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

дутья на фурмы заметно ухудшаются условия именно там, где ре­ шается основная задача процесса — перегрев жидкого металла,

ператур потоков газов и металла по высоте шахты вагранки, по­ казанные на рис. 19 б. Из рисунка следует, что перегрев жидкого металла в коксогазовых вагранках тесно увязывается с дутьевым режимом на уровне фурм и условиями сжигания природного газа. Большими возможностями в этом отношении будут располагать режимы, в которых обеспечены достаточная интенсивность воздуш­ ного дутья у фурм и сжигание природного газа в горелках с неко­ торым избытком воздуха [56]. В данном случае можно поддержи­ вать благоприятные условия для необходимого перегрева жидкого металла в нижней части холостой колоши за счет условий, созда­ ваемых с этой целью горением кокса у фурм, и возможностями пе­ регрева в связи с подъемом зоны плавления, который вызывается наличием второй кислородной зоны над горелками. Это хорошо видно по характеру изменения кривых на рис. 19 б.

При перестройке коксовых вагранок на коксогазовые эти воз­ можности зачастую практически не учитывают, и часть дутья, по­ ступавшего ранее в фурмы коксовых вагранок, отводится на сжи­ гание природного газа, в результате чего удельный расход воздуш­ ного дутья в фурмы снижается до 70 м3/м2 • мин и (меньше, что ска­ зывается на изменении условий горения кокса в слое холостой ко­ лоши на уровне фурм и снижает возможности перегрева жидкого металла, стекающего по холостой колоше вниз. Для устранения указанного недостатка удельный расход воздушного дутья, посту­ пающего в фурмы коксогазовой вагранки, следует оставить таким, каким он, как оптимальный, был принят для коксовой вагранки. Для сжигания природного газа в горелки следует подавать воз­ душное дутье сверх этого оптимального, подаваемого в фурмы. В коксогазовой вагранке по сравнению с коксовой расход кокса мож­ но снизить, если дутьевой режим сохранить без изменения, при этом производительность вагранки возрастет.

Если при реконструкции коксовой вагранки на коксогазовую не требуется увеличивать ее производительность, то для сохранения

70

условия интенсивного горения кокса в слое холостой колоши сле­ дует сохранить прежний удельный расход воздуха, соответственно изменив для этого внутренний диаметр вагранки на уровне фурм.

Металлургические особенности плавки чугуна в коксогазовых вагранках

Особенности процесса сжигания природного газа совместно с коксом оказывают влияние на металлургические особенности про­ цесса [6].

Уменьшение расхода кокса приводит к некоторому уменьшению содержания серы в чугуне, так как кокс является основным источ­ ником поступления серы в металл. Величина пригара углерода, а также величина угара кремния и марганца при одинаковых с кок­ совой вагранкой составах.шихт практически не изменяются. В свя­ зи с уменьшением расхода кокса следовало бы ожидать уменьше­ ния пригара углерода, так как сокращение расхода кокса приводит к снижению уровня плавления шихты, а тем самым к уменьшению длины пути капель жидкого металла по кускам кокса. Однако в коксогазовой вагранке этого не происходит, так как под влиянием действия газовых горелок высота расположения зоны плавления несколько увеличивается и в результате условия насыщения ка­ пель металла углеродом практически остаются без изменений. Эти же обстоятельства приводят также к тому, что температура чугу­ на, выплавленного в коксогазовой вагранке, остается примерно той

приводит к некоторой экономии расхода кокса без заметного из­ менения температуры выпускаемого металла.

Начиная с зоны плавления и выше, металл в коксогазовой ваг­ ранке находится в соприкосновении с газовой атмосферой, содер­ жащей водород, чего не наблюдается в коксовой вагранке. Поэто­ му, по данным многочисленных исследований, содержание водоро­ да в чугуне, выплавленном в коксогазовых вагранках, несколько увеличивается по сравнению с плавкой чугуна на коксе. Однако не удалось установить заметного влияния повышенного содержания водорода на качество чугуна.

Взаимосвязь параметров процесса плавки чугуна в коксогазовой вагранке

На ряде заводов переход на плавку в коксогазовых вагранках затруднялся в связи со снижением температуры получаемого ме-

71

талла, так что в ряде случаев опытные работы прекращали и воз­ вращались к коксовым вагранкам. Подобные затруднения были и на заводе «Станколит». Здесь при наладке работы коксогазовой вагранки в производственных условиях провели исследования про­ цесса плавки, что позволило более глубоко проанализировать ряд технологических параметров и наметить пути контроля и управле­ ния процессом плавки [58].

Опыты проводили на двух 10-тонных вагранках № 6 и 8, раз­ личающихся только диаметрами шахт (1350 и 1400 мм соответст­

5000 мм. Природный газ сжигался в двухпроводных горелках пред­ варительного смешения.

По данным наблюдений строили и анализировали «графики из­

расходе кокса в рабочих колошах 10%.

Данные опытных плавок были обработаны методами матема­ тической статистики. Полученная эмпирическая линия регрессии,

природного газа производительность вагранки растет до некоторо­ го максимального значения, а затем снижается. Эмпирическая ли­ ния регрессии, показывающая зависимость между расходом при­ родного газа и температурой чугуна, приведена на рис.^20 б; кор­ реляционное отношение равно ЩУ1х— 0,43. С увеличением расхо­ да природного газа температура чугуна растет до определенного максимального значения, затем снижается. При этом максималь­ ные значения температуры и производительности вагранок нахо­ дятся соответственно в одних и тех же пределах расхода газа. Для условий опытных плавок максимумы температуры чугуна и произ­ водительности вагранок достигались при расходе газа 270— 330 м3/час.

Влияние расхода кокса и количества воздуха, вдуваемого в фурмы, на производительность и температуру чугуна в коксога­ зовой вагранке подчиняется закономерностям обычной коксовой вагранки. Отличительным и новым для работы коксогазовых ваг-

72

Рис. 20. Зависимость производительности коксогазовой вагранки а и температуры чугуна б от расхода газа.

ранок является взаимосвязь между расходом природного газа, производительностью вагранки и температурой чугуна. В каждом конкретном случае необходимо достигать оптимальных соотноше­ ний этих параметров.

73

14

фурмы 3 для подачи при плавке воздуха от коллектора 2 в (коксо­ вую холостую колошу. Нижняя часть шахты 5 выполняется (более широкой, а в центре ее соооно с шахтой расположен столб 4 из огне­ упорных материалов. Между столбом и стенками образуется коль­ цеобразное пространство 6 для йбора жидкого металла, его перегре­ ва и рафинирования. Огнеупорный столб во (время ремонта вагранки опускается на шорной колонне 7 до положения, показанного штрихпунктирными линиями. Жидкое топливо сжигается при помощи форсунок 8. Выпуск чугуна производится по желобу 9. В верхней части печь Маркса мало чем отличается от вагранки. Нижнюю часть шахты перед работой загружают коксом холостой колоши, и процесс при подаче через (фурмы дутья аналогичен процессу в обычной кок­ совой вагранке. Расплавленный чугун стекает из шахты в кольцеоб­ разный горн-когойльник 6, в котором он скапливается я перегревает­ ся за счет тепла, получаемого от сжигания жидкого топлива, посту­ пающего в смеси с воздухом из форсунок 8.

Недостатком этой конструкции являются низкая стойкость ог­ неупорного столба, а также отрицательное влияние продуктов сго­ рания дополнительного топлива на ход ваграночного процесса при

регрев чугуна после его расплавления в коксовой вагранке. В печи Ваннера это делается в отражательной ванной печи, в печи Симо­ на — в копильнике.

Описанные три разновидности вагранок с применением допол­ нительного топлива на конечной стадии получения жидкого чугуна повторялись в различных модификациях, однако не получили ши­

колошу влияет на ход ваграночного процесса и регулирование его становится затруднительным.

В дальнейшем, особенно в последние годы, получили распро­ странение работы, посвященные изучению и внедрению второго способа применения жидкого или газообразного топлива путем введения его в смеси с воздухом непосредственно в вагранку. Это не усложняет конструкцию вагранки и позволяет достигнуть опре­ деленных положительных результатов.

За границей это направление особенно усиленно разрабатыва­ ется с целью применения вместе с коксом жидкого топлива. В ра­ ботах М. А. Бэрри и др. [62] приведены результаты экспериментов по снижению расхода кокса в вагранке путем дополнительного сжигания в ней мазута. Для этого применяли форсунки тонкого распыления.

Использовалась вагранка с холодным дутьем производитель­ ностью 10 т/час. Было достигнуто снижение расхода кокса с 11,2

75

до 8,75% и повышение производительности на 19%- Температура чугуна на выпуске повысилась незначительно.

Изучалось также влияние мазута на химический состав и жидкотекучесть чугуна. Установлено, что применение мазута способ­ ствует уменьшению содержания серы в чугуне. Повышенный угар углерода и кремния не наблюдается. Жидкотекучесть чугуна не изменилась [62].

В работе [63] указывается, что эффективность применения неф­ ти при ваграночной плавке может быть достигнута при соблюдении определенных условий, направленных на предотвращение пониже­ ния температуры в области фурм. Такими условиями являются подогрев дутья и (или) обогащение воздушного дутья кислородом. Использование нефти при этом может снизить расход кокса и по-, высить производительность вагранки.

В США разработаны [64] специальные форсунки, работающие на смеси жидкого, газообразного или пылевидного топлива с чис­ тым кислородом. Форсунки устанавливаются в фурмах вагранки. Проведены опытные плавки с газовыми и нефтяными форсунками на вагранке диаметром 2,25 м с кислой футеровкой и водоохлаждаемыми фурмами, работающей с подогревом дутья до 649°С. Форсунки были установлены в семи фурмах из восьми. Работа на природном газе дала увеличение производительности вагранки на 25% при расходе газа 31,1 м3/т и кислорода 48,1 мЧт. При работе на кислородно-нефтяных форсунках производительность вагранки увеличивалась на 90% при расходе нефти 9,1 л(т и кислорода 38,1 м3/т. Применение форсунок способствовало науглероживанию чугуна, восстановлению кремния и снижению расхода кокса. При­ менение вместо кислорода воздуха или обогащенного кислородом воздушного дутья дало отрицательный эффект. Положительные ре­ зультаты были получены в опытах по вдуванию угольной пыли с кислородом и смеси пылевидной руды и графита с кислородом.

В работе [65] приводятся сравнительные данные опытов по вве­ дению продуктов сгорания на уровне фурм и на уровне верхней границы холостой колоши. Лучшие результаты получены при вве­ дении в вагранку продуктов сгорания мазута на уровне верхней границы холостой колоши.

Во многих работах отмечается положительный эффект допол­ нительного сжигания мазута. Так, в Чехословакии [66] на коксомазутное отопление была переведена вагранка холодного дутья ди­

оптическому пирометру). После реконструкции часовая произво­ дительность вагранки достигла 24 т при меньшем расходе кокса и той же температуре чугуна. Мазут подводился к вагранке пред­ варительно подогретый и сжигался во внепечном пространстве в

76

камерах сгорания, расположенных над верхним рядом вспомога­ тельных фурм.

В последнее время за рубежом .получили развитие работы по за­ мене кокса природным газом [67—71].

Стоуном в США проведены экспериментальные плавки в

носительно фурм имеет решающее значение. На основании данных

381 мм; сжигание природного газа производить при соотношении его к воздуху от 7 до 9; расход природного газа выдерживать от 1 до 4% количества дутья, проходящего через фурмы. При этом до­ стигается экономия 20—35% кокса, а производительность вагран­ ки увеличивается на 30—50%. Экономия на стоимости топлива для условий США составляет от 0,3 до 1,35 доллара на 1 т расплав­ ленного металла. Несмотря на положительные результаты, Стоу­

литейном цехе фирмы Clark Eguipment С 0 (США). На этой ваг­ ранке в отличие от прочих установили два ряда горелок: 7 мощных

лочного окна 6875 мм. В работах различных авторов на этот счет даются различные рекомендации, в частности указывается, что го­ релки целесообразно располагать на 150 мм ниже верхнего уровня холостой колоши [70].

Из рассмотрения вышеприведенных работ следует, что допол­ нительное сжигание жидкого или газообразного топлива получило некоторое распространение за рубежом, однако в ряде работ вы­ сказываются сомнения в целесообразности такой замены и указы­ вается на большую целесообразность использования дополнитель­ ного топлива для подогрева дутья [71].

2. КОНСТРУКЦИЯ ГАЗОВЫХ ВАГРАНОК

Попытки заменить ваграночный кокс другими видами топлива для улучшения показателей ваграночной плавки делались как в нашей стране, так и за рубежом [57, 72—76]. Однако в связи с тем

.77

Рис. 22а. Газовая вагранка с уступами в шахте производительностью 3 т/час.

что оптимальных решений не было найдено, обычные коксовые вагранки продолжали эксплуатироваться.

До последних лет единственными, работающими в нашей стране на жидком или газообразном топливе чугуноплавильными печами

78