Совершенствование конструкций вагранок и процессов плавки чугуна

Это достигается за счет улучшения условий эксплуатации вагранок, частичной замены или отказа от использования кокса осуществлением следующих мероприятий:
1.       Внедрением в производство ваграночных комплексов (см. рас. 6.3) производительностью 30—60 т/ч с подогревом дутья, очисткой отходящих газов, автоматизацией дозирования, взвешивания и загрузки шихты, удаления шлака.

2.       Созданием водоохлаждаемых вагранок, работающих непрерывно в течение нескольких недель, позволяющих выплавлять чугун стабильного химического состава непрерывно на протяжении 16—24 ч в сутки; отсутствием футеровки (которая заменена водоохлаждаемым гарнисажем над фурмами) при условии, что горн футерован кислыми огнеупорами. Это обусловливает простоту в управлении процессом плавки и высокую его экономичность. Она обеспечивается также возможностью переплавки более дешевой шихты с высоким содержанием стального лома.

3.       Оснащением вагранок шлакоразделителями, обеспечивающими сбор отдельно чугуна и шлака в наружных копильниках и специальных емкостях. Благодаря этому износ футеровки снижается, а время непрерывной работы вагранки увеличивается до семи недель.

4.       Применением для футеровки шахты специальных цементных и набивных огнеупорных масс, графитовых блоков, что позволяет увеличить длительность рабочего цикла без выбивки до 13,5 мес. В качестве примера можно сослаться на вагранку непрерывного действия, работающую в литейном цехе Московского завода «Станколит».

Частичная замена или отказ от применения кокса связана с использованием в качестве энергоносителей природного газа и мазута, которые дешевле кокса, что позволяет уменьшить энергозатраты на плавку и снизить насыщение чугуна серой и углеродом, резко сократить количество вредных выбросов в окружающую среду. Учитывая эти преимущества, в настоящее время созданы конструкции коксогазовых и бескоксовых (газовых, мазутных) вагранок.

Коксогазовая вагранка отличается от коксовой наличием камер сжигания природного газа, расположенных с наружной стороны нижней части вагранки. Через них также подается карбюризатор для науглероживания чугуна в зоне капельного его схода. Природный газ сжигается в потоке нагретого до 700°С воздуха, а образующиеся в камерах сжигания продукты горения направляются через медные водоохлаждаемые фурмы в шахту выше уровня фурм вагранки, что позволяет снизить расход кокса, уменьшить себестоимость чугуна. К преимуществам коксогазовых вагранок также следует отнести уменьшение количества шлака; снижение в отходящих газах содержания SO2 и пылевидных частиц с 10 до 4 мг/м2; гарантию расплавления стального лома до температуры 1540°С; существенное снижение угара химических элементов в составе шихты; более высокий, достигающий 60%. термический к. п. д.

Бескоксовая вагранка (рис. 6.12) имеет сопла для введения газа 6 и воздуха 7, которые дожигаются горелками 2. После расплавления шихты 9 чугунный расплав 4 стекает через слой огнеупоров 8 и решетку 1 (она состоит из стальных водоохлаждающих трубок) в горн. Учитывая угар углерода в процессе плавки на 5—12%, в горн через отверстие 5 вдувается пылевидный графит. Накапливаемый в горне чугун имеет температуру 1450— 1460°С, а на желобе вагранки 1400—1420°С. При использовании в качестве энергоносителя мазута сопла 6 заменяются форсунками.

В настоящее время существуют принципиально новые конструкции печей и методы плавки чугуна. На рис. 6.13 показана схема устройства агрегата, включающего вагранку 1 и сменную (выкатывающуюся) электрическую индукционную печь 2, в котором можно получать чугун с легирующими добавками.

схема устройства бескоксовой вагранки
Рис. 6.12. Схема устройства бескоксовой вагранки:
1 — водоохлаждаемая решетка, 2 — горелки, 3 — шлак. 4 — расплав чугуна, 5 — отверстие для вдувания пылевидного графита, 6, 7 — сопла подачи газа и воздуха, 8 — огнеупорная холостая колоша, 9 — шихта
плавильный агрегат для получения легированного чугуна
Рис. 6.13. Плавильный агрегат для получения легированного чугуна:
1 — вагранка, 2 — индукционная печь, 3 — решетка для удержания шихты, 4 — отверстие для ввода легирующих добавок, 5 — фланец, 6  — окно для удаления шлака, 7 — желоб для выпуска чугуна, 8 — тележка, 9 — домкраты для прижатия индукционной печи 2 к фланцу 5 вагранки