Вагранка

 

 

                                       Введение

Предприятия черной металлургии  активно развиваются, реализуя стратегические замыслы. В цветной же металлургии исполнение стратегий заморожено под воздействием "фактора ЮКОСа"

Из 36 компаний черной металлургии, попавших в ежегодный рейтинг "Эксперт-400", 25 закончили 2003 год просто блестяще: темп роста продаж - от 30 до 80%. Подобное благоденствие обеспечил прежде всего строительный бум в Китае: фантастические объемы закупок вызвали рост цен на мировом рынке. Поскольку более половины всей продукции отрасли экспортируется, мы получили приток экспортной наличности. Но было ли это подарком судьбы? В отличие от нефтянки металлургическая индустрия гораздо сложнее и с технологической, и с маркетинговой точки зрения. На внешних рынках нас не ждут с распростертыми объятиями, к потребителю приходится пробиваться сквозь заслон, который выставляют основные конкуренты - местные производители и компании-экспортеры из Японии, с Украины и из Бразилии. И в этой конкурентной борьбе наши предприятия выглядят довольно уверенно, работая на удержание своего главного конкурентного преимущества в мировой торговле - низкой себестоимости производства жидкого металла.

Последние годы для российской чугунолитейной промышленности были знаковыми. Крупный бизнес активно занялся стратегическим строительством. И это не может не радовать. Низкая себестоимость производства - штука, конечно, замечательная, однако она не вечна. Надеяться на то, что мы сможем удерживать это преимущество долго, оснований нет. Поэтому приходится работать над созданием других конкурентных преимуществ. Разработка и финансирование корпоративных стратегий - первый и главный шаг на этом пути. Один из элементов таких стратегий - попытка выйти за пределы страны. И здесь преуспели по крайней мере три из четырех крупнейших компаний - "Северсталь", НЛМК и Евразхолдинг. Их успехи за рубежом обусловлены тиражированием накопленного на родине опыта антикризисного управления и работы с проблемными активами. Есть и другие позитивные эффекты от вывоза капитала. Это и доступ к самым современным технологиям, отсутствующим в России. И преодоление антидемпинговых и прочих протекционистских заслонов, выставляемых рядом стран против отечественных производителей чугунного проката.

 

1 Конструкторская часть

1.1 Общие сведения

Вагранка состоит из 3 основных частей (рис. 1): нижней — горна 1, в котором скапливается выплавляемый жидкий чугун; средней — собственно шахты 2, полностью загружаемой шихтовыми материалами (металл, топливо, флюсы); верхней — трубы 3, через которую горячие ваграночные газы выводятся в искрогаситель 4 и далее в атмосферу. В середине подовой плиты имеется отверстие с откидным дном для удаления остатков по окончании процесса плавки. Розжиг Вагранка начинается с загрузки на горящие дрова 1-й порции кокса (холостой коксовой колоши), заполняющей часть шахты на 0,7—1 м выше фурм 7. Когда кокс холостой колоши разгорится, включают дутьё, затем шахту загружают до загрузочного окна рабочими колошами, состоящими из порций металла, топлива и флюса (известняка, основного мартеновского шлака, реже плавикового шпата). После подогрева шихты вновь включают дутьё и начинается процесс плавки. Новые порции загружают по мере расплавления шихты, которая постепенно опускается в зону плавления и подогревается поднимающимися вверх горячими газами. Противоток переплавляемых материалов и продуктов горения в вагранке способствует эффективному использованию топлива. Расплавленный и перегретый металл собирается в горне вагранка или стекает в копильник 6, откуда он по мере надобности выпускается через нижнюю лётку в ковши для разливки в формы, флюсы, сплавляясь с золой топлива, сплавившейся футеровкой и окислами, образуют шлак, выпускаемый через верхнюю шлаковую лётку, расположенную в верхней части горна или копильника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 Коксовая вагранка

1 – горн; 2 – шахта; 3 – дымовая труба; 4 – искрогаситель; 5 – фурменный пояс; 6 – копильник; 8 – летка для слива чугуна

1.2 Футеровка

На различной высоте шахты футеровка изнашиваются неодинаково.  В районе загрузочного окна футеровка подвергается ударному воздействию загружаемой шихты.

Участок шахты от чугунных блоков до района плавильного пояса выкладывают из шамотного кирпича. В плавильном поясе футеровка подвержена особенно сильному  разрушению, так как здесь она испытывает давление высоких температур, шлака и газов. При непродолжительных плавках   (3 - 4 часа) футеровка в основном сохраняется, имея небольшой разгар выше фурм (200 – 400 мм.). В этом случае ремонт плавильного пояса сводится к заделыванию выгоревших мест новым огнеупорным кирпичом с применением раствора из огнеупорной глины. При более продолжительных плавках выгорание футеровки, особенно при работе на горячем дутье , настолько значительно, что требуется полная замена футеровки в районах плавильного пояса.

Огнеупорный материал в  районах плавильного пояса подбирают  в зависимости от имеющихся шлаков при кислых шлаках  футеровку выполняют из шамота, А при основных шлаках из магнезита. Для футеровки плавильного пояса применяют набивные массы. Наиболее распространенным составом огнеупорной массы являются следующие в %.

Кварцевый песок 80-85

Огнеупорная глина 20-15

Вода (дополнитено) 6-8

Эту смесь в сухом  состоянии хорошо перемешивают на бегунах  в течении 5-10 мин.. Для увеличения прочности сырой массы в воду дабавляют иногда жидкое стекло в количестве 1кг на 10 л. воды. Для изготовления набивной футеровки на уровне фурм изготавливают из отдельных секторов опалубку – металлический цилиндр, диаметр которого равен внутреннему диаметру вагранки, а высота 300-400 мм.. Кольцевое пространство между опалубкой и кожухом вагранки плотно набивают огнеупорным составом (трамбовкой). Когда масса уплотнена по всей высоте цилиндра на неё устанавливают новый цилиндр, и набивка продолжается. Применение набивной футеровки для ремонта плавильного пояса дает возможность значительно снизить трудоемкость ремонтных работ.

1.3 Работа вагранки

После набивки пода вагранки приступают к ее розжигу. Там, где  нет природного газа, разжигают дровами, укладываемыми непосредственно на под. Дрова разжигают через рабочее окно (на небольших вагранках) или через основной ряд фурм (на больших вагранках). Когда дрова хорошо разгорятся, на них через загрузочное окно загружают кокс. Через 30 — 45 мин дрова сгорают, а кокс разгорается и опускается на подину (лещадь). Кокса загружают столько, чтобы его уровень был выше оси основного ряда фурм на 700 — 1500 мм. Этот столб кокса называется холостой коксовой колошей. На холостую коксовую колошу загружают первую металлическую колошу; на нее — первую рабочую коксовую колошу, на которую загружают в порядке чередования металлические и рабочие коксовые колоши до заполнения шахты вагранки. На каждую металлическую колошу (начиная с третьей) загружают флюс (известняк, основной мартеновский шлак и другие материалы) для образования шлаков. Ошлаковывается зола кокса, футеровка, пригар с литников. По окончании загрузки включается дутьевой вентилятор. Воздух поступает через фурмы в холостую коксовую колошу. Начинается интенсивный процесс горения с выделением большого количества теплоты. Первая чугунная колоша, расположенная непосредственно на раскаленном коксе, начинает плавиться. Капли и струйки жидкого металла стекают по кускам и между ними к подине. Сюда же стекают и образовавшиеся шлаки. Через соединительную летку металл и шлак поступают в копильник Когда уровень металла достигнет необходимой высоты, открывают чугунную летку, и металл выпускают из копильника. Шлак выпускают через шлаковую летку по мере его накопления.

К моменту расплавления первой металлической колоши уровень холостой колоши понижается. Для выхода из вагранки чугуна с постоянной температурой и постоянным химическим составом высота рабочей коксовой колоши должна быть равна высоте, на которую уменьшилась холостая колоша. Таким образом, каждая последующая металлическая колоша плавится на одной и той же высоте. Движение колош происходит непрерывно.

Для поддержания постоянной высоты столба материалов в шахту  загружают металл, кокс и флюс. В вагранке горячие газы, образующиеся при горении кокса, поднимаются вверх, а материалы перемещаются вниз (принцип противотока). Вследствие этого происходит интенсивный теплообмен между газами и материалами, загружаемыми в печь. Металлическая колоша, опускаясь по шахте, постепенно нагревается до температуры плавления и плавится.

Горячие газы при движении вверх, встречаясь со все более холодными  металлическими колошами, охлаждаются. Использование тепла газов повышает к. п. д. вагранки. В вагранке расходуется кокса 10 — 15% от массы металлозавалки.

1.4 Горение твердого топлива

Горение твердого топлива  имеет ряд стадий: подогрев, подсушка топлива, возгонка летучих и образование кокса, горение летучих и кокса. Из всех этих стадий определяющей является стадия горения коксового остатка, т. е. стадия горения углерода, интенсивность которой и определяет интенсивность топливосжигания и газификации в целом. Определяющая роль горения углерода объясняется следующим.

Во-первых, твердый углерод, содержащийся в топливе, является главной горючей  составляющей почти всех натуральных твердых топлив. Так, например, теплота сгорания коксового остатка антрацита составляет 95% теплоты сгорания горючей массы. С увеличением выхода летучих доля теплоты сгорания коксового остатка падает и в случае торфа составляет 40,5% теплоты сгорания горючей массы.

Во-вторых, стадия горения коксового  остатка оказывается наиболее длительной из всех стадий и может занимать до 90% всего времени, необходимого для горения.

И, в третьих, процесс горения  кокса имеет решающее значение в  создании тепловых условий протекания других стадий. Следовательно, основой правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив является создание оптимальных условий для процесса горения углерода.

В некоторых случаях определяющими  процесс горения могут оказаться  второстепенные подготовительные стадии. Так, например, при сжигании высоко влажного топлива определяющей может быть стадия подсушки. В этом случае рациональным является усиление предварительной подготовки топлива к сжиганию, например, использованием технологического способа сжигания с подсушкой топлива газами, отбираемыми из топки.

Процесс горения пылевидных топлив совершается в объеме топочной камеры в потоках больших масс топлива и воздуха, к которым подмешиваются продукты сгорания.

1.5 Дымовая труба

Удаление газов естественной тягой — дымовой трубой. Дымовая труба (рис.2) предназначена для удаления продуктов горения — дымовых газов из печи в атмосферу. Находящийся внутри трубы столб горячих газов создает у ее основания геометрический напор, который расходуется на создание разрежения у основания трубы, необходимого для преодоления всех сопротивлений на пути движения дымовых газов. Разрежение, создаваемое трубой, главным образом зависит от высоты трубы, температуры отходящих газов и окружающего воздуха. Чем выше труба, чем ниже температура окружающего воздуха (больше р,) и выше температура отходящих продуктов горения (меньше р,), тем больше разрежение у основания трубы. Диаметр трубы оказывает влияние только на потери в трубе, однако увеличение диаметра увеличивает стоимость трубы. Практически диаметр выбирают, задаваясь скоростью дыма в устье трубы (2,5 — 3 м/сек при Т = 273⁰ К и 101,3 кн/м²).

Такая скорость выбирается из условий, при которых газ мог бы выходить из трубы, не опрокидываясь обратно в трубу под воздействием дующего ветра.

Кирпичные и железобетонные дымовые трубы делают для устойчивости суживающимися кверху. Диаметр кирпичных  труб у основания в 1,5 раза больше, чем в устье. Железные трубы, как правило, выполняют цилиндрическими. По санитарно-гигиенические соображениям высота трубы должна быть не менее 18 м.

Для приближенных расчетов принимают падение температуры на 1 м высоты для кирпичных труб равным 1 — 1,5⁰ и для железных труб без футеровки 3 — 4⁰.

Если одна труба обслуживает  несколько печей, то расчет трубы  ведется по максимальному сопротивлению, а не по сумме сопротивлений всех печей. Число печей влияет на величину диаметра трубы, так как при этом увеличивается количество продуктов горения, проходящих через трубу.

Дымовая труба обеспечивает удаление продуктов горения из печи при условии, что действительное разрежение, создаваемое трубой, не менее суммарных потерь напора дымового тракта. На случай засорения дымохода или форсирования работы печей действительное разрежение должно быть примерно на 30% больше суммарных потерь. Однако разрежение у основания дымовой трубы, большее, чем необходимое для преодоления сопротивления на пути движения продуктов горения, вызывает излишний подсос холодного воздуха в печь вследствие понижения в ней уровня давлений. Это неблагоприятно сказывается на работе печи. Для регулирования давления в печи у основания трубы устанавливается шибер. Шибер можно рассматривать как переменное сопротивление, увеличение или уменьшение которого увеличивает  
или уменьшает давление в печи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 Дымовая труба

1 – фундамент; 2 – ствол; 3 – футеровка; 4 – подводящий  боров;

5 - стяжные кольца; 6 –  светофорная площадка; 7 – молние приемник;

8 – токоотводящий  кабель; 9 – заземление; 10 - отмостка 

 

3Экология

К середине 20 века и особенно в последние десятилетия в  результате быстрого развития промышленности, транспорта, энергетики резко усилилась  антропогенная нагрузка на природу; стала очевидной опасность истощения естественных ресурсов, необратимого загрязнения и изменения окружающей среды. 

Статистические данные свидетельствуют о том, что на планете ежегодно сжигается около 1 млрд. тонн условного топлива, выбрасывается в атмосферу десятки млн. тонн окислов азота и серы (часть из них возвращается в виде т.н. кислотных дождей), более 400 млн. тонн золы, сажи и пыли. Загрязнение атмосферного воздуха, пресной воды, плодородной почвы приняло глобальный характер. При этом масштабы загрязнений столь велики, что естественные способности биосферы к нейтрализации вредных веществ и самоочищению практически исчерпаны.

В России источником интенсивного загрязнения окружающей среды являются, в ряду прочих, предприятия металлургической отрасли отечественной тяжелой промышленности. Строительство большинства из них пришлось на первую половину прошлого века, когда вопросы природоохранной деятельности предприятий в лучшем случае были второстепенными. Об экологии задумались несколько позже, лишь в последние десятилетия прошлого столетия (например, история «Норильского никеля» свидетельствует о том, что металлургическое производство в Норильске было основано в 1935г., однако первые сероутилизирующие объекты появились только в начале 1980-х годов).

Сложившаяся ситуация требует  поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем, связанных с промышленным производством. Очевидно, что это должен быть целый комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предотвращение или существенное снижение неблагоприятного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и, как следствие, на здоровье человека.

 

4. Техника безопасности

1. Применяемые вагранки  должны быть закрытого типа  и оборудованы взрывобезопасными  устройствами для пылеочистки, дожигания отходящих колошниковых газов и перепуска газов из одной вагранки в другую.

Содержание окиси углерода в отходящих газах не должно превышать 0,1 %, пыли - не более 80 - 100 мг/м³.