Коксогазові вагранки.

В коксогазових вагранках використовують паливо кокс і газ. Природний газ спалюють в тунелях, які розташовані по окружності вагранки над фурмами.

При частковій заміні коксу природним газом схема процесу плавки чавуна і конструкція вагранки змінюється небагато. Вагранка має один ряд фурм, площа яких складає 8-10% площі перетину шахти, фурмену коробку, розділену вертикальною перегородкою на двох камер для роздільної подачі повітря у фурми і газові пальники, розташовані на відстані 900 мм від осі фурм. Колектор передбачений для подачі природного газу в пальники.

Дослідження складу газів у виходу їх з тонелей вагранки продуктивністю 10 т/год при співвідношенні витрат природного газу і повітря 1/10 показали, що відбувається повне їх згоряння і що гази містять 9,5% СО2, 3,7% Н₂О, 0,06% СО і 86,74% N2. Крім того, у результаті згоряння метану і важких вуглеводів гази містять близько 20% Н2О. Кількість вологи, що надходить у вагранку з повітрям через фурми, склало 40 кг/год, із продуктами горіння природного газу 580 кг/год.

У коксогазових вагранках паливом служать кокс і природний газ. Природний газ спалюють у тунелях, розташованих по окружності вагранки над фурмами.

Висоту розташування пальників над фурмами вибирають виходячи з того, щоб продукти горіння виходили нижче верхнього рівня холостої колоші шахти вагранки на 250-300 мм. Таким чином, якщо в коксогазовій вагранці виплавляють сірий чавун, а висота холостої колоші над віссю фурм, наприклад, 1200 мм, те вісь пальників повинна бути вище осі фурм

на 900-950 мм. Якщо в коксогазовій вагранці виплавляють білий чавун, а висота холостої колоші над віссю фурм, наприклад, 600 мм, то вісь пальників повинна бути вище осі фурм на 300-350 мм. Горіння газу виробляється двопроводними пальниками внутрішнього змішання.

Склад колошникових газів коксогазовій вагранки, у якій одночасно згоряють кокс і природний газ, відрізняється від складу колошникового газу коксової вагранки.

Умови перегріву металу в коксогазовій вагранці приблизно такі ж, як у коксовій вагранці. Температура чавуна на жолобі 1390-1400^оС. Газонасиченість чавуна, виплавленого в коксогазовій вагранці, небагато більше; наприклад, зміст водню в чавуні з коксової вагранки 4 см² на 100 г металу, а з коксогазовій вагранки доходить до 6 см². При витраті природного газу в кількості 25-30 м² на 1 т металлозавалки витрата коксу в робочій колоші зменшується на 30-35 кг. У коксогазовій вагранці атмосфера більш окисна, чим у коксовій вагранці, що збільшує угар кремнію і марганцю і погіршує умови навуглецювання рідкого металу.

Газові вагранки.

В газових вагранках використовують паливо природний газ або інші горючі гази. В газовій вагранці легко розплавити метал, але складно перегріти його до необхідної температури без окислення кремнію, марганцю, вуглецю.

Газові вагранки з керамічною холостою колошею дозволяють одержати гарячий рідкий чавун, але підвищений угар кремнію, марганцю й особливо вуглецю вимагає застосування більш дорогої шихти, тому вартість чавуна, виплавленого в газовій вагранці, значно вище вартості чавуна зі звичайної коксової вагранки.

Газова вагранка з керамічною колошею зображена на мал.6.11. Шихта завантажується у вагранку через вікно 5. У нижній частині шахти 4 розташовані пальники 1. Газ згоряє у вогнетривких тунелях. Продукти горіння спочатку попадають на керамічну колошу 2 і потім піднімаються, стикаючись із шихтою, що нагрівається, 3. Розплавлений метал стікає між шматків колоші і при цьому перегрівається. Гарячий метал із шахти у вагранці стікає в копільник 7. Для обігріву копільника мається пальник 8. Рідкий метал 6 у копільнике практично перегрівається, тому що на його поверхні завжди мається шар шлаку. Випуск металу з копільника здійснюється періодично по жолобі 9.

У деяких країнах, що розташовують запасами природного газу, але не мають коксу, для виплавки чавуна в невеликих кількостях застосовують газові вагранки із силікатною колошею, розташованої на водоохолоджуємих колосниках (мал.6.12). Для силікатної колоші використовують кулі діаметром 150 мм ,виготовлені з вогнетривкого матеріалу. Розплавлений метал 9 (чушковий чавун, металолом, повернення власного виробництва) завантажується на силікатну колошу, утворену кулями 10. Водоохолоджуємі колосники 6 у деяких випадках мають зовні теплоізоляційне покриття.

Кілька газових пальників 11 розташовані по периметрі шахти 8 вагранки. Газ спалюється в тунелях 12, і продукти горіння газу, надходячи в шахту, потім проходять між колосниками і кулями холостої колоші до металевої шихти. Метал нагрівається, плавиться і краплі рідкого металу, стікає по поверхні куль, перегріваються до необхідної температури. Перегрітий метал 3 накопичується в нижній частині вагранки. Шлак 4 у міру нагромадження віддаляється з вагранки через льотку 13. Рідкий метал випускається з вагранки через льотку 2 по жолобі1. Вагранка має поливне охолодження. Вода подається по колекторі 7 і, стікаючи вниз, збирається в кориті 5.

Оскільки в процесі роботи кулі силікатної колоші руйнуються, їх необхідно періодично завантажувати у вагранку разом із шихтою. При висоті силікатної колоші 600-650 мм чавун перегрівається до температури 1500^оС. Витрата природного газу складає 85 м³ на тонну чавуна, витрата вогнетривких куль 2,5% від маси металозавалки. При висоті силікатної колоші 250 мм максимальна температура чавуна складає 1300^оС. Через підвищений угар кремнію, марганцю і вуглецю при плавці металу ці елементи в порошкоподібному виді за допомогою спеціального пристрою безупинно вдуваються в потоці інертного газу в рідкий метал, що накопичується в горні вагранки.

Плазмова вагранка

У США проведені дослідження роботи вагранки продуктивністю 2,2 т/год, обладнаної плазмотроном потужністю 2000 квт (мал.6.13). Усе повітря, необхідний для горіння коксу, подається у вагранку 1 через плазмотрон 8. У якості плазмового газу використовується повітря, подаваний по трубі 9. Плазмовий струмінь, що випливає з плазмотрона, прохолоджується повітрям, подаваним по трубі 10. Температура повітря, що надходить у вагранку, 1470^оС і може бути підвищена до 1650^оС. Усе повітря у вагранку подається тільки через плазмотрон, інших фурм у вагранку немає. Витрата коксу при плавці складає 1,5% від маси металозавалки (співвідношення метал/кокс дорівнює 70/1). Висока температура повітря дозволила застосувати в шихті до 75% роздрібненої металевої стружки. Уся стружка може подаватися у вагранку через завантажувальне вікно 2. Крім того, передбачена подача з бункера 7 різних порошкоподібних добавок (вуглець, кварцовий пісок, феросплави, металева стружка) безпосередньо в потік гарячого повітря, що вдмухується у вагранку. Відзначено відновлення кремнію з кварцового піску і зниження витрати феросиліцію.

Ваграночні гази відбираються по трубопроводу 3 на мокре очищення. Частина ваграночних газів може віддалятися димососом 5 і по трубопроводу 6 подаватися для охолодження плазми. У циклоні 4 ваграночні гази очищаються від великих часток пилу. Використання ваграночних газів для охолодження плазмотрона дозволяє регулювати кількість кисню, подаваного у вагранку.

2. Мартенівські печі