недостаток заключается в том, что отдельно стоящий рекуператор дополнительно отапливается природным газом, что значительно удорожает производство жидкого чугуна. Кроме того, данная вагранка не может использовать в качестве топлива антрацит, тощие угли, углесодержащие топливные брикеты, обладающие значительно меньшей прочностью, чем кокс. Давление столба шихты на нижележащую топливную насадку имеет величины, превышающие прочностные показатели заменителей кокса. Антрацит и другие заменители кокса при горении не выдерживают давления столба металлической шихты, растрескиваются, разрушаются, превращаясь в мелкую фракцию, что значительно ухудшает снабжение вагранки дутьем, температура выпускаемого чугуна резко уменьшается, и печь идет на захолаживание.
ш
Известна вагранка, включающая шахту с трехрядной системой фурм, нижний ряд фурм имеет площадь сечения 20-24%, средний 30-35%, а верхний ряд - остальное от общей площади сечения всех фурм, а расстояние между рядами фурм составляет 40-50% от внутренних диаметра вагранки (а.с. №1132130 «Вагранка» Селянин И.Ф., Маркс Г.Л., Горбунов Н.Г. и др. Заявка 3607914 от 20.06.1983 г.). Полезная высота данной вагранки также составляет Н=4, 3…4, 5 , где D - внутренний диаметр вагранки [Н.Г. Гирмович, Чугунное литье: М - Л., Машгиз, 1949 г.].
Средняя высота Нш столба шихтовых материалов для вагранок любого диаметра составляет Нш=4,0 м [И.Ф.Селянин, А.И.Степанов, Г.Л.Маркс и др. Об определении расчетным путем высоты шахтных печей. Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1997 г., №2, с.10-12]. Поэтому данная вагранка не может также работать на антраците и других заменителях кокса, обладающих меньшей прочностью.
Наиболее близкой к заявляемой является вагранка для плавки чугуна и оксидных материалов на антраците, содержащая шахту с загрузочным окном, расположенный в шахте рекуператор, выполненный из внешней и внутренней соосных труб (пат.RU 89684 U1, F27B 1/00, 10.12.2009).
Главный недостаток - низкий тепловой КПД ваграночной установки, связанный с тем, что небольшая высота шихтовых материалов не способствует завершению теплообмена между газом и шихтой, газы отходят из печи с высокой температурой и с содержанием СО 17-20%. За счет подсоса свежего воздуха через завалочное окно оксид углерода воспламеняется, и конечная температура ваграночных газов составляет 1300-1350°С.
Задачей изобретения является повышение теплового КПД вагранки и, соответственно, резкое уменьшение теплового загрязнения атмосферы.
Для этого в вагранке для плавки чугуна и оксидных материалов на антраците, содержащей шахту с загрузочным окном, расположенный в шахте рекуператор, выполненный из внешней и внутренней соосных труб, снабженный спиральной насадкой, рекуператор расположен выше загрузочного окна в шахте вагранки и снабжен в верхней части компенсатором, выполненным в виде горизонтально расположенных пластин, одна из которых прикреплена к внешней трубе, другая - к внутренней трубе рекуператора, при этом полезная высота вагранки равна Нп=2,81-3,1 ,где D - диаметр вагранки.
Высота от нижнего пода 2,81-3,1 нужна для того, чтобы уменьшить при плавке нагрузку на топливную колошу. Полезная высота меньше этой величины недостаточна для прогрева доменного шлака и горных пород до температуры плавления. Если меньше 2,81, то шихтовые материалы не будут успевать прогреваться до уровня второго ряда фурмы, шихта опустится, и капли чугуна не достаточно прогреются, и тогда вагранка идет на «захолаживание». Если эта величина больше 3,1 , то увеличивается нагрузка столба шихтовых материалов на топливную колошу. Антрациты начинают разрушаться, и газопроницаемость топливной колоши резко уменьшается, снабжение вагранки дутьем в этом случае уменьшается, сопротивление столба шихтовых материалов и топлива резко возрастает, и вагранка идет на «захолаживание». В связи с низкой высотой шихтовых материалов в шахте отходящие газы имеют высокую температуру, при дожигании СО на уровне загрузочного окна газы разогреваются до 1350-1400°С и, попадая в рекуператор, способны подогреть холодное дутье до температуры 450-500°С. Высота вагранки до искрогасителя позволяет выполнить высоту рекуператора порядка 12-14 м. Это нужно для того, чтобы полнее использовать химическое и физическое тепло отходящих газов.
Вагранка показана на чертеже. В шахте 1 вагранки имеется загрузочное окно 2, а в нижней части вагранки размещены фурменная коробка 3 с узлом 4 фурменной коробки. Вагранка снабжена воздуходувкой 5 и имеет два ряда фурм - верхний 6 и нижний 7. В вагранке выше загрузочного окна 2 размещен рекуператор 8, снабженный спиральной насадкой 9 и состоящий из соосных труб - внешней трубы 10 и внутренней трубы 11. Цифрой 12 показаны цапфы подвески рекуператора. В верхней части рекуператора расположен компенсатор, состоящий из двух кольцевых пластин, соответственно нижней 13 и верхней 14. Рекуператор имеет трубопровод 15 подачи холодного воздуха и трубопровод 16 для подачи горячего воздуха к фурменной коробке 3, расположенный в нижней части рекуператора. Температура внутренней трубы 11 рекуператора всегда на 100-150°С выше температуры внешней трубы 10. За счет разности температур внутренняя труба 11 дополнительно термически расширяется в длину и по диаметру относительно внешней трубы. За счет этого верхняя пластина 14 компенсатора скользит относительно нижней и поднимается вверх, образуя кольцевой зазор по плоскости сопряжения пластин.
В этом рекуператоре холодный воздух через патрубок 15 подается в верхнюю часть рекуператора, где нагревается и выводится через трубопровод 16. При высоких температурах внутренняя труба будет удлиняться, соприкасающиеся поверхности пластин компенсатора будут свободно скользить относительно друг друга, не допуская коробления материала труб. При этом обеспечивается хорошая герметизация внутреннего пространства рекуператора.
Вагранка работает следующим образом.
В вагранку загружают розжиговую топливную колошу высотой Нк=1,16, разжигают топливо, на колошу догружают вначале слой известняка в расчете (3-5)% от массы металлозавалки, включают дутье, затем последовательно загружают рабочие колоши антрацита, другие заменители кокса и металлической шихты.
Отходящие ваграночные газы имеют высокую температуру t=700-860°С и высокое содержание СО ~ (17-20)%. Оксид углерода дожигается за счет кислорода воздуха, который подсасывается через загрузочное окно вагранки. Температура газов после дожигания СО достигает 1300-1350°С, газы с такой температурой поступают в рекуператор и позволяют нагреть дутье до температуры 450-550°С. Газы, выходящие из рекуператора, снижают свою температуру до 400-450°С. Тепловой КПД печи увеличивается с 35-37% до 42-45%.