книги из ГПНТБ / Грачев В.А. Современные методы плавки чугуна

эти рекуператоры не получили распространения ввиду низкой их стойкости в шахте и из-за трудности монтажа и ремонта.

Примером рекуператора, расположенного в трубе вагранки, мо­ жет служить рекуператор Е. С. Хомудеса [7]. Этот тип воздухопо­ догревателей в различных модификациях получил некоторое рас­ пространение. Температура подогрева воздуха в них обычно не пре­ вышает 300°С. Л. М. Мариенбах, обобщая опыты на этих воздухо­

на 25%, ловышения производительности на 20% или, при сохране­ нии расхода кокса прежним, увеличения температуры выпускаемо­ го чугуна на 40°С.

Следующий тип воздухоподогревателей — рекуператоры, распо­ лагаемые вне вагранки и отапливаемые колошниковыми газами при их дожигании. Дожигать ваграночные газы и рационально их ис­ пользовать предлагали как в нашей стране, так и за границей [9]. У нас установка такого типа была осуществлена Харьковским ин­ ститутом охраны труда на одном из заводов Харькова. Результаты этой работы доказали возможность уменьшить расход кокса на 33%, увеличить производительность вагранки на 25% при подогре­ ве воздуха до 215—230°С. При сохранении прежнего расхода кокса тепература жидкого металла увеличилась на 60°, достигая 1390°С [7]. Печь Гриффина в США [9], также имеющая отдельно стоящий воздухоподогреватель, отапливаемый ваграночными газами, при эксплуатации показала следующие результаты: температура подо­ грева воздуха 250—300°С, уменьшение расхода кокса с 15—16 до10%, увеличение температуры чугуна с 1425—1450 до 1500—1530°С.

Предлагалось много различных типов рекуператоров с отопле­ нием их ваграночными газами. Однако все эти рекуператоры име­ ют одни и те же недостатки: сложность конструкции и эксплуата­ ции, большую стоимость, низкую температуру нагрева воздуха и большую тепловую инерцию, быструю загрязняемость ваграночны­ ми выбросами и выход их из строя. Рекуператоры еще более ус­ ложняются, если -сочетаются с устройствами для пылеочистки. При­ мером может служить вагранка ЦНИИТМАШа [32] с устройства­ ми для пылеочистки и дожигания ваграночных газов.

Отдельно стоящие рекуператоры могут отапливаться дополни­ тельно сжигаемым топливом. Первым таким рекуператором в на­ шей стране был воздухоподогреватель ВИСХОМа [33]. Этот возду­ хоподогреватель работал на твердом топливе. Воздух подогревали до 450—500°С, производительность вагранки увеличивалась на 75% при снижении расхода кокса, температура чугуна повысилась на 70°С и составляла 1480°С.

Современной конструкцией воздухоподогревателя, в котором воздух нагревается теплом от сжигания газа, является радиацион-

60

Главное преимущество воздухоподогревателей с самостоятель­ ным отоплением заключается в том, что в них воздух можно подо­ гревать до более высоких температур, чем во всех остальных типах рекуператоров. Но в этих воздухоподогревателях не используется физическое и химическое тепло ваграночных газов.

Унифицированные закрытые вагранки системы института Гипростанок имеют рекуператор с использованием тепла ваграночных га­ зов и с дополнительным отоплением. Эти вагранки имеют систему очистки отходящих газов, в которой газы охлаждаются, очищаются,

61

затем подогреваются и сжигаются в рекуператоре, в котором воз­ дух нагревается до 500—550"С.

Аналогичный воздухоподогреватель, но с самостоятельным ото­ плением создан ВНИИТмашем и построен на ВГТЗ. Он отличает­ ся компактностью, его радиационная часть выполнена не в виде цилиндров, а в виде пучков труб [35].

В настоящее время как в нашей стране, так и за границей совре­ менная вагранка мыслится как вагранка на горячем дутье. За гра­ ницей это обычно вагранки большой производительности с высоко­ температурным подогревом воздуха, развитым водяным охлажде­

Польское предприятие Centrozap экспортирует вагранки с от­ дельно стоящими рекуператорами с использованием ваграночных газов. В них осуществляется подогрев дутья до 500°С [37].

Чехословацкий завод Skoda выпускает радиационные и радиа- ционно-конвективные рекуператоры с подогревом дутья до 450— 600°С [38].

Подогревом воздуха, подаваемого в вагранки, занимаются прак­ тически во всех странах с развитой промышленностью: в Англии [39], США [40], Италии [41], Франции [42], Японии [43], Финляндии [44], ГДР, ФРГ и других странах [45, 46]. При этом можно отметить устойчивую тенденцию к повышению температуры дутья: 750°С [40], 800°С [47], 1000°С [48], 1150°С [49]. Воздухоподогреватель с темпе­ ратурой дутья 1150°С установила фирма Heat Transfer (США) в литейном цехе фирмы Buick. В теплообменниках этих воздухоподо­ гревателей применены карборундовые трубы.

Впоследнее время как при высоком, так и при более низком по­ догреве ©оздуха отдается предпочтение рекуператорам с самостоя­ тельным отоплением [50]. Однако преимущества этого типа воздухо­ подогревателей не следует считать абсолютными. Крупнейшая в ми­ ре вагранка производительностью 70 т/час, работающая на заводе фирмы Allegheny Ludlum Steel Corp, оборудована двухступенчатым воздухоподогревателем с использованием ваграночных газов, кото­ рый обеспечивает подогрев дутья до 732°С [51].

Влитературе имеются сообщения о воздухоподогревателях сме­ сительного типа [52, 53]. Японский смесительный воздухоподогрева­ тель показан на рис. 17. К дутьевому, воздуху подмешиваются про­ дукты сгорания дополнительного топлива (мазута, дизельного топ­

лива или газа). Ранее предлагалось отсасывать ваграночные газы и добавлять их в дутье. Этот метод был признан «порочным в своей основе» [7], однако добавка продуктов сгорания высокотемператур-

62

Рис. 17. Смесительный воздухоподогреватель.

ных топлив может оказаться эффективной. Промышленных испы­ таний этого типа воздухоподогревателей, судя по литературным данным, пока не проводилось.

Основные теплотехнические показатели различных типов возду­ хоподогревателей сведены в табл. 15.

Видно, что рост температуры дутьевого воздуха приводит к по­ вышению температуры выплавляемого чугуна, уменьшению расхо­ да топлива и увеличению производительности вагранок, т. е. оно со всех точек зрения вполне целесообразно и в соответствии с требо­ ваниями к жидкому чугуну в литейном производстве необходимо

При плавке чугуна в коксовой вагранке кислород применяют двумя способами:

1)добавкой к дутьевому воздуху или введением непосредствен­ но в холостую колошу;

2)продувкой жидкого чугуна.

проводились еще в 1930 году.

Начиная с 1945 года опыты по применению кислорода широко проводились Л. И. Леви, а затем М. Я. Заславским, В. В. Лаврусевичем и другими исследователями. Зарубежного опыта в этой об­ ласти меньше [54}.

Процесс плавки чугуна с применением кислорода был всесто­ ронне изучен Л. И. Леви. На основании своих наблюдений и обоб-

63

Т а б л и ц а 15

Технические характеристики воздухоподогревателей для вагранок

щения опыта Других исследователей Л. И. Леви делает следующие выводы [55]:

1.С помощью кислорода вагранка может быть превращена в легко управляемый по производительности агрегат. Производитель­ ность при этом может быть заметно увеличена.

2.Температура выплавляемого чугуна с повышением количе­ ства добавляемого к дутью кислорода при неизменном расходе топ­ лива повышается.

3.Для получения обычных температур чугуна расход топлива может быть при использовании кислорода снижен на 15—20%.

4.Чугун, полученный в вагранках на кислородном дутье, отли­ чается меньшим газосодержанием, более низким содержанием серы

иповышенной жидкотекучестью.

5.В процессе плавки на кислородном дутье значительно умень­ шаются угар и другие безвозвратные потери металла и его полез­ ных примесей.

6.Улучшаются прочностные и другие характеристики чугуна. Уменьшается брак отливок.

Работа вагранок с постоянной добавкой кислорода к дутью прак­ тикуется на тех заводах, где кислород не дефицитен и подается по трубам. В остальных случаях (при питании от баллонов) рекомен­ дуется использовать кислород периодически при необходимости по­ лучить чугун с повышенной температурой или исправить ход плавки.

5 Заказ 76

Рис. 18. Коксогазовая вагранка.

кармана должна составлять не менее 0,5 м. К карманам монти­ руются газовые горелки. Газовое сопло горелки соединяется с га­ зовым коллектором 1, а воздушный коллектор горелки — с фурмен­ ным поясом. В целях безопасности на фурменном поясе монтиру­ ется взрывной клапан, представляющий собой двойную рамку размером 300X300 мм со вставленным внутрь асбестовым карто­ ном толщиной 10 мм.

Воздуховод от вентилятора необходимо разделять на два само­ стоятельных: один к фурмам 4, другой к газовым горелкам; оба воздуховода снабжать самостоятельными шиберами для регулиров­ ки подаваемого воздуха.

Многие коксогазовые вагранки устроены аналогично [12]. Коксогазовая вагранка, разработанная в Головной лаборато­

рии, отличается тем, что шахта выполняется в вертикальной плос­ кости с оптимальным внутренним профилем, а в горизонтальном сечении она эллиптическая. Такое сочетание оптимальных профи­ лей обеспечивает равномерное распределение газового потока по всему сечению шахты независимо от ее большой площади, что не­ возможно при обычной цилиндрической шахте. Газовые горелки подключены к отдельно питаемой воздушной коробке и газопрово­ ду. В фурмы подается горячее дутье от фурменного коллектора.

Рис. 19. Схема совместного горения кокса и природного газа а и распределение

Вагранка имеет кожух в форме обратного усеченного конуса и по­ ливное наружное водяное охлаждение. Такая конструкция рекомен­ дуется для коксогазовых вагранок большой производительности.

Особенности совместного сжигания кокса и природного газа

На рис. 19 а показана схема процесса совместного горения в вагранке кокса и природного газа [6]. По составу продуктов горе­ ния коксогазовую вагранку условно можно разделить на четыре зоны.

В зоне I содержатся в основном продукты горения кокса. Со­ став продуктов горения в различных местах этой зоны различен и определяется условиями горения кокса в слое. В кислородной зо­ не по мере расходования кислорода увеличивается количество уг­

зультате чего содержание окиси углерода в газе постепенно увели­ чивается, а углекислого газа — уменьшается. В этом случае в про­ дуктах горения кокса будет приблизительно 15% СОг, 10% СО и 75% N 2 . Продукты горения кокса содержат также в небольшом ко­ личестве водород и сернистый газ.

68

Зона I I содержит только продукты горения природного газа. Основной составляющей природного газа является метан. При со­ единении с воздухом метан сгорает по реакции:

C H 4 + 20 2 + 7,52N2 = C 0 2 + 2H 2 0 + 7,52N2,

т. е. состав продуктов горения метана, а практически и природного газа следующий: 9,5% С 0 2 ; 19% Н 2 0 ; 71,5% N 2 .

Зона I I I содержит продукты горения природного газа, проре­ агировавшие с раскаленными кусками кокса. В этой зоне углекис­ лый газ, содержащийся в продуктах горения природного газа, при

Водяной пар, содержащийся в продуктах горения природного газа при контакте с раскаленным коксом, разлагается по реак­ циям:

ших с коксом и поступивших из зоны I I I . Суммарный состав ваг­ раночных газов, образующихся в результате смешения, сле­ дующий: 7—8% С 0 2 , 16—20% СО, 3% Н 2 и 70% N 2 [6].

Таким образом, в связи с химическим взаимодействием с кок­ сом примерно половина газа, подаваемого через газовые горелки, удаляется из вагранки в виде СО и Н2 , т. е. наблюдается большой недожог газов.

Температурные условия коксогазовой вагранки отличаются от температурных условий коксовых вагранок (рис. 19 б).

Наличие газовых горелок приводит к увеличению высоты зоны высоких температур или к образованию второй зоны высоких тем­ ператур.

Уровень зоны плавления Н" металлической шихты в коксога­ зовой вагранке выше уровня плавления Н' коксовой вагранки. Благодаря этому капли расплавленного металла проходят более длинный путь. Эксплуатация коксогазовых вагранок показала, что температура металла t"„ немного повышается по сравнению с тем­ пературой коксовой вагранки t'w, а это значит, что увеличение дли­ ны зоны перегрева в какой-то степени компенсирует снижение тем-

69