Способы интенсификации ваграночного процесса

Расширение зоны горения кокса. В большом числе современных вагранок фурмы установлены в два или три ряда, расположенные один над другим на расстоянии 300...1000 мм. Воздух в фурмы каждого из рядов подается от своей фурменной коробки, причем через нижний ряд фурм подается большая часть (до 80 %) дутья. Использование вторичного дутья позволяет улучшить равномер­ность распределения дутья по сечению вагранки, приводит к час­тичному дожиганию СО, образовавшегося в редукционной зоне. Высота кислородной зоны увеличивается, и средняя температура в ней растет. Расширение зоны высоких температур и дожигание СО позволяет сократить расход кокса на 10... 15%, а при неиз­менном расходе кокса повысить температуру чугуна на 40...50 °С или увеличить производительность на 10... 15 %.

Подогрев дутья. В связи с высокой теплоемкостью воздуха по­догрев его до 500 °С равноценен добавке в печь около 20 % тепло­ты, образующейся при сгорании кокса. Поэтому подогрев дутья оказывает существенное влияние на распределение температуры газовой фазы. На рис. 10.9 показаны кривые изменения температу­ры газов при холодном и горячем дутье. Из сопоставления кривых следует, что при подогреве дутья имеют место:

Рис. 10.9. Влияние подогрева дутья на распределение температуры газов в вагранке

• повышение t_T(_max);

• уменьшение высоты кислородной зоны h_{K 3}, так как процесс горения с участием горячего воздуха происходит быстрее;

• увеличение высоты редукционной зоны, так как температура окончания реакции редукции остается неизменной, а температу­ра ее начала повышается (следует, однако, учитывать, что на­чальная скорость реакции редукции возрастает);

о уменьшение высоты захолаживающей зоны у фурм.

Суммарная высота зоны перегрева (на режиме максимального перегрева) не изменяется. Важно отметить, что высокотемпера­турный режим плавки приводит к уменьшению полноты сгора­ния кокса и увеличению содержания СО в ваграночных газах.

Производительность вагранки, т/(м² • ч)

Рис. 10.10. Взаимосвязь параметров плавки в случае дутья: а — холодного; б — горячего (450 °С); W — удельный расход воздуха

Однако в современных ваграночных комплексах эти газы после очистки их от пыли и дожигания СО используются для подогрева дутья. Теплоты ваграночных газов оказывается достаточно для по­догрева воздуха до 400... 600 °С.

Производственный опыт показывает, что подогрев дутья до 500 °С позволяет получать температуру металла на уровне 1500 °С при расходе кокса около 9 % и удельной производительности поряд­ка 8 т/(м²-ч). На рис. 10.10 показана взаимосвязь важнейших пара­метров плавки чугуна в вагранке на холодном и горячем дутье.

Использование кислорода в ваграночном процессе. Обогащение воздуха кислородом приводит к уменьшению содержания в нем бал­ласта — азота и уменьшению массы продуктов горения. В результа­те этого /_Г(_таХ) повышается. Действие обогащения кислородом ду­тья на перегрев металла в вагранке аналогично подогреву дутья.

б

При расходе кислорода 30...40 м³/т чугуна его температура пре­вышает 1450 °С. Однако в связи с относительно высокой стоимос­тью кислорода в настоящее время этот метод практически не ис­пользуется.

При плавке в вагранках небольшой производительности прак­тикуется продувка кислородом жидкого чугуна в выносном ста­ционарном копильнике. Перегрев металла в этом случае достига­ется за счет экзотермических реакций (главным образом, окисле­ния кремния, содержащегося в чугуне). При расходе кислорода 4... 5 м³/т чугуна перегрев достигает 80... 100 °С. Угар кремния при этом не превышает 0,5 % и компенсируется вводом в ковш соот­ветствующего количества ферросилиция ФС75.

Этот метод обычно используется не на всем протяжении пла­вильной кампании, а лишь в те периоды плавки, когда требуется чугун с повышенным перегревом. Кроме того, продувка копиль- ника кислородом позволяет избежать затвердевания («закозления») металла в чугунной летке при продолжительных вынужденных простоях печи.