ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения исследовательской и проектно-технологической работы, проведенной в Кемеровском научно-исследовательском институте ВНИМПТИМ, на Красноярском заводе самоходных комбайнов на вагранках Q-5 т/час и на Старооскольском механическом заводе на вагранках Q-20 т/час.

Вагранка - это наиболее распространенная плавильная печь в чугунолитейном производстве. Она имеет непревзойденные преимущества перед другими плавильными агрегатами, в которых можно получать жидкий чугун. Расплавление металла в вагранке наиболее производительный и экономичный процесс по сравнению с плавкой металла в других печах, используемых в литейном производстве. Но при этом ей присущ весьма серьезный недостаток - малоэффективна и не экономична технология получения жидкого чугуна с высокой температурой перегрева жидкого металла выше 1400°С, необходимого для изготовления качественных тонкостенных отливок и отливок из чугуна марки СЧ25 и выше, т.е. высококачественных марок серого чугуна. Этот основной недостаток вызван двумя факторами, обусловленными конструкцией печи и её принципом работы. Вагранка - это вертикальная печь трубного типа, работающая по принципу противотока. Металлическая шихта и топливо загружаются сверху и движутся вниз по мере расплавления металла. Расплавленный металл, стекающий вниз, в горн или копильник вагранки, за очень короткое время проходит зону горения кокса, т.е. зону максимальных температур, где он перегревается выше температуры плавления. Эта зона повысоте не превышает 1,5-1,6 метра. Стекая вниз по раскаленному коксу зоны, так называемой холостой колонки, металлу нужно успеть за несколько минут пребывания в этой зоне нагреться на 300-350 градусов выше температуры его расплавления. Далее в горне вагранки, в копильнике, в разливочном ковше жидкий металл только остывает, отдавая тепло в окружающую среду. Поэтому сделать процесс перегрева жидкого чугуна при плавке в вагранке экономичным и эффективным весьма проблематично. Так как время пребывания расплавленного металла в зоне максимальных температур продлить практически невозможно, то остается только изыскать эффективный метод повышения температуры в зоне холостой колоши. Этот основной недостаток ваграночной плавки чугуна, а именно низкая эффективность и не экономичность процесса перегрева жидкого металла выше температуры его расплавления в заявленной вагранке удалось практически полностью ликвидировать.

Известно, что углерод (С) является основным горючим материалом ваграночного топлива-кокса. При недостаточном количестве подаваемого в вагранку воздушного дутья углерод сгорает преимущественно с выделением окиси углерода (СО). При этом выделяется (образуется) в 3,5 раза меньше тепла, чем при горении углерода до СО ₂. Известно, что при горении кокса в вагранке имеют место следующие реакции горения углерода:

1.C+O₂=CО ₂ + 93060 кал. (реакция с выделением тепла);

2. 2С+О ₂=2СО + 26060 кал. (реакция с выделением тепла);

3. 2СО+О ₂=2СО ₂ + 67000 кал. (реакция с выделением тепла);

4. СО ₂+С=2СО - 41000 кал. (реакция с поглощением тепла).

При дополнительном подводе дутья протекает реакция дожигания окиси углерода (СО) до углекислого газа (СО ₂), которая идет с выделением большого количества тепла (см. реакцию № 3). Прием подачи дополнительного дутья в зону холостой колоши в современных вагранках используется (вагранки с двумя и тремя рядами фурм). Однако в вагранках даже при достаточном подводе дутья неизбежно вновь образуется СО и тем большее количество, чем горячее ход вагранки, т.е. чем больше подается кокса и воздуха для получения более высокой температуры жидкого чугуна. Таким образом, в современных вагранках, чем выше температура жидкого металла, т.е. чем больше подается кокса и воздуха в вагранку, тем выше процент СО в отходящих ваграночных газах. Это результат реакции № 4, т.е. неизбежный процесс восстановления окиси углерода из углекислого газа, который всегда протекает в восстановительной зоне холостой калоши с поглощением значительного количества тепла. Содержание СО в отходящих ваграночных (дымовых) газах - это не только загрязнение окружающей среды угарным газом, но и так называемые химические потери тепла. Техническое решение (патент РФ № 1786345) впервые в мировой практике позволяет избежать практически полностью химических потерь тепла при плавке чугуна в вагранке. Техническое решение (патент РФ № 2004890) позволяет значительно снизить физические потери тепла при ваграночной плавке чугуна, т.е. тепла уносимого отходящими дымовыми газами.

Ввиду того, что предлагаемые технические решения повышают горячий ход ваграночной плавки, то неизбежно повышенное спекание подины вагранки, увеличенный разгар футеровки печи, заливка фурм металлом и шлаком особенно при многосменной работевагранки. Конструктивные решения, предложенные в ав.св. № 589520, №1534259, №1594344 устраняют эти недостатки и создают дополнительные преимущества.

Таким образом, новые технологические и конструктивные решения в предлагаемом объекте комплексно улучшают технико-экономические и эксплуатационные характеристики вагранки - основного плавильного агрегата в чугунно-литейном производстве.

Автор разработки оказывает методическую, консультативную и квалифицированную практическую помощь в реализации разработок.