В рассмотренных выше конструкциях обычных вагранок завалка шихты осуществляется через завалочные окна, нормально закрытые дверцей. В момент загрузки, когда дверцы раскрыты, шахта вагранки, а также труба сообщаются с атмосферой. В результате ваграночные газы смешиваются с воздухом, температура их понижается, объем возрастает, процесс принимает неравномерный характер и практически не поддается регулированию. Кроме того, ухудшаются условия дожигания окиси углерода и уменьшается эффективность работы рекуператора и очистных средств. При отборе газов ниже завалочного окна отрицательное влияние указанных факторов меньше, однако часть ваграночных газов (15-20 %) уходит в трубу вагранки, и для их очистки требуется устанавливать специальные устройства (искрогаситель или мокрый пылеосадитель).
В вагранках закрытого типа предусматривается полная герметизация шахты, очистка и утилизация всего объема газов. Основное конструктивное отличие закрытых вагранок от обычных установок с подогревом дутья и очисткой газов заключается в наличии специального загрузочного устройства. Существует ряд конструкций узла загрузки закрытых вагранок, разработанных за рубежом и в нашей стране.
На рис. 5.13 показан один из вариантов устройств для загрузки закрытых вагранок. При подходе скипа подъемника крышка 1 бункера 2 при помощи пневмоцилиндра откидывается и шихта ссыпается в приемный бункер 2. Затем крышка закрывается, отводится шиберный затвор 3 и шихта попадает в загрузочный желоб 4. После возврата шибера в исходное положение включается пневмоцилиндр 5, желоб опрокидывается, одновременно открывая крышку загрузочного окна 7, жестко связанную с желобом тягой 6. Шихта поступает в вагранку. Газы отводятся из вагранки через кольцевой газоотвод 8.
В настоящее время в литейных цехах устанавливается вагранка закрытою типа, спроектированные институтом «Гипростанок». Технические характеристики их приведены в табл. 5.1.
Шахта таких вагранок имеет, как правило, конический (рис. 5.14) и реже «доменный» профиль. Корпус шахты по всей высоте или только в нижней (плавильной) части охлаждается водой. Водоохлаждаемая зона, за исключением горна, не имеет огнеупорной футеровки или футеруется тонким слоем (40-70 мм) огнеупора, заменяющего гарнисаж в начале работы вагранки. Для увеличения цикла работы без текущего ремонта вагранки снабжаются водоохлаждаемыми медными фурмами, вдвинутыми внутрь шахты. Такой профиль шахты обеспечивает равномерность распределения газов по сечению, способствует повышению среднего уровня зоны плавления, увеличения длительности работы вагранки без выбивки и стабильности металлических процессов.
Вагранка снабжена герметизированным загрузочным устройством, похожим на такие же устройства в доменных печах. Загрузка происходит без потери газов, которые из верхней части шихты отводятся в устройство для грубой очистки, а затем в систему влажной тонкой очистки, полностью очищаясь от механических загрязнений. Как известно, газы содержат 15-20% оксида углерода. В обычных установках оксид углерода уходит с газами и отравляет атмосферу; газы после очистки направляются в рекуператор, где оксид углерода дожигается и отдает свою теплоту воздуху, поступающему в вагранку.
Большинство вагранок закрытого типа снабжается специальными приспособлениями для отбора ваграночных газов в систему газоочистки. Эти приспособления должны препятствовать проникновению в систему газоочистки кислорода из атмосферы и не допускать выбивания газов в помещение цеха через отверстие для загрузки шихты. Достигается это двумя способами.
При первом (рис. 5.15) в вагранке устанавливают дополнительную шахту выше узла отбора газов на 3,4-4,5 м, в которую загружается шихта. В таких вагранках предусматривается специальная крышка, закрывающая шахту в конце плавки после загрузки последней завалки. На уровне отбора газов в шахте автоматически поддерживается минимальное положительное давление, препятствующее проникновению воздуха через «шихтовую пробку» из загрузочного окна в систему газоочистки. Надежность работы этой системы обеспечивается только при строгом соблюдении уровня загрузки шихты. При снижении уровня шихты в конце плавки шахта вагранки перекрывается специальной крышкой. Автоматическая система контроля постоянно следит за давлением в узле отбора газов и содержанием кислорода в газах, идущих в систему газоочистки, и в случае обнаружения кислорода или разрежения отключает газоочистку от вагранки.
При втором способе изоляция системы очистки от атмосферы достигается за счет загрузки шихты через герметичные шлюзовые камеры с двумя поочередно открывающимися крышками (рис. 5.14), что чаще всего применяется в бездымососных вагранках закрытого типа. Конструкция узла загрузки шихты через шлюзовую камеру приведена на рис. 5.16.
Такие установки обеспечивают получение качественного металла при использовании более дешевой шихты за счет высокой температуры перегрева чугуна, а также защиту окружающей среды.
Ваграночная установка закрытого типа с подогревом дутья и полной очисткой газов, разработанная в ЦНИИТМАШе, приведена на рис. 5.17. Производительность вагранки 10-12т/ч. Дутье подогревается в комбинированном радиационно-конвективном рекуператоре, использующем тепло отходящих ваграночных газов. Для устойчивого горения окиси углерода ваграночных газов в топке рекуператора установлены дополнительные горелки, работающие на природном газе.
Очистке подвергается весь объем газов в футерованном циклоне до рекуператора и в пенном аппарате после него, перед выбросом в атмосферу. Загрузочное устройство оборудовано двумя крышками, работающими поочередно. Герметичность устройства обеспечивается гидрорастворами.
В установке закрытого типа конструкции института «Гипростанок» (рис. 5.18) ваграночные газы проходят очистку в аппарате, основанном на принципе действия трубы Вентури, задержанные частицы пыли оседают в циклоне-промывателе СИОТ. Очищенный и охлажденный газ специальным вентилятором подается в последнюю (по ходу дыма) ступень рекуператора, подогревается до 300 °С и поступает в камеру горения, где специальной горелкой, работающей на низкокалорийном топливе, дожигается СО. Недостающее количество тепла для подогрева воздуха до 500 °С получают за счет сжигания природного газа. Преимущества таких установок отмечались выше, недостатком данной конструкции является высокое гидравлическое сопротивление газового тракта.
