Вагранка для получения силикатного расплава

Шахта 1 расположена в верхней части печи. Она сварена из листовой стали и футерована изнутри огнеупорным материалом 2. Поскольку расплав обладает высокой агрессивностью по отношению к футеровке, то нижняя часть вагранки (горновая часть) 3 выполнена в виде двух цилиндров 4, между стенками которых непрерывно циркулирует вода и предотвращает корпус от перегрева. Этот конструктивный элемент называется водяной рубашкой или ватержакетом. Максимальный нагрев воды в этом устройстве не должен превышать 90^оС. При охлаждении на внутренней поверхности ватержакета из расплава образуется застывший слой – гарнисаж, предохраняющий металл от разъедания расплавом.

Сырьё и топливо подают в вагранку через загрузочное окно 5, ниже которого находится охлаждаемый водой распределитель шихты 6, обеспечивающий равномерное распределение сырья и топлива по сечению шахты. Сырьё и топливо загружается в вагранку порциями, которые называют – калошами. Их разделяют по назначению: сырьевая калоша (СК), рабочая коксовая калоша (РКК), холостая коксовая калоша (ХКК). Послойное распределение порций сырья и топлива по высоте шахты называется столбом шихты – Н_ш. В зависимости от вида сырья и конструкции вагранки его высота может быть от 2 до 5м. Над шахтой монтируется скошенный колпак 7, являющийся искрогасителем, в его нижней части установлен патрубок 8 для удаления уносов пыли.

Днище вагранки – под 9 делают двухсекционным и подвешивают на шарнирах 10. Образовавшийся расплав скапливается и усредняется по химсоставу и температуре в горне, который расположен ниже оси последнего ряда фурм до пода, и выдаётся через лётку 11 к узлу волокнообразования.

Горение кокса в горновой части обеспечивается за счёт подачи воздуха через фурмы 12, соединенных кольцевой трубой – коллектором 13, подключённой к дутьевому вентилятору 14.

При установившемся режиме работы, вагранку условно можно разделить на 5 зон.

І зона. Подогрева, дегидратации и декарбонизации – расположена в верхней части столба шихты. Здесь из материала удаляется физически и химически связанная вода, и по мере опускания сырья в область высоких температур, происходит вначале при 600^оС разложение карбонатов Мg, а при 800^оС карбонатов Са.

ІІ зона. Плавления – находится над холостой коксовой калошей. В этой зоне при температуре 1500…1600^оС сырьё из твёрдого состояния переходит в жидкое. Образовавшийся расплав стекает по кускам раскалённого кокса ХКК и попадает в горн. Компоненты шихты плавятся неодновременно. Тугоплавкие компоненты растворяются в образованном легкоплавкими компонентами расплаве. На скорость растворения оказывает влияние вязкость расплава; с её уменьшением скорость растворения возрастает.

ІІІ зона. Редукционная (восстановительная) – расположена в верхней части ХКК, выше условной линии, где содержание кислорода равно нулю, т.е. до верха ХКК. В этой зоне происходит восстановление СО₂ до СО в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым коксом при недостатке кислорода:

СО₂ + С = 2 СО – 166000 кДж/(кмоль).

Реакция восстановления идёт с существенной потерей теплоты, и чем выше содержание СО в отходящих газах, тем больше потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива и тем ниже КПД вагранки. Восстановительный процесс зависит от реакционной способности топлива и размера его кусков. Под реакционной способностью топлива R понимают его способность восстанавливать образующийся при сгорании СО₂ в СО. Величину R определяют по формуле

R = (СО / СО + 2СО₂) × 100, %.

Для снижения восстановительного процесса применяют крупные куски кокса с реакционной способностью 15…25%.

ІV зона. Кислородная – расположена над фурменным поясом от оси фурм до условной линии, где содержание кислорода равно нулю. В этой зоне топливо интенсивно горит

С + О₂ = СО₂ + 398000 кДж/(кмоль).

На некоторой высоте температура в зоне достигает максимального значения (около 1600^оС). Эта высота соответствует максимальному содержанию СО₂. Реакция горения прекращается, после того как весь кислород из воздуха, подаваемого на горение через фурмы, будет израсходован на реакцию окисления. Размер этой зоны зависит от качества топлива, величины его кусков и температуры среды. Чем выше реакционная способность топлива, чем меньше размер кусков, тем быстрее идёт горение и тем меньше кислородная зона.

V зона. Гомогенизации расплава – расположена ниже фурменного пояса до пода вагранки. Скопившейся в этой зоне расплав усредняется по химическому составу, немного остывает и приобретает вязкость, необходимую для его переработки в волокна ваты. Поскольку в верхней части этой зоны происходит интенсивное горение кокса в ХКК, то выгорающий кокс непрерывно пополняется за счёт загружаемого кокса из РКК. Поэтому уровень ХКК сохраняется постоянным.

В настоящее время существуют проекты вагранок с коксогазовым и газовым отоплением, но пока широкого распространения такие агрегаты не получили из-за ряда технических сложностей, особенно в организации процесса плавления при использовании газа.

Преимущества вагранок – высокая производительность (1200…3000 кг/м² ч) расплава, простота в обслуживании, малые габариты по сравнению с другими плавильными агрегатами. Ванные печи имеют производительность 28…40 кг/м² ч расплава. Недостатки – низкий КПД 20…30%, высокий удельный расход топлива, низкое качество расплава.

Дата добавления: 2014-01-11