Разработки применительно к газовой вагранке с огнеупорной холостой колошей.

Черный А.А.

Пенза, 2008 г.

ВВЕДЕНИЕ

Основным источником вредных выбросов в атмосферу от литейных

цехов являются коксовые вагранки. При плавке одной тонны жидкого чугуна, при отсутствии очистных установок в атмосферу выбрасывается до 29 кг пыли, оксида углерода - 180...200 кг, сернистого ангидрида - 1,3...1,5 кг, оксида азота - 0,12...0,14 кг.

Одним из перспективных агрегатов для вторичной плавки чугуна являются бескоксовые вагранки, работающие на природном газе. При этом валовые выбросы пыли и вредных газовыделений снижаются в десятки раз, энергетические затраты снижаются в 1,5-2,0 раза.

Качество выплавляемого чугуна значительно выше за счет снижения

содержания в нем серы, газов и неметаллических включений, загрязняющих металл при контакте с коксом.

Существенную роль в формировании качественных характеристик

выплавляемого чугуна, а также технико-экономических характеристик плавильного агрегата играет холостая огнеупорная насадка.

Для эффективного расплавления металлической шихты в шахте вагранки и обеспечения перегрева расплавленного металла до 1500-15500С непременным условием является искусственное создание зоны плавления, т.е. определенного пространства между металлической шихтой и подиной вагранки. В коксовых вагранках такая зона создается "холостой" колошей, которая представляет собой слой кокса толщиной от 0,5 до 1,0 метра в зависимости от вагранки.

В газовых вагранках роль такого буферного слоя играет холостая ог-

неупорная насадка, которая в зарубежной практике применяется в виде шаров диаметром до 150 мм, изготовленных из керамических материалов. Составы материалов огнеупорной насадки являются "Ноу-Хау" и к ним предъявляются высокие требования по прочности, огнеупорности, токсичности,

пористости, способности взаимодействовать с расплавленными шлаком и чугуном, а также с продуктами сгорания топлива.

Высокая прочность огнеупорных изделий, в том числе при температурах 1500-1700°С, необходима для удержания столба шихты в шахте вагранки. При этом в холостой насадке должно быть свободное пространство

для протекания жидкого металла, шлака и прохода отходящих газов.

Особую роль огнеупорная насадка играет в перегреве чугуна, формировании шлака и проведении окислительно-восстановительных процессов,

которые определяют качественные характеристики чугуна в отливках.

Температура насадочных тел в процессе плавки должна поддержи-

ваться на уровне 1550-1650°С для обеспечения нагрева металла, который в

виде капель стекает по ним и нагревается.

При контакте жидкого металла с материалами холостой огнеупорной

насадки в условиях высоких температур активно протекают окислительно-

восстановительные процессы. Происходит науглероживание чугуна, раскисление железа, восстановление кремния и марганца. Все эти процессы могут регулироваться в нужном направлении за счет изменения состава, формы и размеров насадочных тел, а также высотой холостой огнеупорной колоши.

Одной из особенностей газовых вагранок, связанных с отсутствием

кокса, является необходимость введения в технологический процесс плавки операции науглероживания, т.е. доведением до необходимого химического состава чугуна по содержанию в нем углерода. В коксовых вагранках это осуществляется автоматически за счет контакта расплавленного металла с коксом холостой колоши. Поэтому в газовых вагранках эта операция должна осуществляться за счет применения углеродсодержащих материалов для огнеупорной насадки.

За счет наличия в зоне огнеупорной насадки углеродсодержащих материалов создается атмосфера близкая к нейтральной. При этом раскисление железа преимущественно осуществляется углеродом, а дефицитные материалы кремний и марганец экономятся.

Таким образом холостая огнеупорная насадка оказывает решающее

влияние на протекание теплотехнических, газодинамических и металлургических процессов, происходящих при плавке чугуна в газовой вагранке.

Влияние применяемых в качестве насадочных тел для газовой плавки

чугуна, огнеупорных  материалов на ход технологического процесса и производительность плавильного агрегата изучен недостаточно и требует теоретических и экспериментальных исследований.

Возникла необходимость разработать оптимальный состав холостой

огнеупорной насадки для газовой плавки чугуна на базе огнеупорных мате

риалов, выпускаемых промышленностью России, и выработка рекомендаций по изготовлению насадочных тел в условиях машиностроительных предприятий из отходов огнеупорных изделий, применяемых в литейных цехах.

Актуальность работы определялась и тем, что до 85% чугуна плавят в

коксовых вагранках, а запасы коксующихся углей истощаются. Поэтому замена коксовых вагранок газовыми чугуноплавильными печами необходима.