Производительность вагранки и температура металла

Производительность вагранки оценивается количеством жидкого металла в т/ч. Производительность определяется прежде всего размером вагранки, диаметром ее в фурменном поясе или площадью сечения, м2.

Температура жидкого металла определяет возможность разливки металла, если вагранка дает металл непосредственно для заливки в форму, без последующего перегрева в других печах, температура металла получает особое значение для качества отливок. Если отливки подвергаются значительной механической обработке, то высокая температура заливки является важным условием получения отливок, свободных от газовых раковин.

Важным фактором эффективной эксплуатации вагранки является выбор наиболее рационального расхода топлива и количества дутья.

Производительность вагранки и температура металла зависят от положения пояса или зоны плавления, температур, которые господствуют в зоне перегрева, и от протяженности этой зоны.

Как видно из диаграммы (рис. 3.2), температура газов, поднимающихся вверх по шахте, достигнув наибольшей величины на высоте 250-300 мм над фурмами, постепенно снижается. Поэтому, если плавка идет на небольшой высоте, расплавление происходит при высокой температуре газов и быстро, производительность получается сравнительно высокой. Но при этом путь капель жидкого металла, стекающих по кускам кокса холостой колоши и зоне перегрева, получается сравнительно коротким и перегревается чугун сравнительно слабо.

Жидкий чугун будет тем горячее, чем длиннее путь, который проходят капли чугуна от пояса плавления до подины. Поэтому, чем выше по высоте вагранки плавится чугун, тем выше его температура; расплавление при этом происходит при более низких температурах, и поэтому оно протекает медленнее; производительность с повышением пояса плавления понижается.

Для того чтобы одновременно и температура чугуна, и производительность достигли наивыгоднейших значений (при одном и том же диаметре шахты в области фурм) должны правильно назначаться расход топлива и количество дутья, подаваемого в вагранку.

Расход топлива задается в процентах к количеству расплавляемого металла. Необходимый расход топлива определяется поддержанием пояса плавления, а следовательно, верхнего уровня холостой колоши, на постоянной в течение плавки высоте над фурмами. Для этого необходимо, чтобы каждая рабочая колоша содержала столько топлива (кокса), сколько нужно для расплавления металлической шихты.

При недостаточном расходе топлива (например, менее 10 %) холостая колоша пополняется недостаточно и высота ее понижается. При этом плавление перемещается книзу, в зону более высоких температур, и плавка ускоряется. Но одновременно резко снижается высота столба раскаленного кокса, сокращается путь капель чугуна и температура жидкого чугуна понижается. В случае аварийного недостатка топлива (в результате грубых нарушений при загрузке – неподготовленный крупный лом, мелкий кокс и т.п.) металлическая шихта может опускаться до уровня фурм, что приводит к сильному охлаждению и даже к затвердеванию чугуна и шлака, т.е. образованию «козла».

Пояс плавления повышается при увеличении расхода кокса, в результате чего удлиняется путь капель чугуна по высоте холостой колоши. Температура жидкого металла повышается, однако производительность заметно падает.

При одном и том же расходе топлива температура газов и кокса в раскаленном столбе зависит от качества топлива. Крупный и плотный кокс обеспечивает высокую температуру в столбе, а следовательно, и температура жидкого чугуна повышается. При коксе пористом, рыхлом и мелком усиленно развивается невыгодная эндотермическая реакция, температура в холостой колоше понижается и чугун будет менее горячим. При таком коксе приходится увеличивать его расход, что также приводит к сокращению производительности.

Количество дутья или количество воздуха, подаваемого в вагранку за 1 мин, измеряется в м3 и относится к 1 м2 сечения вагранки в зоне фурм. Чем оно больше, тем быстрее горит топливо и тем выше производительность вагранки. Полнота горения возрастает за счет развития реакции образования углекислого газа с выделением наибольшего количества теплоты, что приводит к повышению температуры в столбе раскаленного кокса.

Увеличение количества дутья одновременно приводит к увеличению скорости горения кокса непосредственно у фурм и усилению охлаждающего действия воздуха у фурм. Шлак, образующийся в шахте над фурмами в увеличенном количестве за счет частичного выплавления футеровки, может создать настыли в отверстии фурм и над фурмами, как бы «козырек», препятствующий нормальному питанию коксом пространства перед фурмами. Этого нельзя допускать. При работе на холодном дутье шлакование фурм полностью предупреждается устройством двух или трех рядов фурм. Это дает возможность безопасно увеличить подачу дутья и производительность. При подогреве дутья также полностью отсутствует шлакование.

Наибольшая эффективность осуществляется при наивыгоднейшем сочетании температуры металла и производительности, за счет правильного подбора главных факторов и надлежащего управления – расходом топлива и количеством дутья. Температура металла и производительность находятся в тесной связи, и добиваться выгоднейших показателей следует в соответствии с конкретными условиями работы литейного цеха, где работают вагранки.

Рекомендуемые значения производительности и температуры для наиболее эффективной работы вагранок на холодном дутье

В табл. 3.4 приведены рекомендации по топливному и дутьевому режиму вагранки. В таблице указаны температуры по оптическому пирометру (без поправки). Знание количества дутья и расхода топлива может обеспечить температуру металла и производительность, наиболее выгодные для заданных условий производства. При этом необходимо соблюдение основных элементарных требований к качеству литейного кокса, нормальной разделки лома, размеров конструкции вагранки и технологии плавки.

Одной из частых причин плохой работы вагранок является недостаток воздуха. Поэтому при ведении плавки необходимо иметь представление о количестве воздуха, поступающего в вагранку. Однако очень редко производится прямое определение количества дутья – или нет приборов, или их вообще невозможно установить вследствие отсутствия прямолинейного участка воздухопровода. Поэтому в большинстве случаев о количестве дутья приходится судить косвенным путем.

Прежде всего, необходимо знать количество дутья, которое может подавать вентилятор, нужно знать характеристику или паспорт вентилятора. Эти данные чаще всего приводятся в виде таблицы, где содержатся сведения о количестве дутья давлении. Фактическое количество дутья, поступающего в вагранку, обычно на 10-15 % меньше вследствие неизбежных потерь в неплотностях воздуховодов. Соответственно этому потеря давления также составляет около 10-15 %. Необходимо избежать грубой неплотности, которая легко обнаруживается при простом осмотре. Во всяком случае, следует постоянно поддерживать необходимое давление дутья в воздушной коробке.

По давлению дутья в воздушной коробке можно косвенно судить о количестве дутья. Чем выше давление дутья, тем больше и количество дутья. При этом необходимо иметь в виду следующее:

  • шлакование фурм и мелкий, засоренный кокс резко повышают давление; количество воздуха при этом вследствие большого сопротивления проходу воздуха через фурмы и шахту вагранки снижается;
  • давление дутья понижается, если вагранка «уходит», т.е. уровень материалов в шахте понижается, или, если вагранка «зависает», образуется пустота между верхними и нижними колошами.

Все эти нарушения должны быть полностью исключены.

Период окончания плавки начинается с прекращения загрузки шихты. По мере проплавления столба шихты следует снижать давление дутья в фурменной коробке, сохраняя постоянным его расход при уменьшающемся сопротивлении столба шихты. В вагранке закрытого типа уменьшают расход дутья с таким расчетом, чтобы температура газов на колошнике до полного проплавления шихты не превышала 700-800 °С. В вагранке с горячим дутьем после прекращения подачи дутья в вагранку его нужно пропускать через рекуператор для охлаждения теплообменников еще в течение 30-40 мин. Перед выбивкой вагранки следует выпустить весь металл и шлак из нее и сифонного устройства, убедиться в отсутствии воды и влажного грунта под вагранкой. Разгерметизация вагранки и выключение запальника в камере дожигания закрытых вагранок производятся только после полной выбивки вагранки.

Если заранее известно о необходимости остановки вагранки, то за 30-40 мин до этого необходимо загружать удвоенную топливную колошу. При непредвиденных остановках более чем на 15-20 мин удвоенную колошу нужно загружать сразу же после пуска вагранки. Время простоев вагранки не должно превышать 10 мин в первый час работы, 30 мин – во второй и третий часы работы, не более 1-1,5 ч во все последующее время работы.