Расчет и построение модели копильника емкостью 12,6 тонн

1 ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

       «Вагранка - шахтная печь для плавки чугуна в литейном производстве. До 2-й половины 18 в. металл для чугунолитейного производства получали непосредственно из руды в доменных печах. Позже в небольших доменных печах стали переплавлять литейный чугун и лом. Эти печи и явились прототипом современной ваграночной печи. Появление вагранки положило начало независимому от доменных печей существованию чугунолитейного производства. Современная вагранка — шахта в виде вертикального стального цилиндра с толщиной стенок 6—10 мм, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом и установленного на подовую плиту, покоящуюся на колоннах.

         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 вагранки начинается с загрузки на горящие дрова 1-й порции кокса (холостой 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 дутье, 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 вагранки или стекает в копильник 6, откуда он по мере надобности выпускается через нижнюю лётку ковша для разливки в формы.  Флюсы, сплавляясь с золой топлива, сплавившейся футеровкой и окислами, образуют шлак, который выпускают через верхнюю шлаковую лётку, расположенную в верхней части горна или копильника.

         Вагранки, изготовляемые в СССР, нормализованы в зависимости от их производительности и выпускаются диаметром от 0,5 до 1,3 м, производительностью 1—3—5—7—10 т/ч. В цехах серийного производства крупного литья строят также В. производительностью 20—30 т/ч. Основное топливо — литейный кокс, который частично заменяют литейным антрацитом, термоантрацитом или коксобрикетами. Применение коксобрикетов снижает расход топлива, повышает производительность вагранки, уменьшает содержание серы в чугуне и улучшает его свойства. Металлическая шихта вагранки состоит из доменного литейного чугуна в чушках, чугунного лома, собственного возврата литейного цеха, стального скрапа и ферросплавов. Воздух подаётся от воздуходувки под давлением 5—17 кн/м2 (500—1700 мм вод. ст.) через воздушную коробку 5 и фурмы в зону горения топлива. Для более равномерного распределения вдуваемого воздуха по сечению вагранки была разработана впервые в СССР Л. М. Мариенбахом и внедрена система двух и более рядов фурм (от 4 до 8 фурм в каждом ряду). Это снизило расход топлива на 15—20% и повысило производительность В. на 25% с одновременным повышением температуры металла.

         Для интенсификации процесса плавки в вагранке применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, добавление газообразного топлива. Обогащение дутья кислородом, впервые осуществленное в СССР (1944) по предложению Л. И. Леви, уменьшает удельный объём продуктов горения и повышает температуру газов. В зависимости от степени обогащения расход топлива снижается на 30—50%, производительность вагранки повышается на 40—80%, а температура жидкого чугуна достигает 1500°С (вместо 1300—1320°С). Частичная замена кокса природным газом в вагранке производится вдуванием продуктов горения газов в верхнюю часть холостой колоши; это значительно проще, чем подогрев дутья, и экономически более эффективно. Для плавки чугуна применяют и специальные газовые вагранки (рис. 2), работающие только на газообразном топливе, на основе противотока газа и металла, что позволяет длительное время стабильно вести плавку. Производительность вагранки варьируется в широких пределах и зависит от её размеров и расхода газа.

        Вследствие разрушения футеровки в плавильном поясе В. работают по 12—18 ч, после чего подвергаются текущему ремонту. При необходимости ежедневной или круглосуточной выплавки чугуна работают попеременно на 2 или 3 вагранки. В 1951 в СССР Н. А. Баринов создал для чугунолитейного производства водоохлаждаемые вагранки непрерывного действия, позволяющие вести плавку в течение 100—120 ч без текущего ремонта футеровки.

         Во избежание загрязнения атмосферы  колошниковой пылью и отходящими  газами разрешается строительство только так называемых закрытых В., оборудованных рекуператорами, пылеулавливателями и газоочистными устройствами, системой автоматических приборов и регуляторов. На рис. 3 показана конструкция унифицированной закрытой вагранки. Отличительная особенность её — доменный профиль плавильной зоны. Предусмотрен выпуск таких вагранок диаметром от 0,7 до 2,1 м, производительностью от 4,5 до 30 т/ч.

Рисунок 1.1- Схематический разрез вагранки: 1 — горн; 2 — шахта; 3 — труба; 4 — искрогаситель; 5 — воздушная коробка; 6 — копильник; 7 — фурмы; 8 — лётка для выпуска металла.

Рисунок 1.2- Схематический разрез газовой вагранки: 1 — нижний уступ верхней зоны шахты; 2 — верхний уступ верхней зоны шахты; 3 — переходная лётка; 4 — копильник; 5 — газовые горелки.

Рисунок 1. 3- Схематический разрез закрытой вагранки: 1 — горн; 2 — фурма; 3 — воздушная коробка; 4 — шахта; d1 — наибольший диаметр распада; d2 — диаметр узкой части вагранки.

Рисунок 1.4- Вагранка с копильником

       Для уменьшения угара чугун тотчас после расплавления нужно выпускать в копильник. При отсутствии копильника изоляция поверхности накопленного в горне металла достигается за счет глубины горна» [2].

       Рассмотрим как отдельную составляющую ваграночной печи - копильник.

       «Копильник – металлоприемник в передней нижней части вагранки, где скапливается стекающий из горна расплавленный перегретый чугун; по мере надобности чугун выпускают через летку в ковш. При отливке крупных деталей копильник обеспечивает выравнивание состава тела» [3].

       «Копильник вагранки разделен продольной вертикальной перегородкой  на две камеры для накопления чугуна и приготовления жидкого алюминия. Каждая камера снабжена переходной, шлаковой и металлической летками. Переходные и металлические летки попарно соединены в единые каналы. Это позволяет снизить энергетические затраты за счет использования тепла отходящих ваграночных газов для расплавления алюминия.

       Целесообразно с целью экономии энергетических затрат совместить при плавке чугуна в вагранке как расплавление чугуна так и расплавление алюминия с последующим их смешиванием. Эту операцию наиболее удобнее выполнить в копильнике вагранки, используя тепло отходящих в шлаковую летку газов.  

       Копильник предназначен для накопления чугуна. Недостатком копильника является то, что в нем нельзя производить жидкое легирование и раскисление чугуна аллюминием. Тепло отходящих газов в копильнике не используется и безвозвратно теряется.

       Копильник вагранки содержит: футерованный корпус, переходную летку и летки для выпуска шлака и металла» [4].