Вагранка (рис. 2.2) представляет собой шахтную печь, диаметр которой колеблется в пределах 700-2300 мм, а производительность 4-50 т/ч.
По конструктивным особенностям вагранки делят на два типа: с копильником и без него. Первые применяют при производстве крупных отливок, когда необходимо накопить большое количество расплава, а вторые — при получении мелких и средних отливок с небольшой толщиной стенок, когда требуется расплав, обладающий более высокой жидкотекучестью.
На рис. 2.2 схематично изображена коксовая вагранка открытого типа. Кожух вагранки 10 изготовляют из листовой стали толщиной 12 мм в виде цилиндра, внутренняя поверхность которого выкладывается огнеупорным кирпичом 9. Для свободного расширения футеровки между кожухом и огнеупорным кирпичом оставляется зазор размером 20-50 мм, который засыпается кварцевым песком. Кожух вагранки устанавливается на массивную стальную подовую плиту 5, имеющую посредине отверстие (равное внутреннему диаметру футеровки), которое закрывается двумя полукруглыми дверцами 2, подвешенными на петлях и снабженными запорным устройством, что исключает возможность их открытия. Иногда дверцы подпираются снизу стойкой 23. Дверцы служат для быстрого опорожнения шахты вагранки при ремонтах. Часть вагранки от загрузочного окна до плиты называют шахтой 21, а выше загрузочного окна — дымовой трубой 14. Шахту футеруют огнеупорным кирпичом в два ряда толщиной до 250 мм, а дымовую трубу — в один ряд шамотным кирпичом на «плашку». Часть шахты между подиной и нижним рядом фурм называется горном, в нем происходит горение топлива.
Для обеспечения жесткости к кожуху с внутренней стороны по высоте привариваются кольца (сегменты) из уголка 27 на расстоянии 1000 мм друг от друга. Одновременно эти кольца служат для поддержания огнеупорной кладки.
Подовая плита опирается на четыре колонны 4, установленные на бетонный фундамент. В центре плиты имеется круглое отверстие для удаления остатков плавки.
Дно 6 вагранки, называемое лещадью, или подом, набивается слоем (100-300 мм) формовочной смеси через рабочее окно 26, которое плотно закрывается дверцей. Именно на лещади скапливается расплавленный металл в процессе плавки. В нижней части вагранки у лещади предусмотрено отверстие — летка 1 для выпуска чугунного расплава в копильник 18, а затем через летку 19 и желоб 20 в разливочный ковш. Для выпуска шлака в копильнике предусмотрена шлаковая летка 22, она находится выше уровня металла в копильнике. Для введения необходимого для горения топлива воздуха в шахте вагранки предусмотрены фурмы 7 и специальные фурменные трубы 8, по которым воздух поступает из фурменной коробки 24, соединенной с вентилятором 25. Чтобы обеспечить равномерность распределения воздуха, он вводится в плавильную зону двумя рядами фурм, располагаемых в шахматном порядке.
Завалка исходных материалов в вагранку производится с колошниковой площадки через загрузочное окно 12 бадьей 15. Для предохранения футеровки печи от ударов кусками загружаемой шихты верхнюю часть шахты вагранки высотой 1 м выкладывают пустотелыми чугунными кирпичами 11.
Высота горна зависит от диаметра вагранки и составляет 150-300 мм. В вагранках без копильника высота горна определяется объемом жидкого чугуна, который необходим для заливки форм в промежутках между выпусками. Высота горна в таких вагранках составляет 400-700 мм. Полезной высотой шахты вагранки называют расстояние между нижним рядом фурм и порогом загрузочного окна.
Через дымовую трубу 14 вагранки, выходящую из здания, продукты горения топлива удаляются из шахты наружу. Труба заканчивается искрогасителем 13, который улавливает раскаленную пыль и искры, выбрасываемые из трубы, и предохраняет от пожара соседние помещения.
Искрогасители бывают сухие и мокрые. В современных вагранках в соответствии с требованиями охраны воздушного бассейна, кроме искрогасителей, устанавливают газоочистители.
Во время работы вагранки горн и часть шахты заполнены раскаленным коксом. Этот слой кокса называют коксовой (холостой) колошей 17. На холостую колошу загружают из бадьи 15 отдельными порциями (слоями) металлическую колошу 16, состоящую из чугуна, лома, стального скрапа, а также кокс, называемый топливной колошей (рабочей колошей). Известняк загружают после каждой рабочей колоши кокса. Холостая колоша высотой 700-800 мм перекрывает фурмы. Воздух в фурмы 7 поступает из фурменной коробки 24. Вентилятор 25 подает воздух в фурменную коробку. Для полного сгорания топлива и интенсификации плавки фурмы устанавливают в несколько рядов. Холостая колоша поддерживает в ходе плавки уровень пояса плавления на определенной высоте.
По мере того как металл расплавляется и уровень шихты опускается, в вагранку непрерывно загружают новые колоши. Полученный чугун выпускают через летку непрерывно или через небольшие промежутки времени (8-10 мин). В ней расплавляется 6-10 колош в час. Вагранка с копильником устанавливаются на фундаменте. Таким образом, вагранка — плавильный агрегат шахтного типа непрерывного действия, работающий по принципу противотока.
В вагранке во время плавки можно менять шихту и получать чугун нужного химического состава.
