Несмотря на создание в настоящее время ряда новых плавильных агрегатов, основное количество чугуна для отливок выплавляется в вагранках, которые классифицируются по следующим признакам:
- по профилю — цилиндрические, конические, доменные;
- по принципу очистки ваграночных газов — открытые, полузакрытые, закрытые (типы);
- по виду применяемого дутья — без подогрева дутья, с подогревом, с обогащением дутья кислородом (исполнение);
- по виду используемой энергии — коксовые, коксогазовые и газовые, плазменные, индукционные (классы);
- по конструктивным особенностям — с копильником и без копильника;
- по применяемому технологическому процессу плавки — переплавочные и металлургические (модели);
- по продолжительности межремонтного цикла — с суточным межремонтным циклом и многонедельным (модификации).
В открытых вагранках, производится только грубая очистка газов от крупных частиц пыли в сухих или мокрых искрогасителях, в полузакрытых — очищается только часть газов, в закрытых — эффективной очистке подвергаются все газы. Перед выбросом в атмосферу газы должны быть дожжены для очистки от CO, содержание которой должно быть не более 0,1 %.
Эксплуатация коксовых и коксогазовых вагранок открытого типа допускается санитарными нормами только в исключительных случаях при установке на них устройств для дожигания газов и мокрых искрогасителей. Для дожигания газов на уровне загрузочного окна или выше его устанавливают горелки природного газа и принимают специальные меры по уменьшению подсоса через загрузочное окно воздуха, снижающего температуру отходящих газов и разбавляющего их негорючими составляющими. С этой целью загрузочные отверстия в вагранках делают минимальными, а загрузку шихты осуществляют через вибрационные или перекидные лотки. Мокрые пылеуловители, устанавливаемые на трубе открытых вагранок, должны иметь небольшое сопротивление движению газов, которое может быть преодолено за счет естественной тяги из трубы. Именно этим обусловливается их относительно невысокая эффективность. Средний коэффициент полезного действия мокрых искрогасителей составляет 70-85 %.
Выделяющееся при дожигании газов теплота может быть использована в вагранках для подогрева дутья. В зависимости от этого их можно разделить на три группы: вагранки без использования теплоты ваграночных газов, с использованием их физической и химической теплоты, с использованием только химически связанной теплоты.
В установках первой группы дожигание газов производится до их очистки от пыли непосредственно в шахте вагранки выше завалочного окна или в специальной камере дожигания, куда газы отсасываются, ниже завалочного окна или на уровне его. Преимуществом этого типа вагранок является простота и безопасность эксплуатации даже при малоквалифицированном обслуживании. Недостатки — высокие капитальные и эксплуатационные расходы из-за большого объема очищаемых горючих газов, большие габаритные размеры установки, низкий термический КПД вагранки.
В установках второй группы дожигание газов производится либо до их очистки от пыли, либо после предварительной грубой очистки, производимой без снижения температуры газов. Газы в этих вагранках отбираются ниже завалочного окна и поступают сначала на предварительную очистку, затем в камеру дожигания, рекуператор и, наконец, на окончательную тонкую пылеочистку или выбрасываются в атмосферу. Преимущество этих вагранок — наиболее полное использование как физической, так и химической теплоты газов, но в полной мере это возможно лишь при очень высоком подогреве дутья (свыше 700 °С) и при низком расходе кокса (менее 8 %). Недостатки — периодическая (автоматическая или ручная) очистка рекуператора от пыли; опасность воспламенения газов, сопровождаемого взрывами в трубопроводах и устройствах, расположенных до камеры дожигания; большие объемы газов, подвергающихся тонкой очистке.
В установках третьей группы устройства дожигания газов и рекуперации их теплоты располагаются после системы пылеочистки. Преимущества таких вагранок: минимальные капитальные и эксплуатационные расходы на очистку газов вследствие минимального объема газов и их невысокой температуры до дожигания (250-350 °С); стабильность работы рекуператора при использовании в качестве теплоносителя чистых газов; простота герметизации трубопровода в системе газоочистки при низкой температуре газов. Недостатком этих вагранок является необходимость в дополнительном топливе для обеспечения устойчивого горения газов и разогрева рекуператора перед началом плавки. Общий недостаток всех трех типов этих вагранок заключается в недостаточной надежности механических тягодувных машин, в возможности подсосов воздуха и образования взрывоопасной смеси в системе газоочистки из-за наличия в ней высокого разрежения. Во избежание аварий при работе таких вагранок необходимо устанавливать резервные дымососы, обеспечивать повышенный контроль герметичности газового тракта и состоянием предохранительных клапанов.
С целью исключения указанных недостатков в последние годы разработаны установки бездымососных вагранок закрытого типа (рис. 2.1), в которых перемещение и мокрая очистка газов производятся с помощью водяного эжектора или повышенного давления под колошником. При этом использован способ транспортировки и очистки газов за счет кинетической энергии струи жидкости, подаваемой с высокой скоростью в трубу, имеющую определенную конфигурацию.
Вагранки закрытого типа, как правило, работают на подогретом дутье и являются сложными агрегатами, обеспечивающими заданные параметры процесса плавки чугуна и механизацию операций по ее обслуживанию и управлению. Ваграночный комплекс состоит из собственно вагранки (основной элемент этого комплекса), системы очистки газов от пыли и токсичных составляющих, устройств для подачи и подогрева дутья, устройств для дозирования и загрузки шихтовых материалов, системы автоматического управления и контроля за процессом плавки и вспомогательных механизмов для грануляции шлака, уборки отходов после выбивки и других вспомогательных устройств, обеспечивающих надежную и экономичную работу вагранки.
