Устройство коксовых вагранок

Коксовая вагранка открытого типа с холодным дутьем (без подогрева) имеет следующие основные узлы: опорную часть I, шахту с горном II и полезной высотой III, трубу IV для отвода ваграночных газов и пылеуловитель-искрогаситель V, а также устройства для вдувания воздуха, завалки шихты, выпуска металла и шлака.

Опорная часть состоит (Рис. 3.5.1) из 4-х колон 1 высотой 1,5-4 м, которые установлены на фундаментной плите, и имеет в верхней части подовую плиты 3. На ней выполнено окно, закрываемое крышкой 2. Через это окно удаляются остатки кокса, металла и шлака по окончании плавки.

Шахта вагранки представляет собой корпус из стального кожуха и огнеупорной футеровки, установленный на опорную часть. Она начинается в нижней части с уровня днища вагранки 4 и заканчивается в верхней части на уровне завалочного окна 6. Нижнюю часть вагранки - рабочее пространство над днищем 4 до уровня воздушных фурм 8 - называют горном. Днище футеруют огнеупорным материалом с уклоном в сторону выпускной чугунной летки 9. В качестве огнеупорного материала для футеровки вагранок в большинстве случаев используют шамотные и полукислые изделия (ГОСТ 3272-71). Шамотные изделия марки ШАВ с огнеупорностью не менее 1730 ^оС используют для футеровки горна, плавильного пояса и фурменной зоны. Шамотные изделия марки ШБВ и полукислые изделия марки ПБВ с огнеупорностью не менее 1670 ^оС используют для футеровки остальных зон вагранок. Толщина футеровки в вагранках составляет 180-350 мм.

Ранее для выплавки в вагранке низкосернистого чугуна футеровку на ней выполняли из основного огнеупорного материала - из хромомагнезитового кирпича или набивной массы на его основе. Но с развитием методов внепечной обработки, в том числе методов внепечной десульфурации, применение основной футеровки в вагранках стало не актуальным.

Труба представляет собой продолжение шахты. Она имеет цилиндрическую форму и служит для отвода и частичного охлаждения ваграночных газов.

Пылеуловитель-искрогаситель представляет собойнадстройку над трубой в виде зонта с зигзагообразными щелевыми каналами для охлаждения удаляемых ваграночных газов и сухого или мокрого улавливания пыли.

а) б)

Рис. 3.5.1. Схема вагранки без копильника и с копильником:

1 – колонны; 2 – крышка; 3 – подовая плита; 4 – днище; 5 – шлаковая лётка; 6 – завалочное окно; 7 – воздушный коллектор; 8 – фурмы; 9 – чугунная лётка; 10 – жёлоб; 11 – искрогаситель; 12 – копильник

Рис. 3.5.2 Ваграночный комплекс с системой очистки газа и подогрева дутья:

1 – вагранка; 2 – заборный патрубок; 3 – пылеуловитель; 4 – вентилятор подачи воздуха для дожигания газа; 5 – камера сгорания; 6 – трубопровод продуктов горения; 7 – теплообменник; 8 – дымосос; 9 – вентилятор для подачи воздуха в вагранку;

10 – трубопровод для подач горячего или холодного воздуха

Устройство для вдувания воздуха включает воздушный коллектор 7 и водоохлаждаемые фурмы 8 с системой подвода воздуха к фурмам и регулирования его расхода. Вагранки могут иметь 1-3 ряда фурм для вдувания воздуха. Общая площадь сечения фурм составляет 22-28% от площади сечения шахты вагаранки. При этом нижний ряд фурм является основным, площадь сечение его фурм составляет 75 % общей площади сечения всех фурм и только они снабжены регуляторами подачи воздуха. Фурмы располагают в шахматном порядке. Сопла фурм всех рядов делают расширяющимися по направлению движения воздуха с уклоном вниз на 5, 10 и 15^о соответственно для первого, второго и третьего рядов. Применение 3-х рядных фурм обеспечивает сокращение расхода кокса на 15-20 %, увеличение производительности вагранки на 20-25 % и повышение температуры чугуна на 20-30 ^оС.

Устройство для дозирования и загрузки шихты включает расходные бункера для текущего хранения шихтовых материалов и емкость (бадью) для набора разовой их порции, питатели для подачи шихтовых материалов от расходных бункеров к бадье, весы для контроля массы дозируемого материала и подъемник бадьи к завалочному окну. Загрузка шихты осуществляется опрокидыванием бадьи в шахте вагранки.

Устройства для выпуска металла и шлака в вагранках без копильника (Рис. 3.5.1,а) выполняют в виде отдельных леток. Нижняя летка 9 находится на уровне днища и служит для выпуска жидкого чугуна. В верхнюю летку 5, которую располагают ниже первого ряда фурм на 80-100 мм, используют для выпуска шлака. Выпуск металла и шлака через эти летки производят периодически. В вагранках со стационарным копильником чугунную и шлаковую летки выполняют в копильнике, а вагранка имеет вместо них лишь переходный канал для непрерывного стекания чугуна и шлака в нижележащий копильник.

Коксовые вагранки открытого типа с холодным дутьем,показанные на рис. 3.5.1, обеспечивают улавливание лишь грубых пылевидных частиц в ваграночном газе. Основная масса мелкой пыли и вредных газов (СО и окиси азота) выбрасывается в атмосферу, серьезно ухудшая экологическую обстановку вокруг места расмещения вагранки. В них не утилизируются физическая и химическая теплота отходящих вагреночных газов. Они требуют повышенного расхода кокса и не могут обеспечить возрастающие требования по качеству чугуна, в них трудно обеспечить высокий перегрев расплава для выполнения различных операций внепечной обработки с целью создания максимально благоприятных условий формирования качественных отливок.

Поэтому современные вагранки представляют собой уже плавильные комплексы на основе вагранок закрытого типа с водоохлаждаемой шахтой доменного профиля, с поворотным копильником или миксером вместо стационарного копильника, с системами (устройствами) для очистки и дожигания газов, подогрева воздушного дутья (Рис. 3.5.2).

Вагранки с доменным профилем шахты, т. е. с расширенным плавильным поясом (Рис. 3.5.3) имеют более свободный и равномерный сход шихты и обеспечивают более стабильное протекание ваграночного процесса. При этом они, как правило, имеют водяное поливное охлаждение плавильного пояса, что обеспечивает длительный период (1-4 недели) непрерывной работы вагранки. В этом случае в водоохлаждаемой зоне, за исключением горна, огнеупорная футеровка или вовсе отсутствует или толщина её составляет 10-20 мм (при набивке огнеупорной массы) и 40-65 мм при выполнении кирпичным огнеупорным изделием. Наличие огнеупорной футеровки предотвращает чрезмерное охлаждение жидкого чугуна в начальный период плавки. Затем на её месте формируется гарнисаж толщиной ~15 мм из затвердевшего (намороженного) слоя чугуна, который и обеспечивает тепловую защиту вместо огнеупорного материала до конца плавильной компании. При этом для футеровки других частей вагранки, где происходит наиболее интенсивный её разгар (в области фурм, горна, каналов перетока металла и шлака из вагранки) используют высокоглиноземистые огнеупорные материалы – кирпичи (ГОСТ 10381-75) и мертели (ГОСТ 6137-61). Такие технические решения позволяют не только увеличить продолжительность плавильной кампании без выбивки до 2-4 недель, но и довести долю стального лома в шихте до 60%, а также обеспечить высокий перегрев чугуна (1500—1560°С).

Рис. 3.5.3. Рекомендуемые внутренние профили вагранок

Коксовая вагранка закрытого типа имеет шахту доменного профиля 1, корпус которой охлаждается водой из поливного коллектора (Рис. 3.5.4). Шахта в верхней части имеетзагрузочное шлюзовое устройство для шихты, кокса и флюса (известняка). Завалку их осуществляют скиповым подъемником, который в верхнем положении поворачивает рычаг. При этом открывается крышка и шихтовые материалы высыпаются в бункер. При спуске скипового подъемника крышка закрывается, но открывается затвор (при помощи гидроцилиндра) и шихта проваливается вниз. Контроль уровня шихты в шахте осуществляют при помощи шупового или изотопного уровнемера.

Характеристики нормального ряда вагранок закрытого типа конструкции «Гипростанок» представлены в табл. 3.5.1.

В вагранках с поворотным копильником или миксером шлаковая летка отсутствует, а вместо чугунной летки имеется переходный канал 1 для непрерывного выпуска чугуна и шлака из горна вагранки (Рис. 3.5.2). При этом с внешней стороны напротив переходного канала размещают сифонный металлоприемник 2, в котором за счет перегородки 4 происходит разделение по плотности чугуна и шлака. Шлак всплывает вверх и сливается через желоб 3, а жидкий чугун снизу по сифонноу каналу подается к чугунному желобу 5 для стекания в копильник. В варианте сифонного металлоприемника часть шлака остается в горне вагранки, что ускоряет разъедание его футеровки. Поэтому в вагранках длительного действия вместо него используют компрессионный металлоприемник 2 (Рис. 3.5.2, б). В этом варианте шлак не накапливается в горне, а стекает в металлоприемник через переходны канал 1 непрерывно вместе с жидким чугуном. Разделение металла и шлака происходит в металлоприемнике: из него они вытекают непрерывно по отдельным желобам. При непрерывном выпуске чугуна из горна вагранки сокращается длительность контакта в нем металла с коксом, что позволяет получать расплав с более низким содержанием углерода и серы. При этом, кроме того, стабилизируются состав и температуру чугуна, а также предотвращается ошлакование фурм.

Рис. 3.5.4. Типовая вагранка закрытого типа конструкции института «Гипростанок»

1 – фундаментная плита; 2 – колонна; 3 – опорная рама; 4 – подовая плита; 5 – днище;

6 – механизм открывания и закрывания днища; 7 – горн вагранки; 8 – фурма; 9 – шахта вагранки с водяным охлаждением; 10 – фурменная коробка; 11 – узел загрузки шихты;

12 – металлоприемник – шлакоотделитель для выпуска металла и шлака; 13 – устройство

для отбора ваграночных газов в газоочистку; 14 – дымовая труба.

Таблица 3.5.1. Характеристики нормального ряда вагранок закрытого типа конструкции «Гипростанок»

Показатели

Внутренний диаметр шахты вагранок d, мм

Геометрические размеры вагранки, мм:

Диаметр горна d1

-

Диаметр фурменной коробки D1

-

Диаметр фурм и их количество

160 х 6

180 х 6

200 х 6

200 х 8

200 х 10

-

Полезная высота B

-

-

Высота опорной части A

2500/

-

Высота шихтового затвора

-

-

Высота шлюзовой камеры B3

-

-

Номинальная производительность, Мг/ч

Расход топлива:

кокса в рабочую колошу, %

10 - 14

природного газа в рекуператоре, нм^3/ч

дутья (максимальный), нм^3/ч

Температура дутья, ^0С

450 - 550

Расход воды, м^3/ч

на охлаждение верхнего плавильного пояса и фурм

на очистку газов

Длительность работы без текущего ремонта, сутки

до 6

Примечание. Расходы кокса и газа приняты для монопроцесса и температуре металла на желобе

до 1520 ⁰С. При дуплекс–процессе их можно снизить на 20 %.

В вагранках с поворотным копильником или миксером шлаковая летка отсутствует, а вместо чугунной летки имеется переходный канал 1 для непрерывного выпуска чугуна и шлака из горна вагранки (Рис. 3.5.2). При этом с внешней стороны напротив переходного канала размещают сифонный металлоприемник 2, в котором за счет перегородки 4 происходит разделение по плотности чугуна и шлака. Шлак всплывает вверх и сливается через желоб 3, а жидкий чугун снизу по сифонноу каналу подается к чугунному желобу 5 для стекания в копильник. В варианте сифонного металлоприемника часть шлака остается в горне вагранки, что ускоряет разъедание его футеровки. Поэтому в вагранках длительного действия вместо него используют компрессионный металлоприемник 2 (Рис. 3.5.2, б). В этом варианте шлак не накапливается в горне, а стекает в металлоприемник через переходны канал 1 непрерывно вместе с жидким чугуном. Разделение металла и шлака происходит в металлоприемнике: из него они вытекают непрерывно по отдельным желобам. При непрерывном выпуске чугуна из горна вагранки сокращается длительность контакта в нем металла с коксом, что позволяет получать расплав с более низким содержанием углерода и серы. При этом, кроме того, стабилизируются состав и температуру чугуна, а также предотвращается ошлакование фурм.

Устройства для очистки ваграночных газов имеют средства (тягодувные машины) для принудительного отбора ваграночных газов из шахты вагранки через патрубок 5 и многоступечатую систему очистки от пыли, состоящую из охладителя газов, пылеосадителя и осушителя. Пылеосадитель в свою очередь состоит из устройств для предварительной (грубой) и тонкой очистки газов. Предварительную очистку газов от пыли производят сухим или мокрым способом в инерционных пылеосадителях или циклонах и скрубберах различной конструкции. Тонкую его очистку осуществляют в тканевых фильтрах, электростатических пылеуловителях, в дезинтеграторах, эжекторных скрубберах и скоростных пылеуловителях с трубами Вентури.

Устройства для подогрева воздушного дутья могут быть выполнены в виде встроенных или выносных рекуператоров. Встроенные рекуператоры размещают в трубе вагранки. В них за счет использования физического тепла отходящих ваграночных газов обеспечивается нагрев воздуха до 300-350 °С. Более эффективны выносные рекуператоры, которые по способу передачи теплоты делятся на конвективные, радиационные и радиационно-конвективные. Они обеспечивают подогрев воздуха до 400-700 °С.

При неизменном расходе кокса за счет подогрва воздуха до 500 °С можно обеспечить повышение температуры перегрева чугуна примерно на ~70 °С (Рис. 3.5.5). При сохранении той же температуры чугуна расход кокса можно снизить на ~30 %.

Рис. 3.5.5. Зависимость температуры чугуна на желобе от расхода кокса и температуры дутья

1 и 2 – соответственно при темепратурах дутья 500 и 20 °С.

Конвективные рекуператоры выполнены в виде множества стальных труб, которые размещены равномерно в футерованном корпусе. Трубы снаружи омываются горячими газами, которые образуются при сжигании ваграночного газа. По трубам пропускают нагреваемый воздух. Такие рекуператоры работают при температуре ваграночных газов не выше 800-900 °С и обеспечивают подогрев воздуха до 400-500 °С.

Радиационные рекуператоры выполнены в виде стальных труб, которые размещены вдоль шахты воздухонагревателя её по всему перимету. Теплота продуктов горения может достигать 1300 °С. За счет теплопередачи излучением воздух, который проходит по трубам, наревается до 600-700 °С. В таких рекуператорах не использется физическая теплота газов ниже температур радиационной теплопередачи (800-900 °С).

Радиационно-конвективные рекуператоры представляют собой комбинацию радиационного и конвективного воздухонагревателей. В них сразу за топкой сжигания ваграночных газов размещена секция радиационного теплообменника, а затем секция конвективного теплдообменника. Их конструкция позволяет при необходимости кроме теплоты отходящих газов использовать внешний источник подогрева.

Дата добавления: 2014-01-07