Принцип работы вагранки

Вагранка как сложный плавильный агрегат, состоящий из ряда узлов, с механизацией всех трудоемких процессов и автоматическим регулированием основных параметров плавки, ее разновидности и характеристики. Плавка чугуна в коксовой вагранке, принципы и этапы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

В настоящее время одним из наиболее распространенных чугуноплавильных агрегатов является вагранка, простота конструкции а так же простота эксплуатации и возможность получения разных марок чугунов, которой обеспечила ей широкое распространение во всём мире. Однако открытые коксовые вагранки выбрасывают в атмосферу большое количество вредных газов и пыли, а также не удовлетворяют современным требованиям предъявляемым к температуре и качеству чугуна при производстве сложных отливок. В связи с этим вагранки оснащают устройствами для дожигания и очистки отходящих газов и подогрева воздушного дутья. Так же у вагранок есть и свои недостатки, такие как необходимость использования дорогостоящего топлива, в процессе плавки расплав сильно насыщается серой и другими вредными примесями и получаемый при выпуске из вагранке чугун, имеет низкую температуру. В связи с этим вагранка все же требует усовершенствования, поэтому целью данной курсовой работы является разработка технологического процесса выплавки серого чугуна марки СЧ15 в коксовой вагранке диаметром D = 0,7 м, с нейтральной футировкой футеровкой. Вагранка оснащается копильником. Расход кокса - 10%, возврата - 30%. Угар Si - 13%, Mn - 15%. Углерода в коксе - 85%.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ существующих видов вагранок;

- изучить конструкцию коксовых вагранок;

- рассчитать основные параметры;

- провести расчет теплового и материального балансов;

- провести расчет шихты, требующейся для плавки чугуна СЧ15.



1. Классификация вагранок

Вагранка - сложный плавильный агрегат, состоящий из ряда узлов, с механизацией всех трудоемких процессов и автоматическим регулированием основных параметров плавки. Вагранка является достаточно распространенным плавильным агрегатом.

Вагранки классифицируются по ряду параметров, основными из которых являются:

1) По виду применяемого топлива:

- коксовые;

- газовые;

- коксогазовые.

2) По виду футеровки:

- с кислой (динас);

- с основной (магнезит);

- с нейтральной (шамот).

3) По теплотехническим особенностям:

- без подогрева дутья;

- с подогревом дутья.

4) По степени очистки:

- закрытого типа;

- открытого типа;

- полузакрытого типа.

5) По конструктивным особенностям:

- с копильником;

- без копильника;

- с водяным охлаждением шахты вагранки;

- без водяного охлаждения шахты вагранки.

Рассмотрим три вида вагранок:

- коксовую вагранку с холодным дутьем открытого типа с копильником;

- газовую вагранку;

- коксогазовую вагранку

Коксовые вагранки являются самыми распространенными, хотя имеют существенные недостатки по сравнению с газовыми и коксогазовыми вагранками. Одини из них - это использование дорогостоящего литейного кокса и загрязнение расплава серой. В коксовых вагранках нагрев и расплавление шихтовых материалов происходит за счет горения кокса [6].

На рисунке 1.1 представлена коксовая вагранка с холодным дутьем открытого типа с копилником.

1 - летка, 2 - дверцы днища, 3 - горн, 4 - колонны, 5 - подовая плита, 6 _ лещадь. 7 - окна, 8 - фурмы, 9 - кирпичная кладка, 10 - кожух, 11 - чугунные кирпичи, 12 - загрузочное окно, 13 - искроуловитель. 14 - шахта. 15 - бадья, 16 - металлическая шихта, 17 - коксовая колоша, 13 - копильник, 19 - летка для расплава, 20 - желоб

Рис. 1.1. - Схема устройства коксовой вагранки открытого типа с копильником



В настоящее время, так же нашли применение и газовые вагранки [6]. На рисунке 1.2 представлена газовая вагранка производительностью 7 т/ч. В конической шахте находится камера сжигания газа и перегрева металла, откуда чугун стекает в копильник.

В шахте вагранки имеются два уступа с водоохлаждаемыми кессонами, полукольцевое поднутрение и разделительный барьер. В бассейне происходит перегрев жидкого металла за счет продуктов горения природного газа, сжигаемого в горелках.

Система смешения газа с воздухом и многофакельное сжигание газовоздушной смеси позволяют получать требуемые для плавки и перегрева чугуна тепловые условия в камере перегрева, где температура превышает 1700° С.

Продукты горения природного газа, имеющие сильноокислительный характер, взаимодействуют с жидким чугуном, окисляя основные компоненты. Угар кремния и марганца и окисление углерода больше, чем в коксовых и коксогазовых вагранках. Кроме того, в газовых вагранках не происходит науглероживания металла. Вследствие этого для компенсирования повышенного угара углерода увеличивается расход чушкового чугуна и ферросплавов по сравнению с коксовыми и коксогазовыми вагранками.



1 - шахта; 2 и 4 - водоохлаждаемые кессоны; 3 - поднутрение; 5 - разделительный барьер; 6 и 12 - уступы; 7 - копильник; 8 - механизм открывания днища; 9 - бассейн; 10 - горелки; 11 - камера сжигания газа и перегрева

Рисунок 1.2 - Газовая вагранка

Топливом коксогазовых вагранок служат кокс и природный газ, который сжигается в туннелях, расположенных по периметру вагранки над фурмами [6]. Газовые горелки располагают по высоте таким образом, чтобы продукты горения выходили ниже уровня холостой колоши шахты вагранки на 250-300 мм. Условия перегрева металла в коксогазовой вагранке примерно такие же, как в коксовой вагранке. Температура чугуна на желобе 1390-1400°С. Газонасыщенность чугуна, выплавленного в коксогазовой вагранке, немного больше. При переводе коксовой вагранки на коксогазовый обогрев снижается расход кокса на рабочую колошу, чем объясняется тенденция к переводу на газовое топливо.

В коксогазовой вагранке состав газовой атмосферы более окислительный, чем в коксовой вагранке, что увеличивает угар кремния и марганца и ухудшает условия науглероживания жидкого металла.

Конструкция современной коксогазовой вагранки показана на рисунке 1.3.

1 - водосборник; 2 - шамотная кирпичная футеровка; 3 - набивная шамотная масса; 4 - водоохлаждаемый горелочный туннель; 5 - газовая горелка; 6 - коллектор для подачи природного газа; 7,8 - воздушные коллекторы соответственно для горелок и фурм; 9 - водяное охлаждение плавильного пояса; 10 - водяное охлаждение фурм и горелочных туннелей; 11 - медная водоохлаждаемая фурма; 12 - стационарный копильник; 13 - быстросменное леточное устройство; 14 - высокоглиноземестые огнеупоры

Рисунок 1.3 - Коксогазовая вагранка

Продукты горения газа и пары воды при температуре 1500-1550°С подают в плавильную зону шахты вагранки, вносится дополнительное количество теплоты, за счет которого улучшаются условия теплообмена в двух зонах - зоне плавления и зоне подогрева кусков твердой шихты, а в зоне перегрева жидкого чугуна при сохранении удельного расхода воздуха ничего не изменяется. Теплота от сжигания 25 м³ газа на 1 т выплавляемого чугуна позволяет уменьшить расход кокса на 25-35%, поднять производительность вагранки на 10% при постоянной температуре чугуна.

Уменьшение расхода кокса за счет сжигания дешевого природного газа позволяет снизить себестоимость чугуна, понизить содержание в нем серы, поднять производительность печи, уменьшить влияние качества разделки шихты, упростить регулирование высоты холостой колоши путем изменения расхода газа в горелках. Последнее выгодно отличает ее от вагранки, работающей на обогащенном кислородом воздухе. Однако коксогазовые вагранки имеют и существенные недостатки: взаимодействие продуктов, выделяющих при горении природного газа (СО2 и Н2О) с раскисленными кусками кокса с образованием 15-20% СО и 3-4% Н2, что поглощает большое количество тепла); повышение температуры колошниковых газов на 100-150°С, вызывающее дополнительные потери теплоты; насыщением чугуна водородом. Если совместный расход кокса и газа оценивать в единицах условного топлива, то окажется, что расход коксогазового топлива будет больше, а КПД вагранки ниже, чем для обычной коксовой. Экономия при работе коксогазовой вагранки получается только за счет низкой стоимости природного газа, поэтому даже повышенный расход газа по сравнению с сэкономленным коксом дает определенный экономический эффект.



2. Устройство и работа коксовой вагранки

Существует много систем вагранок, отличающихся друг от друга отдельными деталями. Вагранка (рис. 2.1) состоит из пяти основных частей: опорной части, шахты, дымовой трубы с искрогасителем, фурменного устройства и копильника. Однако вагранки могут быть и без копильника. Рассмотрим отдельные части вагранки [4].

1 - дымовая труба с искрогасителем; 2 - шахта; 3 - копильник;

4 - фурменное устройство; 5 - опорная часть;

Рисунок 2.1 - Основные части коксовой вагранки, оснащенной копильником



2.1 Опорная часть вагранки

Опорная часть. вагранки принимает на себ...