10.1. Принцип действия и разновидности конструкций коксовых вагранок

Вагранка — плавильная печь шахтного типа непрерывного дей­ствия, работающая по принципу противотока. Снизу вверх под­нимается поток горячих газов, образующихся в результате горе­ния кокса, навстречу ему опускается поток шихты. В результате теплообмена между этими потоками металлическая шихта про­гревается, плавится, а получившийся жидкий металл перегрева­ется выше температуры ликвидуса.

В зависимости от размеров и конструкции производительность вагранок составляет от 3 до 100 т/ч жидкого чугуна. Общий вид вагранки простейшей, конструкции (вагранки с горном-копиль- ником) производительностью 5 т/ч показан на рис. 10.1. Деталь­ное изучение конструкций вагранок, как и других плавильных печей, является предметом курса «Печи литейных цехов», поэто­му общий вид вагранки приводится лишь для уяснения основных конструктивных элементов вагранки и примерного соотношения ее размеров.

Вагранка с горном-копильником состоит из опорной части I и рабочего пространства, которое конструктивно делится на горн 77, полезную высоту III, трубу IVи пылеуловитель V. Ко­жух вагранки сварен из листовой стали и футерован огнеупорным материалом.

Шихта, включающая в себя топливо (кокс), металлозавалку и флюсы, загружается через окно 1. Воздух, необходимый для горе­ния кокса, подается из распределительного кольца 2 через фур­мы 3. Накапливающийся в горне чугун периодически выпускается из вагранки через чугунную летку 5. Для выпуска шлака, предус­мотрена шлаковая летка 4, расположенная выше чугунной летки 5 по причине меньшей плотности шлака по сравнению с чугуном.

Продолжительность работы вагранки между ремонтами состав­ляет 8... 20 ч. Поэтому вагранки обычно устанавливают блоками —

Рис. 10.1 Общий вид вагранки холодного дутья открытого типа

Рис. 10.1 Общий вид вагранки холодного дутья открытого типа

парами, чтобы во время ремонта одной из вагранок блока вести плавку в другой⁵.

Текущий ремонт вагранки проводится после каждой плавки, объем ремонтных работ определяется состоянием футеровки печи. Средний ремонт заключается в замене футеровки в наиболее на­пряженных местах — в зоне плавления, у фурм и в других суще­ственно разрушенных местах.

При капитальном ремонте заменяется вся футеровка печи.

Рис. 10.2 Устройство чугунной (а) и шлаковой (б) леток, леточный кирпич (в), устройство для ввода глиняной притычки (г)

Футеровка вагранки выполняется из шамотного кирпича на ог­неупорном растворе, состоящем из 25...30% огнеупорной глины и 70...75 % кварцевого песка или молотого шамота. Дно вагранки (лещадь) набивают тощей формовочной смесью.

Чугунную летку (рис. 10.2, а) выполняют с помощью стандар­тного или изготовленного в цехе леточного кирпича (рис. 10.2, в). В кирпиче выполняются два отверстия: нижнее (сквозное) рабо­чее и верхнее (глухое) запасное. Диаметр отверстий в зависимос­ти от размеров вагранки составляет 15...30 мм. В ходе плавки в перерывах между выпусками чугуна рабочее леточное отверстие закрыто глиняной притычкой (рис. 10.2, г), которую вводят в от­верстие с помощью стального прутка с приваренной торцевой площадкой для удержания притычки.

В связи с большой вязкостью шлака и его малой плотностью диаметр шлаковой летки должен быть больше диаметра летки для чугуна, и составлять 50... 100 мм. Часто шлаковая летка (рис. 10.2, б) выполняется в виде прямоугольного канала между шамотными кирпичами. Шлаковая летка закрывается формовочной смесью, уплотняемой вручную.

После ремонта футеровки ее просушивают с помощью газовых горелок во избежание растрескивания футеровки при плавке.

Плавка в вагранке (рис. 10.3, а) начинается с розжига холос­той колоши — высокого слоя кокса, расположенного на лещади вагранки. Кокс холостой колоши разжигают, используя естествен­ную тягу трубы, чаще природным газом, а в случае его отсутствия в цехе — дровами.

По окончании розжига высоту^ холостой колоши доводят до заданного уровня — на 1200... 1500 мм выше основного ряда фурм.

Высота холостой колоши является важнейшим технологиче­ским параметром, влияющим на производительность вагранки, температуру выплавляемого чугуна и расход кокса. Поэтому пер­воначальную высоту холостой колоши тщательно контролируют с помощью мерной цепи с грузом, имеющей метку на уровне порога загрузочного окна. Способы поддержания установленного Уровня холостой колоши в процессе плавки рассмотрены в даль ейшем изложении. Для холостой колоши следует отбирать круп­ные (100...150 мм) куски кокса. Это очень важно для получения перегретого чугуна, начиная с первых выпусков.

а

Заключительной операцией подготовки холостой колоши к плавке является ее продувка воздухом от воздуходувки в течение 2... 5 мин. На холостую колошу 1 загружают чередующимися слоя­ми флюс 2 (известняк), металлические 3 и рабочие топливные (коксовые) 4 колоши до уровня загрузочного окна 5, как показано на рис. 10.3, а. Металлическая колоша, как правило, состоит из сле­дующих шихтовых материалов:

• возврата собственного производства;

• чушкового чугуна;

• стального лома;

• чугунного лома;

• брикетов стружки;

• пакетов листовой стали;

• ферросплавов.

Горение кокса происходит в холостой колоше. Образующиеся при этом газы прогревают столб шихты в шахте вагранки, а са­мый нижний слой металлозавалки плавится. Капли и струйки ме­талла, стекая по кускам кокса, науглероживаются, перегреваются

Рис. 10.3. Схемы вагранок с горном-копильником (а) и с выносным ста­ционарным копильником (б): 1 — холостая колоша; 2 — флюс; 3 — металлическая колоша; 4 — рабочая коксо­вая колоша; 5 — загрузочное окно; 6 — чугунная летка; 7 — шлаковая летка; 8 — переходная летка; 9— смотровой глазок; 10 — выносной стационарный копильник

и скапливаются в горне между кусками кокса. Одновременно про­исходит образование шлака, который накапливается поверх слоя чугуна.

В результате сгорания кокса высота холостой колоши уменьша­ется, но одновременно с этим расплавляется нижняя часть метал­лической колоши и слой флюса. Рабочая топливная колоша, опус­кающаяся на холостую, пополняет угар последней. Таким обра­зом, в процессе плавки высота холостой колоши меняется в пре­делах высоты рабочей коксовой колоши. По мере проплавления шихты загружают рабочие колоши шихты. Жидкий чугун и шлак выпускают из горна периодически. Недостатками этой конструк­ции вагранки являются:

• трудоемкий и опасный способ выпуска металла и шлака;

• трудность получения заданного содержания углерода в чугу­не, так как оно зависит от времени контакта чугуна с коксом в горне-копильнике.

В вагранках с выносным стационарным копильником (рис. 10.3, б) металл и шлак из горна перетекают по переходной летке в копильник. Поэтому время контакта чугуна с коксом

Рис. 10.4. Схема вагранки с поворотным барабанным копильником: 1 — шлаковый желоб; 2 — перегородка; 3 — порог; 4 — сифонный шлакоотде-

литель; 5 — копильник

не зависит от ритма выпуска металла из печи и содержание угле­рода в нем более стабильно, чем в вагранке первой конструктив­ной схемы. Однако способ выпуска металла и шлака остается пре­жним.

В вагранках с барабанным копильником (рис. 10.4) чугун по желобу 2 стекает в поворотный копильник 1 в форме цилиндра с горизонтальной осью вращения, опирающийся на две пары ро­ликов.

Шлак задерживается перегородкой 4 выносного сифонного шла- коотделителя 2 и удаляется в перпендикулярном направлении по короткому шлаковому желобу 5. Для слива металла в ковш ко­пильник поворачивают на опорных роликах так, чтобы уровень металла в нем стал выше уровня сливного носка копильника.