Использование природного газа при плавке чугуна в вагранках

которые входят горелочные сопла. Между камерой перегрева  и миксером

имеется переходная летка.

Газовая вагранка и миксер оборудованы горелками с индивидуальными

смесителями. В газовой  вагранке установлено пять горелок, а в миксере три

горелки.

Для газовых горелок были разработаны съемные чугунные литые  сопла

трех разновидностей: 1) с  одним изогнутым щелевым каналом; 2) с четырьмя

изогнутыми щелевыми каналами в компактном расходящемся пучке; 3) с

восемью каналами в компактном расходящемся пучке.

При подаче в пять горелок  газовой вагранки 600 м3/ч природного газа

скорость истечения горючей  газовоздушной смеси из горелочного сопла с

учетом того, что 11,11% природного газа поступает через аксиальный канал,

была равна 83 м/с. Для газовой вагранки и миксера были применены отдельные системы автоматического регулирования расходов природного газа и воздуха, соотношения «газ-воздух», а также автоматики безопасности.

Способ работы газовой  вагранки с перемычкой в шахте  такой же, как газовой вагранки с уступами в шахте.

При проведении промышленных испытаний в горелки миксера подавалось 378-396 м3/ч природного газа и 3600 м3/ч воздуха, а в горелки

газовой вагранки 630-660 м3/ч  природного газа и 6000 м3/ч воздуха  при нормальных условиях. Плавка чугуна в газовых вагранках проходила стабильно. Выпускаемый из летки миксера чугуна имел температуру 1723-

17530 К по замерам термопарой. Производительность газовой вагранки была

в среднем 6 т/ч. В полученном чугуне содержалось 3,45% углерода, 0,015%

серы.

При расходах на вагранку 660 м3/ч природного газа и 6000 м3/ч воздуха, а на миксер 396 м3/ч природного газа и 3600 м3/ч воздуха была проведена плавка металлической шихты, содержащей 30% стального лома,

30% передельного чугуна, 40% чугунного лома, для получения малоуглеродистого полупродукта, который можно было бы использовать для

заливки в мартеновскую печь с целью повышения ее производительности при производстве стали. Выпущенный из миксера металл содержал 2,19-

2,32% углерода. Температура  металла по замерам термопарой, установленной около выпускной летки миксера, была 17830 К.

При эксплуатации газовых  вагранок производится следующее. Сначала

в течение трех часов разогревается  футеровка миксера и вагранки, а затем загружается шихта и начинается плавка. Плавка длится две рабочие смены. Полученным чугуном, содержащим 3,8-3,9% углерода, заливают формы. При плавке высокоуглеродистого чугуна производительность газовой вагранки вместо 6 т/ч достигается в среднем 8 т/ч, а температура получаемого жидкого металла равна около 16230 К. В связи с тем, что применяется водяное охлаждение кожуха вагранки, перемычки, выступов, то термический коэффициент полезного действия вагранки в среднем равен 38,56%. Для газовой вагранки с водоохлаждаемой перемычкой в шахте проблемой был подбор более стойких к воздействию горячих газов, жидкого шлака и металла огнеупорных материалов. Удовлетворительную стойкость в условиях высокотемпературного ваграночного процесса показала футеровка

из высокоглиноземистых  изделий. Благодаря оптимизированному сжиганию смеси природного газа с воздухом при компактном размещении факелов в миксере достигается температура 1873-19230 К, а в камере перегрева перед загрузкой шихты наблюдается температура 1973-20430 К.

  Эффективная работа газовых вагранок с водоохлаждаемыми перемычками в шахте стала возможной в связи с применением разработанных на основе исследований рациональных способов сжигания

газообразного топлива.

Испытание газовых вагранок с уступами в шахте, с выносной камерой

перегрева, с водоохлаждаемой перемычкой в шахте показало, что необходимо повышение термического коэффициента полезного действия шахтных плавильных печей. На основе расчета тепловых балансов и теоретического анализа процессов теплообмена было установлено, что для

увеличения термического коэффициента полезного действия шахтной плавильной печи необходимо, во-первых, увеличить площадь теплоизлучающей поверхности в зоне, где происходит перегрев жидкого металла, во-вторых, применить рекуперацию тепла уходящих после участия

в теплообмене газов, в-третьих, создать условия для более  равномерного распределения горячих газов по сечениям плавильного агрегата. Значительное увеличение площади тепловоспринимающей – теплопередающей поверхности достигается, если в камере перегрева газовой

вагранки разместить огнеупорную насадку. Но в таком случае можно не выполнять в газовой вагранке уступ или водоохлаждаемую перемычку, так

как опорой для металлической  шихты может быть огнеупорная  насадка

(колоша). Экспериментами на небольших шахтных плавильных печах была

подтверждена целесообразность создания производственных газовых вагранок с огнеупорной колошей. Для проведения промышленных испытаний была переоборудована газовая вагранка с прямоугольными горизонтальными сечениями шахты, в которой раньше выполнялась водоохлаждаемая перемычка. После демонтажа перемычки, выступов, замены газовых горелок, футеровки в газовой вагранке можно было проводить экспериментальные плавки на огнеупорной насадке. Реконструированная газовая вагранка была оборудована многосопловой горелочной системой, предназначенной для сжигания подогретого природного газа в горючих воздушных потоках. Но в связи со сложностью обслуживания и ремонта эти горелочные устройства были заменены более простыми, но эффективными газовыми горелками.

Конструкция газовой вагранки, прошедшей промышленное испытание,

проста. В нижней части  шахты над подиной установлено  восемь газовых горелок (по четыре горелки на противоположных удлиненных стенках шахты). В горизонтальном сечении шахты газовые горелки размещены в шахматном порядке. К шахте примыкает стационарный копильник, который

соединен с ней переходной леткой. Ниже переходной летки расположена подина. На подину после розжига горелок и разогрева футеровки у горелочных туннелей загружается холостая огнеупорная колоша. При выполнении футеровки шахты из шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров для создания огнеупорной насадки применяется бой шамотных кирпичей, высокоглиноземистых изделий, углеродсодержащих электродов. Вначале на подину загружается бой углеродсодержащих электродов для создания слоя 0,15-0,3 м, а затем производится загрузка боя шамотного кирпича, высокоглиноземистых изделий углеродсодержащих электродов в виде смеси, в которой приблизительно одинаковое количество указанных компонентов по объему. Материалы огнеупорной насадки загружаются при работающих газовых горелках последовательно кусок за куском и так, чтобы поверхностные слои кусков успевали нагреваться до температуры не ниже 10730 К. После регулировки коэффициента расхода воздуха до получения

необходимой величины в зависимости  от температуры подаваемого воздуха-

окислителя и требуемой  температуры в огнеупорной насадке  производится

загрузка металлической  шихты при работающих газовых  горелках. Через 10-

15 минут начинается плавление  шихты над огнеупорной насадкой. Через переходную летку расплав поступает в копильник, откуда выпускается по мере накопления и используется для заливки форм. При расходе природного газа 600 м3/ч, температуре подаваемого воздуха 6730 К, коэффициенте расхода воздуха 0,95 достигается производительность вагранки 6-8 т/ч в зависимости от состава шихты. Температура выпускаемого из копильника жидкого чугуна выше 16730 К. При плавке чугунной шихты термический коэффициент полезного действия вагранки в среднем равен 54%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способы плавки чугуна на газообразном топливе

 

Для газовых вагранок с  холостой огнеупорной колошей разработан новый способ плавки чугуна. Технический результат разработки заключается в экономии топлива на процесс плавки и подогрев дутья при стабильности плавки на всем ее протяжении.

Указанный технический результат  достигается тем, что плавка включает загрузку шихты, флюса и подачу подогретого дутья, при этом воздушное дутье с температурой 450-5500 С подают в течение 75-85% общего времени плавки, затем подачу газа на разогрев воздуха в воздухоподогревателе прекращают и плавку заканчивают при температуре

дутья в пределах 150-2000 С, осуществляя подогрев за счет тепла, аккумулированного огнеупорной футеровкой воздухоподогревателя. Подогрев дутья в начале плавки до 450-5500 С гарантирует стабильность процесса, получение высокой температуры расплавленного чугуна, снижает расход топлива непосредственно на плавку. Повышение температуры дутья выше верхнего предела практически нецелесообразно и экономически не выгодно, более того, при этом создаются неблагоприятные условия для работы воздухоподогревателя. Нижний предел по температуре дутья обеспечивает достижение поставленной цели, его снижение ниже нижних пределов ухудшает технологические и экономические показатели плавки.

Окончание процесса плавки на протяжении 15-25% общего времени плавки, как показала практика, приводит к постоянному снижению температуры дутья до 150-2000 С, при этом понижается температура выпускаемого расплава до 1340-13600 С, однако эта температура не влияет на технологические свойства чугуна и вполне достаточна для заливки толстостенных отливок, заливку которых можно спланировать на конец плавки.

Выключение подачи топлива  в конце плавки в воздухоподогреватель

уменьшает расход топлива и дает соответствующую экономию. Работа вагранки с температурой дутья 450-5500 С в течение 75-85% общего времени плавки обусловлена наличием количества тонкостенных и толстостенных отливок. При большом количестве толстостенных отливок подачу топлива в воздухоподогреватель прекращают раньше, при меньшем количестве их – позже. Осуществление способа производится следующим образом. После розжига вагранки или одновременно разжигают газовые горелки воздухоподогревателя. При достижении необходимой температуры разогрева футеровкивагранки 1550-16000 С и достижения температуры воздушного дутья 450- 5500 С производят загрузку шихтовых материалов, флюса, ферросплавов до уровня завалочного окна. Расплавленный металл перед выпуском скапливается либо на подине вагранки ( если вагранка без копильника ), либо в копильнике, откуда осуществляется его непрерывный или периодический отбор для заливки литейных форм.

Способ плавки по контролируемым параметрам выгодно отличается от

известных и позволит сократить 6-10% расхода топлива на 1 т расплавляемого чугуна. На основе исследований разработаны следующие эффективные способы плавки металла на газообразном топливе:

- способ плавки чугуна в газовой вагранке, включающий введение порошкообразных или пылевидных добавок, отличающийся тем, что пылевидные добавки, содержащие флюсы или другие вещества, вводят в туннель или в смесительную камеру;

- способ плавки чугуна в газовой вагранке, отличающийся тем, что плавку производят одновременно с продувкой чугуна углеводородами, предварительно подвергнутыми термокрекингу;

- способ плавки чугуна в газовой вагранке, отличающийся тем, что в качестве источника тепла используют одновременно природный газ и электроэнергию;

- способ получения чугуна в газовой вагранке, отличающийся тем, что, с целью получения чугуна заданного состава, продувку его газообразными, жидкими и твердыми веществами ведут одновременно с перегревом;

- способ получения высокопрочного чугуна путем обработки его парами магния или другими модификаторами, отличающийся тем, что модифицирование жидкого чугуна ведут одновременно с перегревом его в газовой вагранке, содержащей бассейн с проходящим потоком металла;

- способ плавки металла в газовой вагранке, отличающийся тем, что, с целью восстановления окислов, в высокотемпературные области печи вводят углеводороды;

- способ получения высококачественного,  модифицированного чугуна в газовой вагранке, отличающийся тем, что насыщение жидкого металла окислами железа производят в период плавления в газовой вагранке с окислительной атмосферой, а затем металл раскисляют кремнием;

- способ плавки чугуна в вагранке с холостой огнеупорной колошей, включающий разогрев колоши продуктами сгорания топлива, плавление шихты и перегрев жидкого металла между кусками колоши, отличающийся тем, что плавку ведут при температуре продуктов сгорания топлива, равной 1-1,05 температуры огнеупорности материала холостой колоши;

- способ плавки чугуна в газовой вагранке с углеродсодержащей холостой огнеупорной колошей, включающей сжигание газовоздушной смеси в горелках вагранки, разогрев продуктами сгорания холостой колоши, плавление шихты и выпуск жидкого металла, отличающийся тем, что, с целью экономии огнеупорныхматериалов и повышения температуры получаемого металла, плавку ведут при коэффициенте расхода воздуха в пределах 0,4-0,6 и температуру воздуха поддерживают минимально в соответствии с зависимостью t = 1460 – 1100α и максимально в соответствии с зависимостью t = 1540 - 900α, где α – коэффициент расхода воздуха;

t – температура воздуха, 0С.

Изложенные способы плавки чугуна на газообразном топливе разработаны на уровне изобретений. Они позволяют получать из газовых

вагранок чугун требуемого состава и качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эффективные технологии плавки чугуна в газовых вагранках

 

В производственных условиях испытано несколько типов шахтных высокотемпературных металлургических печей, работающих на газообразном топливе – природном газе. На основе экспериментальных исследований и производственной проверки установлено, что в высокотемпературных плавильных печах рационально сжигать природный

газ при таких условиях, когда достигается наиболее высокая температура продуктов сгорания, а затем в высокотемпературные области печи вводить

углеводороды и уменьшать коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания до необходимых для интенсификации теплообмена величин. При этом несколько уменьшается температура горячих газов, но образующиеся

при разложении углеводородов твердые частицы углерода приводят к увеличению степени черноты и излучательной способности горячих продуктов сгорания. Разложение углеводородов природного газа практически полностью заканчивается при такой температуре (1473 К), которая ниже температуры продуктов сгорания в высокотемпературных печах. При разложении углеводородов горячие продукты сгорания обогащаются не только светящимися частицами углерода, но и водородом, а углерод и водород обладают высокими восстановительными свойствами, увеличивающимися с повышением температуры. Следовательно, интенсификация теплопередачи в высокотемпературных печах может быть достигнута не только благодаря повышению излучательной способности горячих продуктов сгорания в связис образованием в них дисперсной фазы – твердых частиц углерода, но и благодаря тому, что при снижении окислительных свойств продуктов сгорания уменьшается толщина теплоизолирующей оксидной пленки на поверхности нагреваемого металла.