Робота вагранки

Підготовка вагранки до плавки – це її ремонт і розпал.

Ремонт буває 3-х видів: випадковий, капітальний і поточний.

Випадковий ремонт – при аварії.

Капітальний ремонт – 1-2 рази на рік.

Поточний ремонт проводять після кожної плавки. Після охолодження шахти до температури нижче 50^оС (при відкритих фурмах і дверцятах днища і продувці шахти повітрям) футерувальник виконує ремонт футерівки в поясі плавлення, зоні фурм і горні вагранки – заміняє вигорілі цеглини на нові або замазує дрібні пошкодження вогнетривкою набивною масою. Ремонтують льотку і шлаковий отвір, а також жолоб вагранки. Потім закривають відкидні частини днища вагранки і набивають под через робоче вікно в шахті вагранки.

Після ремонту і набивки подини починають розпал холостої колоші при закритих вікнах фурм. Кокс холостої колоші завантажують через завалочне вікно двома порціями. Для розпалу використовують дрова або газ, який подають форсунками через робоче вікно. Розпал газом триває 25-35 хвилин, дровами – 1-2 години. Коли кокс розгориться на рівні фурм, відкривають вікна фурм. Весь процес розпалу ведуть на природній тязі. Потім вагранку завантажують повністю до порога завалочного вікна, через 10-30 хвилин подають дуття. Після появи перших крапель металу біля фурм (через 5-6 хвилин після пуску дуття) металічну льотку закривають піщано-глиняною сумішшю. Через 1-2 хвилини після пуску дуття вікна фурм закривають.

Висота холостої колоші – частина стовпа коксу вище рівня фурм, зазвичай складає 800-1600мм. На холостій колоші тримається вся завалка. Вона поступово вигорає і для її відновлення в шахту вагранки подається паливна робоча колоша.

Маса металічної, паливної і флюсової колош розраховується в залежності від внутрішнього діаметру вагранки.

Розраховуючи масу паливної робочої колоші, визначають спочатку її об’єм:

,

де D – діаметр вагранки, м;

h – висота колоші (h = 150-200мм).

Наприклад, якщо D = 2м, h = 0,2м, то

Густина коксу ρ = 450кг/м³.

Тоді маса коксової колоші

Маса металічної колоші визначається, виходячи з того, що коксова колоша по масі складає 12-15% від маси металічної колоші.

Наприклад,

Маса флюсової колоші складає 4-5% від маси металічної колоші.

Сума колош m_пк + m_мк + m_фк складає масу разової завалки.

Завалка вагранки виконується безперервно (приблизно 10-15 завалок за годину). Через 10-12 (15-20) завалок виконують пересипку, тобто завантажують 2-3 паливні робочі колоші відразу (для відновлення висоти холостої колоші). Пересипку виконують також при зміні марки виплавлюваного чавуну, при зупинках вагранки (вимушених, на обід, на перезміну).

Шлак з вагранки відбирається періодично або постійно на металічному жолобі з перетинкою, яка відокремлює шлак. Шлак стікає на жолоб, на який подається вода, і відбувається грануляція шлаку.

Металургійні основи ваграночної плавки

Вагранка працює за принципом протитоку шихтових матеріалів і газової фази.

Шихтові матеріали опускаються вниз, а гази, які утворюються при спалюванні коксу, рухаються вгору. Між газами і шихтою окрім теплопередачі відбуваються різні хімічні процеси.

Вагранку по висоті можна розбити на 5 зон, в яких відбуваються різні процеси (рис.42):

1. Зона підігріву.

2. Зона плавлення.

3. Редукційна зона.

4. Киснева зона.

5. Горн вагранки.

1. Зона підігріву – тут шихтові матеріали нагріваються газами з температурою 500-600^оС, які рухаються. Протікають реакції окислення на поверхні твердих кусків шихти, поверхня металу насичується сіркою. Паливо втрачає вологу і леткі речовини. Відбувається дисоціація вапняку СаСО₃ → СаО + СО₂.

2. Зона плавлення – температура газів більше 1100^оС, тому метал починає плавитись. Йдуть процеси окислення, насичення сіркою і зневуглецювання інтенсивніше, ніж в зоні підігріву, внаслідок розплавлення окисної плівки, яка перешкоджала цим процесам. Краплі металу стікають вниз. Гази не міняють свого складу, але сильно охолоджуються, оскільки віддають тепло на нагрів і плавлення металу.

3. Редукційна зона – атмосфера слабо окислювальна. Краплі металу перегріваються через високу температуру газів та за рахунок розпеченого коксу. Оксиди заліза розчиняються в краплях і передають кисень кремнію, марганцю, вуглецю. Краплі металу стикаються з коксом і розчиняють сірку і вуглець. Відбувається реакція СО₂ + С → СО. Відбувається ошлаковування СаО, SiO₂ з утворенням шлаку.

4. Киснева зона – середовище окислювальне, оскільки ця зона знаходиться в районі фурм і в ній є вільний кисень. Окислюються інтенсивно залізо, кремній, марганець, вуглець, хром.

FeO + Si → Fe + SiO₂ + Q

FeO + Mn → Fe + MnO + Q

Метал перегрівається за рахунок теплоти горіння коксу і екзотермічних реакцій окислення. Тому в цій зоні найвища температура – 1500-1650^оС. Вуглець інтенсивно вигорає і одночасно насичує чавун вуглецем коксу.

5. Горн вагранки – середовище окислювальне у верхній частині, слабо окислювальне – в середній частині, неокислювальне – біля подини. Метал і шлак охолоджуються через втрати тепла крізь футерівку.

Якщо рівень металу і шлаку у горні високий (біля фурм), то інтенсифікуються процеси окислення. Чим нижче рівень металу і шлаку, тим менше окислення.

В горні продовжується насичення металу вуглецем коксу. Межа насичення – евтектичний склад – 4,3% вуглецю. Метал стікає в горн окремими цівками, тому у вагранках без копильника не відбувається повного перемішування металу. При наявності копильника чавун стікає в нього з подини по жолобу. В копильнику відбувається перемішування чавуну і вирівнювання його за хімічним складом. Температура металу знижується через втрати тепла крізь стінки копильника.

Рисунок 42. Зони теплообміну у вагранці.