Плавление и перегрев металла в вагранке

Переплавляемый металл, загруженный в вагранку, опускаясь в шахте, последовательно проходит через зоны подогрева, плавления, перегрева и горн, истекает в копильник. В зоне подогрева металл находится в твердом состоянии. Соприкасаясь с ваграночными газами, металл постепенно нагревается от начальной температуры t_н до температуры плавления t_пл. Передача теплоты от ваграночных газов металлу происходит за счет конвекции, так как газы движутся в шахте с достаточно большой скоростью. Передача теплоты излучением практически отсутствует, потому что средняя температура газов не превышает 1000°С в зоне подогрева металл окисляется. Взаимодействует с газом СО₂. Скорость окисления металла увеличивается при повышении температуры нагрева металла. В зоне плавления поверхностный слой металла начинает оплавляться. Жидкий металл в виде капелек или струек отделяется от куска металла и стекает в низ. Температура металла в зоне плавления остается практически постоянной, а окисление металла увеличивается. В зоне перегрева температура t_nep металла повышается, а окисление металла приостанавливается, так как в результате контакта жидкого металла с коксом интенсивно протекает реакция восстановления оксидов железа. В горне вагранки температура поддерживается только за счет теплоты, приносимой жидким металлом и шлаком из зоны перегрева, поэтому температура металла в горне, немного понижается.

В горне протекают реакции:

Fe+C=Fe+CO; Mn+C=Mn+CO;

Si0₂+С =Si+C0₂; С0₂+С=2С0.

В результате чего содержание оксида углерода может достигать 97%. Процесс восстановления оксидов металлов в горне, окислившейся в зонах подогрева, плавления и перегрева, может быть восстановлен. Стабильные результаты, как по перегреву, так и по его химическому составу, могут быть получены только в том случае, если весь металл и шлак непрерывно удаляются из горна в копильник. Если в горне будет накапливаться металл и шлак, и их уровни будут меняться в процессе плавки, то степень восстановления оксидов металла в горне будет осуществляться не полностью, что вызовет значительные колебания химического состава шлака, а, следовательно, и выплавляемого чугуна. Перед началом работы в вагранку через загрузочное окно сгружают кокс, который разжигают дровами или природным газом. Кокс загружают столько, чтобы его уровень был выше оси фурм на 500-700мм. Получаемый столб кокса называют холостой калошей. Для холостой калоши используют наиболее крупные куски кокса, что обеспечивает получение наиболее горячего металла в начале работы вагранки. После розжига холостой калоши. После розжига холостой калоши дровами или природным газом в вагранку подается дутье, после чего фурмы закрываются. В этот момент кокс начинает интенсивно гореть, и холостая калоша в районе фурм разгорается до температуры 1400-1500°С. После продувки холостой газы, образующиеся при сгорании кокса, поднимаются, а материалы опускаются (принцип противотока) вследствие этого происходит интенсивная теплопередача между газами и материалами, загружаемыми в печь. Металлическая калоша, опускаясь по шахте, постепенно нагревается до температуры плавления и плавится. Горячие газы при движении вверх, встречаясь со все более холодными металлическими калошами, охлаждаются. Использованием теплоты газов повышает КПД вагранки. В вагранке расходуется 10-15% кокса массы металлозаливалки. Из условий техники безопасности при каждом прекращении передачи дутья в вагранку немедленно открываются фурмы. Это исключает образование в воздухе взрывоопасной воздушной смеси, из-за проникновения из вагранки газов содержащих окись углерода. Основные показатели работы вагранки: температура выплавленного чугуна t_M*c; удельный расход кокса mk %; удельный расход воздуха Vв*m₃/(m²*мин); удельная проводимость по жидкому металлу mм*т/(m²*ч). Температуру чугуна замеряют при выходе его из вагранки. Расход воздуха в m³/мин и производительность вагранки в т/ч пересчитывают на 1м² поперечного сечения вагранки в свету.