Вимоги, пропоновані до плавильних печей

Класифікація плавильних печей

По способі передачі тепла металу печі класифікуються на три групи:

1 - Печі, що нагріваються спеціальним паливом поділяються на:

1) ПЕЧІ, У ЯКИХ МАТЕРІАЛ, ЩО НАГРІВАЄТЬСЯ, НЕ КОНТАКТУЄ НІ З ПАЛИВОМ, НІ З ПРОДУКТАМИ ЙОГО ГОРІННЯ (тигельні).

Нагрівання металу відбувається через стінку тигля від гарячих продуктів горіння, які омивають стінки тигля. Для поліпшення теплопередачі необхідно збільшити теплопровідність стінок тигля зменшенням товщини стінок чи застосуванням металевих тиглів для легкоплавких сплавів.

2) ПЕЧІ, У ЯКИХ МАТЕРІАЛ, ЩО НАГРІВАЄТЬСЯ, КОНТАКТУЄ ЗІ ФАКЕЛОМ ПОЛУМ'Я И З ПРОДУКТАМИ ГОРІННЯ І НЕ КОНТАКТУЄ З ПАЛИВОМ (мартенівські).

Факельне полум'я і продукти горіння віддають своє тепло матеріалу, стінкам, зводу печі шляхом випромінювання і конвекції, а на поверхню матеріалу - теплопровідністю.

3) ПЕЧІ, У ЯКИХ МАТЕРІАЛ, ЩО НАГРІВАЄТЬСЯ, КОНТАКТУЄ ЗІ ФАКЕЛОМ ПОЛУМ'Я, ІЗ ПРОДУКТАМИ ГОРІННЯ И З ПАЛИВОМ (вагранки).

Нагрівання металу відбувається за рахунок випромінювання, конвекції, теплопровідності.

2 - Печі, у яких паливом є складова частина металу, що нагрівається - тепло екзотермічних хімічних реакцій, конвертерне виробництво.

3 - Печі, що нагріваються електричним струмом: дугової, індукційні, печі опору.

1. Одержання металу більш точного хімічного складу (електропечі, тигельні).

2. Одержання металу досить високої температури (електропечі, тигельні).

3. Зниження до мінімуму відсотків угару, змісту шкідливих домішок, насичення газами (електропечі, тигельні).

4. Придатність до конкретних виробничих умов плавки (потокове виробництво і т.д.).

5. Більш повне використання теплотворної здатності чи палива електроенергії, тобто одержання максимального ККД печі.

6. Велика питома продуктивність печі і мінімальні капітальні витрати.

2. Характеристика теплової роботи печей

Робота печей характеризується тепловою потужністю, тепловим навантаженням, температурним і тепловим режимами.

Теплова потужність - це найбільша кількість теплоти, яку можна подати в піч. Теплова потужність виражається в кВт.

Теплове навантаження - це кількість теплоти, що фактично подається в піч.

Температурний режим - це зміна температури печі в часі.

Тепловий режим - це зміна теплового навантаження в часі.

По тепловому режимі печі підрозділяють на:

- печі, що працюють по камерному режимі,

- печі, що працюють по методичному режимі.

У печах, що працюють по камерному режимі, температура робочого простору залишається постійної протягом усього часу роботи печі. У печах, що працюють по методичному режимі, температура в печі змінюється по довжині печі чи в часі.

Основні характеристики роботи печі:

- коефіцієнт корисної дії (ККД),

- коефіцієнт використання палива (КВП),

- продуктивність.

ККД – це відношення корисно витраченої теплоти до повної кількості теплоти, даній у піч (включаючи теплоту з підігрітим повітрям і т.д.).

КВТ – це відношення корисне витраченої теплоти до кількості теплоти, виділюваній паливом при його горінні.

Продуктивність печі – це кількість виплавленого металу для плавильної печі, перегрітого металу для міксерів і роздавальних печей, обробленого металу для термічних печей і висушеного матеріалу для сушарок за одиницю часу чи цикл.

Продуктивність печі зв'язана з її тепловою роботою: чим більше різниця температур між піччю і металом, тим швидше нагрівається метал. Продуктивність печі залежить від її габаритних розмірів і часу технологічного процесу. У нагрівальних печах, у яких метал необхідно нагріти лише до заданої температури, продуктивність завжди вище, ніж у печах, у яких після нагрівання потрібна визначена витримка металу.

Тепловий баланс печей - основна характеристика теплової роботи. Тепловий баланс виражається законом збереження енергії стосовно до промислової печі; він дозволяє знайти необхідну витрату палива, електроенергії і провести теплотехнологічний аналіз роботи печі. Тепловий баланс складається з двох частин: приходу і витрати теплоти. Його складають або на одиницю часу, рівну секунді (печі безупинної дії), або на період (печі періодичної дії).

Розглянемо тепловий баланс полум'яної печі безупинної дії (вагранки).

Прибуткова частина складається з наступних статей.

1. Хімічна теплота згоряння палива, Вт,

Q_хім = Q_н В,

де Q_н – нижча теплота згоряння палива, Дж/кг чи Дж/м³;

В – витрата палива, кг/з чи м³/с.

2. Фізична теплота, внесена підігрітим повітрям, Вт,

Q_фіз.в = св t_в L_n В,

де св – середня питома теплоємність повітря, Дж(м³ К) при t_в;

t_в – температура повітря, ^ºС;

L_n – кількість повітря, необхідне для горіння палива,

м³/кг чи м³/м³.

3. Фізична теплота, внесена підігрітим повітрям, Вт,

Q_фіз.т = ст t_т В,

де ст – середня питома теплоємність палива при t_т, Дж/(м³*К)

чи Дж/(кг*К);

t_т – температура палива, ^оС.

4. Хімічна теплота окислювання металу, Вт,

Q_хым.м = Σ q_м mм,

де Σ – знак, що вказує на необхідність обліку всіх окислених елементів металу;

q_м – тепловий ефект окислювання кожного елемента металу, кДж/кг;

m_м – кількість кожного окисленого елемента металу, кг/с.

Видаткова частина складається з наступних статей.

1. Теплота, необхідна для нагрівання і плавлення матеріалів (корисна теплота), Вт,

Q_пол= См (t_км - t_мн) mм,

де См – середня питома теплоємність матеріалу в інтервалі температур, Дж/(кг К);

t_км - t_мн – середні по масі кінцева і початкова температури матеріалу, ^оС;

П – продуктивність печі, кг/с.

2. Теплота, яка уходить зі шлаками, Вт,

Q_шл = с_шл t_шл m_шл,

де с_шл – питома теплоємність шлаку при t_шл, Дж/(кг К);

t_шл – температура шлаку, ^оС;

m_шл – кількість шлаку, кг/с.

3. Теплота, затрачувана на розкладання вапняку, Вт,

Q_вап = 1620 m_вап,

де mвап – кількість розкладеного вапняку, кг/с.

4. Фізична теплота продуктів горіння палива, Вт,

Q_п._м.= сп.г. t_п._г V В,

де сп.г. – питома теплоємність продуктів горіння при tп.г_., Дж/(м³ К);

tп.г._. – температура продуктів горіння, ^оС;

V – кількість продуктів горіння, що утворяться при спалюванні

одиниці палива, м³/кг чи м³/м³.

5. Хімічна теплота продуктів горіння палива, Вт,

Q_хім.п.г = (12СО +108Н₂) V_п.г. В,

де СО,Н₂ – зміст окису вуглецю і водню в продуктах горіння.

6. Утрати теплоти теплопровідністю через кладку, Вт,

Q_кл = k F_кл(t_печ - t_в),

де k – коефіцієнт теплопередачі від пічного простору в навколишнє повітря через стінку, Вт/(м² К);

F_кл – поверхня кладки, м²;

t_в - температура навколишнього повітря, ^оС.

7. Утрати теплоти випромінюванням через відкриті вікна й отвори, Вт,

Q_и = СО (T_печ/100)⁴ F_ок Ф t,

де F_ок - площа відкритого вікна, м²;

Ф - коефіцієнт діафрагмування, що залежить від товщини стінки і конфігурації вікна (0,5 - 0,8);

t - частка часу, протягом якого відкрите вікно, (при постійно відкритому вікні t=1).

8. Теплота, затрачувана на нагрівання транспортуючих пристроїв, Вт,

Q_тр= с_тр(t_{тр до} – t_{тр н)} m_тр,

де с_тр– середня питома теплоємність транспортуючих пристроїв в інтервалі температур t_{тр до} – t_{тр н,} Дж/(кг К);

t_{тр к–tтр н} – кінцева і початкова температури транспортуючих пристроїв, ^оС;

m_тр – маса транспортуючих пристроїв, кг/с.

9. Утрати теплоти з охолодною водою, Вт,

Q_вод = Свод(t_{вод до} – t_{вод н)} m_вод,

де Свод – питома теплоємність води в інтервалі температур t_вод.к-t_вод.н, Дж/(кг К);

t_вод.к – t_{вод н} – кінцева і початкова температури води, ^ос;

m_вод – витрата охолодної води, кг/с.

10. Утрати теплоти на нагрівання контрольованої атмосфери, Вт,

Q_а = с_а (t_печ - t_а) V_а,

де с_а – питома теплоємність контрольованої атмосфери в інтервалі температур t_печ - t_а, Дж/(м³ ДО);

t_а – температура контрольованої атмосфери перед піччю, ^ос;

V_а – витрата контрольованої атмосфери, м³/с.

11. Невраховані втрати.

Їх звичайно приймають рівними 10-15% від суми усіх утрат теплоти, за винятком корисно витраченої:

Q_неучт = 0,1 - 0,15 (Q_расх - Q_полезн).

Для електричної печі замість теплоти, внесеної паливом і повітрям, враховують теплоту, подавану з електромережі, і не враховують витрата теплоти з продуктами горіння палива.

ТЕМА 6.2. Плавильні печі

Вагранки

ВАГРАНКА - це плавильна піч шахтного типу застосовується для безупинної видачі металу, розплавленого при контакті з гарячими газами і розпеченим паливом. Більш 95 % чавуна виплавляється у вагранках.

ПЕРЕВАГИ:

1) простота конструкції,

2) високий ККД,

3) висока продуктивність,

4) забезпечує безупинну видачу металу,

5) Не займає багато площі.

ВИМОГИ:

Конструкція сучасних вагранок повинна забезпечувати:

1) механізацію й автоматизацію всіх трудомістких і важких операцій обслуговування її;

2) ефективне очищення димових газів;

3) одержання чавуна з температурою при випуску 1450-1500 ^оС;

4) одержання чавуна заданого хімічного складу і властивостей (стабільні умови плавки протягом усієї плавочної компанії й автоматичне керування плавкою);

5) максимальну надійність роботи основного обладнання і допоміжних пристроїв (системи газоочищення, водяного охолодження, видалення шлаку і т.д.) із застосуванням автоматичного блокування й аварійної сигналізації.

2.1.Конструкція вагранки

1 - жолоб, 12 - завантажувальне вікно,

2 - льотки для металу, 13 - шахта,

3 - льотки для шлаку, 14 - чавунні плити-блоки,

4 - копильник стаціонарний, 15 - шибери,

5 - звід копильника, 16 - робоче вікно,

6 - сполучна льотка вагранки з копильником,

7 - фурми, 17 - дверцята робочого вікна,

8 - фурмений пояс, 18 - під,

9 - кожух циліндричний, 19 - подова плита,

10 - футерівка, 20 - колони,

11 - труба, 21 - дверцята днища,

22 - стійка.

Вагранка являє собою плавильну піч шахтного типу. На мал.6.1 зображена вагранка з копильником. Вертикальний циліндричний кожух 9, виготовлений з листової сталі товщиною 8-12 мм, установлений на подовій плиті 19. Усередині кожух футерований вогнетривким матеріалом 10 товщиною 250-300 мм. Подова плита встановлена на чотирьох колонах 20. У центрі подової плити мається круглий отвір для видалення залишків плавки. Отвір закритий двома напівкруглими дверцятами 21, підвішеними на петлях. Спеціальний затвор виключає можливість розкриття дверців. Іноді дверцята підпирають знизу стійкою 22. У кожусі вагранки маються отвори для завантажувального вікна 12, робітника вікна 16, фурм 7, сполучної льотки 6. Частина вагранки від завантажувального вікна до подової плити називають шахтою 13, а вище завантажувального вікна - трубою 11. Нижче завантажувального вікна(на0,8-1,2м) шахту викладають не вогнетривкими, а чавунними пустотілими блоками 14, що добре протистоять ударам металу, що завантажується. Під 18 набивний. Вагранку розпалюють дровами через робоче вікно, що перед початком плавки щільно закривають дверцятами 17. Копильник 4 призначений для збору необхідної кількості чавуна. Копильник, як і вагранка, має кожух і футерівку. Рідкий метал з копильника випускають через льотку 2 по жолобі 1; шлак-через шлакову льотку3. Знімний свод 5 полегшує умови ремонту. Повітря спочатку надходить у фурмений пояс 8 і потім по патрубках - до фурм. Шибери 15, установлені на патрубках, дозволяють регулювати витрата повітря на фурми. На верхній частині димаря, що виходить з будинку, встановлюють іскрогасник, призначений для уловлювання розпечених часток і пилу, що викидаються з вагранки.

На мал.6.2 показаний водоохолоджуємий іскрогасник, що дозволяє на 80 % очистити ваграночні гази від пилу. Очищення газів відбувається при їхньому зіткненні з потоком води. У корпусі 3 іскрогасники розміщені дві системи зрошення водою. Перша система включає верхній 2 і нижній 4 колектори, а друга - зонт 6, колектор 8 і сполучні труби 7. Гарячі ваграночні гази по виходу з труби 9 вагранки відхиляються зонтом до корпуса іскрогасника. Холодна вода з трубопроводу 1 заповнює зонт і надходить в іскрогасник через зливальний патрубок 5 на кінці зонта. Під час роботи вагранки по зонту (по всій окружності) стікає потік води, через який проходять ваграночні гази. Усі великі і середні частки пилу відокремлюються потоком води від газів і захоплюються вниз до зливальної труби 10. Вода, що зливається з колекторів 2 і 4, додатково очищає ваграночні гази, що забезпечує високий ККД установки.

При нетривалих плавках (3 - 4 години) футерівка вигорає лише вище фурм. У цьому випадку ремонт плавильного пояса зводиться до забивання вигорілих місць новою вогнетривкою цеглою з застосуванням розчину з вогнетривкої глини. При більш тривалих плавках вигоряння футерівки настільки значно, що потрібно повна заміна футерівки в районі плавильного пояса.

Вогнетривкий матеріал для плавильного пояса підбирають у залежності від хімічного складу шлаків, що утворяться при плавці. При кислих шлаках футерівку наповняють з шамоту чи кварцитів, а при основних шлаках - з магнезиту. Для футерівки плавильного пояса застосовують набивні маси. Найбільш розповсюджений наступний склад вогнетривкої маси: 90 - 95% кварцового піску, 5 - 10% графіту, 6 - 8% води (додатково). Цю суміш у сухому стані перемішують у бігунах протягом 5 - 10 хв. Для виготовлення набивний футерівки у вагранку на рівні фурм установлюють з окремих секторів опалубку - металевий циліндр, діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру вагранки, а висота 300 - 400 мм. Кільцевий простір між опалубкою і кожухом вагранки щільно набивають вогнетривким складом. Коли маса ущільнена по усій висоті циліндра, на нього встановлюють новий циліндр, і набивання продовжується. Застосування набивний футерівки для ремонту плавильного пояса дозволяє значно знизити трудомісткість і вартість ремонтних робіт.

Гарний стійкістю стосовно кислих шлаків володіє набивна маса, що включає 35 - 40% цирконового концентрату, футерівка - 30% графіту і 35 - 50% вогнетривкої глини. Кількість вологи (понад 100%) до 3%. Масу застосовують для горна вагранки. Термін служби горна більш тижня.

1.2. Робота вагранки

1) футерують шахту, сушать, закривають дверцята днища,

2) через завантажувальне вікно завантажують холосту колошу коксу до рівня на 500-700 мм вище осі фурм,

3) розпалюють кокс за допомогою чи дров газу,

4) через фурми подається дуття для інтенсифікації горіння коксу і нагрівання до 1400-1500 ^оС,

5) припиняють дуття, довантажують кокс, якщо необхідно, завантажують металеву колошу, флюси, кокс і т.д. до висоти завантажувального вікна,

6) включають дуттєвий вентилятор, повітря через фурми надходить у холосту колошу - інтенсивно горить кокс із виділенням теплоти.

Перед початком роботи у вагранку через завантажувальне вікно завантажують кокс, що розпалюють дровами чи природним газом. Коксу завантажують стільки, щоб його рівень був вище осі фурм на 500 - 700 мм. Одержуваний стовп коксу називають холостою колошею. Для холостої колоші використовують найбільш великі шматки коксу, що забезпечує одержання більш гарячого металу на початку роботи вагранки. Після розпалювання холостої колоші дровами чи природним газом у вагранку подається дуття, після чого фурми закриваються. У цей момент кокс починає інтенсивно горіти, і холоста колоша в районі фурм розігрівається до температури 1400-1500 ^оС. Після продувки холостої колоші дуття припиняють, відкривають фурми й у вагранку при необхідності засипають кокс до одержання необхідної висоти холостої колоші. На підготовлену в такий спосіб холосту колошу завантажують першу металеву колошу, на неї першу робочу коксову колошу. Далі вагранку завантажують по черзі металевими і коксовими колошами аж до завантажувального вікна вагранки. У кожну металеву колошу додають флюс (вапняк, основний мартенівський шлак, плавиковий шпат) для утворення необхідного хімічного складу ваграночного шлаку. Отшлаковиваються зола кокс, футерівка, пригар з літників.

По закінченні завантаження включають дуттєвий вентилятор. Повітря надходить через фурми в холосту коксову колошу. Починається інтенсивний процес горіння з виділенням великої кількості теплоти. Перша чавунна колоша, розташована безпосередньо на розпеченому коксі, починає плавитися. Краплі і струмки рідкого металу стікають по шматках і між ними до подини. Сюди ж стікає і шлак, що утворився. Через сполучну льотку метал і шлак надходять у копильник. Коли рівень шлаку досягне необхідної висоти, відкривають шлакову льотку і шлак випускають з копильника. Потім випускають метал через металеву льотку. До моменту розплавлювання першої металевої колоші рівень холостої колоші знижується. Для виходу з вагранки чавуна з постійною температурою і постійним хімічним складом висота робочої коксової колоші повинна дорівнює висоті, на яку зменшилася холоста колоша. Тоді кожна наступна металева колоша плавиться на одній і тій же висоті. Рух колош відбувається безупинно. Для змісту постійної висоти стовпа матеріалів у шахту завантажують метал, кокс і флюс. У вагранці гарячі гази, що утворяться при горінні коксу, піднімаються, а матеріали опускаються (принцип протитоку). Унаслідок цього відбувається інтенсивна теплопередача між газами і матеріалами, що завантажуються в піч. Металева колоша, опускається по шахті, поступово нагрівається до температури плавлення і плавиться. Гарячі гази при русі нагору, зустрічаючи з більш холодними металевими колошами, охолоджуються. Використання теплоти газів підвищує ККД вагранки. У вагранці витрачається коксу 10-15% маси металлозавалки.

З умов техніки безпеки при кожнім припиненні подачі дуття у вагранку негайно відкриваються фурми. Це виключає утворення у повітропроводі вибухонебезпечної газоповітряної суміші через проникнення з вагранки газів, що містять окис вуглецю.

1.3.Горіння палива у вагранці

Ваграночне паливо не тільки виділяє необхідну кількість теплоти для процесу плавки, але і витримує вагу стовпа матеріалів, що знаходяться в шахті. Паливо, що відповідає вимогам плавки у вагранці, повинне володіти високою механічною міцністю при нормальній і високій температурах, визначеною пористістю, що повинна бути не більш 45%, низькою реакційною здатністю і низьким змістом сірки. Найбільш придатне для цих цілей паливо - ливарний кокс. Розмір шматків коксу визначає високопродуктивну й економічну роботу вагранок. Застосування великих шматків коксу однакового розміру створює умови для виплавки гарячого чавуна. Дослідження показали, що зі збільшенням діаметрів шматків коксу від 25 до 100 мм (при збереженні всіх інших умов постійними) температура чавуна підвищується від 1300 до 1450 ^оС. Найбільш бажане застосування шматків коксу діаметром 100 - 150 мм.

Кокс у вагранці горить у холостій колоші. Повітря, що надходить через фурми, зустрічається з розпеченими шматками коксу, у результаті чого відбувається інтенсивне протікання реакції взаємодії вуглецю коксу з киснем повітря. Дослідження горіння шарів коксу показують, що в першому шарі витрачається 50% усього кисню, що міститься в повітрі. У наступних двох-трьох шарах витрачається інший кисень. Шар, у якому цілком засвоюється кисень повітря, називається КИСНЕВОЮ ЗОНОЮ.

На мал. 6.3 приведені результати дослідження характеру газоутворення в кисневій зоні при різних швидкостях дуття (0,11; 0,25; 0,49; 1; 1,5 і 2 м/хв). В міру витрати кисню зростає зміст СО і СО2. Якщо при швидкості дуття 0,11м/хв зміст СО2 значно більше, ніж СО, то в міру збільшення швидкості дуття ця різниця поступово зникає. При швидкості дуття 2м/хв СО у газах, що відходять, міститься більше, ніж СО₂. З приведеного приклада ясно, що зі збільшенням швидкості дуття підвищується зміст окису вуглецю в кисневій зоні.

Установлено, що співвідношення між СО і СО2 наприкінці кисневі зони залежить від температури. Чим вище температура, тим менше повнота горіння. Такі способи інтенсифікації горіння, як форсоване дуття, збагачення дуття киснем, приводять до зниження повноти горіння наприкінці кисневої зони. Дослідження процесу горіння коксу у вагранці показало, що взаємодія кисню повітря з вуглецем коксу в холостій колоші вагранки лімітується швидкістю дифузії кисню повітря до поверхні шматків коксу. Склад газу міняється по висоті вагранки (мал.6.4). У вагранці над кисневою зоною розташована ЗОНА ВІДНОВЛЕННЯ СО2. Основний процес у цій зоні - взаємодія вуглекислого газу з вуглецем коксу. У результаті протікання реакції:

С + СО2 = 2СО - Q

зміст СО2 поступово зменшується, а зміст СО зростає. Концентрація СО і СО2 різко змінюється на порівняно невеликій ділянці, тобто на ділянці з високою температурою. Коли піднімаються гази прохолоджуються до температури 900-1000 ºС, взаємодія газів з коксом практично припиняється. Про це свідчить майже постійний зміст у ваграночних газах СО і СО2.

Правильність аналізу ваграночного газу перевіряють по формулі

СО2 +О2 + 0,6СО = 21 + 1,

де СО2, О2 і СО - зміст вуглекислого газу, кисню й окису вуглецю у ваграночному газі.

У горн, розташований нижче осі фурм, свіжі продукти горіння палива практично не надходять, тому рух газів відсутній і реакція відновлення СО2 вуглецем коксу протікає досить повно. Співвідношення СО/СО2 відповідає області чистого заліза (див.мал.6.5), тому в горні вагранки всі оксиди заліза відновлюються. Для ефективної роботи горна, як зони відновлення заліза, необхідно безупинно видаляти з вагранки рідкий чавун і шлак, тому що при нагромадженні чавуна і шлаку в горні їхній рівень постійно міняється, а отже, міняються й умови відновлення оксидів металу в горні.

1.4. Особливості і зони плавлення вагранки

1) По висоті вагранки температура газової фази міняється від дуже високої в зоні горіння палива (1500-1900 ^оС) до низкою на колошнику (300-400 ^оС).

2) Висока швидкість руху газів (25 м/хв) дозволяє тривалий час омивати газом тверді шматки шихти, збільшуючи ККД.

3) По хімічних реакціях і характеру нагрівання шахту вагранки можна розділити на 4 зони.

4) Угар елементів в окисній зоні залежить:

- від якості шлаку: якщо шлак текучий, змочує чавун і покриває тонкою оболонкою, угар буде менше (плавиковий шпат),

- від температури: з підвищенням температури угар зменшується, тому що знижується міцність оксидів СО2, SiО2, Mn, йде їхнє відновлення,

- від кількості коксу: зменшення кількості коксу в робочих калошах знижує висоту холостої калоші, що збільшує окисну зону і угар,

- від інтенсифікації ваграночного процесу.

5) Пригар сірки в горновій зоні залежить:

- від розмірів коксу: чим дрібніше кокс, тим більше сірки перейде в метал,

- від температури і хімічного складу шлаку (рідкоплинність і десульфорація),

- від часу витримки металу під шлаком (копильник, міксер),

- від хімічного складу металу: Si, Mn, C зв'язують сірку:

FeS + Mn = MnS + Fe

Зони плавлення у вагранці

Метал завантажений у вагранку, опускається в шахті, послідовно проходить через ЗОНИ ПІДІГРІВУ, ПЛАВЛЕННЯ, ПЕРЕГРІВУ, ГОРН і стікає в копильник.

У ЗОНІ ПІДІГРІВУ метал знаходиться у твердому стані. Стикаючись з ваграночними газами, метал поступово нагрівається від початкової температури і до температури плавлення (мал.6.4, крива 2). Передача теплоти від ваграночних газів до металу відбувається за рахунок конвекції, тому що гази рухаються в шахті з досить високою швидкістю. Передача теплоти випромінюванням практично відсутня, тому що середня температура газів не перевищує 1000 ^оС (мал.6.4, крива 3). Швидкість окислювання металу збільшується з ростом температури нагрівання металу (мал.6.4, крива 1).

У ЗОНІ ПЛАВЛЕННЯ поверхневий шар металу починає оплавлятися. Рідкий метал у виді окремих крапель чи струмків відокремлюється від шматка металу і стікає вниз. Температура металу в зоні плавлення залишається практично постійної, а окислювання металу збільшується.

У ЗОНІ ПЕРЕГРІВУ температура металу збільшується, а окислювання металу припиняється, тому що в результаті контакту рідкого металу з коксом інтенсивно протікає реакція відновлення оксидів заліза (мал.6.4, крива 1).

У ГОРНІ вагранки температура підтримується тільки за рахунок теплоти, принесеної рідким металом і шлаком із зони перегріву, тому температура металу в горні небагато знижується (мал.6.4, крива 2). У горні протікають реакції:

FeO + C = Fe + CO; SiO2 + C = Si + CO2;

MnO + C = Mn + CO; CO2 + C = 2CO,

у результаті чого зміст окису вуглецю може досягати 97%.

Процес відновлення оксидів металів у горні йде настільки ефективно, що при достатній висоті горна весь метал, що окислився в зонах підігріву, плавлення і перегріву, може бути відновлений (мал.6.4, крива 1)

Стабільні результати як по перегріві металу, так і по його хімічному складі можуть бути отримані тільки в тому випадку, якщо весь метал і шлак безупинно віддаляються з горна в копильник, якщо в горні буде накопичуватися метал і шлак і їхні рівні будуть мінятися в процесі плавки, то ступінь відновлення оксидів металу в горні буде здійснюватися не цілком, що викликає значне коливання хімічного складу шлаку, а отже, і виплавлюваного чавуна.

1.5. Види вагранок

Дата добавления: 2014-11-18