Плавка металла и подготовка расплава

8.2 Плавка металла и подготовка расплава

8.2.1 Вагранки

Количество пыли и отходящих газов прямо связано с количеством кокса, расходуемого на тонну чугуна. Поэтому, все факторы, улучшающие термический КПД вагранки, также способствуют снижению выбросов из печи.

Возможные факторы, влияющие на плавку:

- Работа печи в максимально возможном оптимальном режиме. Для любой заданной вагранки, влияние скорости дутья и количества кокса на температуру выхода металла и скорость плавки может быть выражено в форме сетевого графика или диаграммы Jungblüth. Сетевой график правильно работает только для вагранки, для которой он был составлен. Он отображает зависимость температуры металла и скорости плавки от изменения скорости дутья и количества кокса и позволяет определить точки (или линии) оптимального термического КПД;

- Уход от избыточных температур расплава и уменьшение температуры перегрева, благодаря измерениям во время плавки металла;

- Однородная загрузка. Внимательность во время загрузки для получения равномерного распределения металла и кокса;

- Улучшенный контроль веса загрузки, воздушного потока и температуры металла;

Увеличенный энергетический кпд, снижение потребления коксов, уменьшение отходов.

Воздействие на различные среды отсутствует.

Эта методика относится ко всем новым и существующим вагранкам.

Оптимизация работы печи.

Хорошие практические результаты плавки отмечаются на всех литейных заводах, использующих вагранки.

Качество используемого кокса имеет прямое отношение к эффективности работы вагранки. Оно особенно влияет на температуру начального науглероживания и на содержание серы в чугуне. Спецификация литейного кокса включает в себя проверку содержания следующих элементов:

- Связанный углерод. Чем выше содержание углерода, тем выше теплотворная способность;

- Зольность. Высокая зольность нежелательна, так как она снижает теплотворную способность кокса и способствует образованию в вагранке больших объемов шлака;

- Летучие вещества. Наличие летучих веществ нежелательно, так как они снижают содержание связанного углерода и, следовательно, теплотворную способность кокса;

- Сера. Сера известна как нежелательный элемент для любого типа литейного чугуна и приводит к выбросам SO₂. Чем ниже содержание серы в коксе, тем лучше. Содержание серы в коксе зависит от содержания серы в поступающем угле. К сожалению, нет никаких известных методов удаления серы из угля;

- Влажность. Влажность кокса при его закладке в печь нежелательна, так как она снижает количество весового содержания углерода. Однако, для кокса необходима некоторая влажность, так как это уменьшает возможность возгорания на конвейерных лентах и в транспортных средствах;

- Размер. Размер литейного кокса непосредственно влияет на его расход на тонну расплавленного чугуна, а также на скорость плавки. Чтобы достигнуть оптимальных рабочих характеристик, размер кокса, полученного из коксовой печи, обычно должен соответствовать требуемому значению. Печной кокс должен иметь средний диаметр более 90 мм, при наличии не более 4 % фракции диаметром менее 50 мм. Содержание мелкой фракции будет влиять на выбросы пыли во время загрузки/разгрузки и работы.

Экологические эффекты от внедрения метода

Оптимизация размеров кокса позволяет получить более высокую эффективность процесса.

Воздействие на различные среды отсутствует.

Типичные свойства литейного кокса представлены в таблице 8.3.

Данные, представленные в таблице 8.3, взяты из спецификаций поставщиков. Местные стандарты могут использовать более высокие предельные значения.

Технология применима ко всем новым и существующим вагранкам.

Обычно, сырье с низким содержанием серы более дорого.

Улучшение эффективности работы литейного завода.

Эта методика обычно применяется на европейских литейных заводах, использующих вагранки.

[11], [3]

Флюс используется для перевода шлака в жидкое состояние, что способствует его отделению от чугуна и свободному вытеканию из вагранки. Обычно используемый флюс представляет собой известняк (углекислый кальций), который сжигается в шахте вагранки, формируя известь, основную окись, которая затем объединяется с другими шлакообразующими компонентами (главным образом кислотными), способствуя разжижению шлака.

Основность шлака определяется с помощью следующего отношения: (CaO% + MgO%)/SiO₂ %

Большинство вагранок работает с кислотным или немного основным шлаком (основность < 1.2). Основные вагранки (основность до 2) имеют три преимущества:

- более высокое содержание углерода;

- более низкое содержание серы;

- возможность загрузки более низкокачественного лома.

Но они имеют следующие недостатки:

- высокие потери кремния;

- высокие затраты на огнеупорные материалы, если вагранка имеет футеровку;

- высокая стоимость флюса;

- состав металла более труден для контроля, чем при кислотной плавке в вагранке.

В кислотных вагранках могут использоваться сухие фильтры. Шлак в основных вагранках имеет более высокую точку плавки. Таким образом, для разжижения шлака обычно используется флюс, основанный на CaF₂. В вагранках такого типа возможны выбросы фторсодержащих элементов. Это требует применения мокрых скрубберов для эффективного удаления этих элементов.

Эта технология относится ко всем новым и существующим вагранкам. Если используется основной шлак, то необходимо влажное обеспыливание.

Эта методика обычно применяется на европейских литейных заводах, использующих вагранки.

Требуемая высота шахты вагранок для различных скоростей плавки представлена в таблице 8.4. Эти значения оптимизируют степень подогрева падающей шихты. Однако если газ должен сгорать в зоне завалочного окна, то можно рассматривать уменьшенную высоту шахты. Обычно, чем короче шахта, тем более горячий ваграночный газ и более легкое сгорание – либо спонтанное, либо в камере дожигания.

Скорость плавки в вагранке (тонна/час)	Высота от фурмы до завалочного окна (м)
До 5	4,9
5-8	5,8
>8	6,7

Термический КПД вагранки, использующей холодное дутье, может быть увеличен при увеличении высоты шахты. Обычно, чем выше шахта, тем дольше отходящие газы остаются в контакте с шихтой, и шихте передается больше теплоты.

В зависимости от типа установки необходима оптимизация высоты, что позволит улучшить сгорание газов и увеличить эффективный нагрев шихты.

Воздействие на различные среды отсутствует.

Эксплуатационные данные представлены в таблице 8.5. Отличия включают удвоение объема верхней зоны. Это приводит к снижению расхода кокса от 140 до 115 кг/тонну, что является относительным уменьшением, равным 18 %. Необходимо отметить, что обычно оптимальная высота шахты определяется с помощью эмпирического правила: ‘высота = 5 x диаметров фурмы. Следовательно, начальное состояние печи, представленной в примере, близко к оптимальному.

Оптимизация высоты печи должна проводиться на стадии проектирования, в противном случае, увеличение высоты можно осуществить только во время выполнения серьезных работ по восстановлению печи.

Увеличение эффективности работы печи.

Эксплуатационные данные получены с завода во Франции.

Термический КПД вагранки с холодным дутьем может быть увеличен путем установки второго ряда сопел. Они обеспечивают подачу дополнительного кислорода над зоной горения, который способствует окислению СО в отходящих газах, СО, образовавшийся вследствие эндотермического восстановления CO₂ (кокс). При использовании этой технологии освобождается "латентная" теплота выхлопных газов, вследствие чего увеличивается термический КПД вагранки.

Вагранка с раздельным дутьем оборудуется двумя рядами сопел, каждый из которых обеспечивает заданное контролируемое количество воздуха. По сравнению с обычной вагранкой, оборудованной одним рядом сопел, вагранка с раздельным дутьем обеспечивает:

- более высокую температуру загружаемого металла и более высокую степень науглероживания, получаемого при данном расходе кокса;

- уменьшенное потребление кокса и, при необходимости, увеличенную скорость плавки, сохраняя при этом заданную температуру загружаемого металла.

Чтобы получить максимальную выгоду от раздельного дутья, подача воздуха должна быть разделена: 25 - 50% в верхней части и 75 – 50% внизу. 2 ряда сопел должны быть размещены через промежуток приблизительно 1 м (для холодного дутья) и 0,5 м (для горячего дутья). Каждый ряд сопел должен иметь свою собственную систему подачи воздуха.

Уменьшение расхода кокса и увеличение термического КПД.

Воздействие на различные среды отсутствует.

При помощи двух рядов корректно раздельных сопел, имеющих равномерно распределенный поток, температура загружаемого металла может быть увеличена, приблизительно, на 45 – 50 ºC при заданном расходе кокса. С другой стороны, расход кокса можно уменьшить на 20 – 32 %, а скорость плавки увеличить на 11 – 23 %. При работе с раздельным дутьем, но без уменьшения загрузки кокса, при более высокой температуре плавки, степень науглероживания будет немного увеличиваться (приблизительно на 0,06 %); потери кремния в расплаве также увеличатся, приблизительно на 0,18 %.

При работе с раздельным дутьем выгорание футеровки распространяется дальше в шахту печи. Следовательно, в начале плавки необходимо замерить и скорректировать высоту слоя кокса. При плавке с короткой продолжительностью, то есть длительность, которая не превышает, приблизительно, 2 – 3 часа, экономия при загрузке кокса обычно не компенсирует дополнительные требования к толщине слоя кокса. Однако, даже при коротких плавках, более высокая температура загружаемого металла и более высокая степень науглероживания, допустимые при использовании раздельного дутья, могут быть привлекательны для многих литейных заводов.

Другие задекларированные преимущества:

- температура отходящих газов составляет только 250 ºC, по сравнению с обычной вагранкой, где температура равна 450 ºC;

- можно использовать 100 % больших болванок переплавленного лома;

- возможно увеличение количества стального лома при загрузке металла.

Дополнительные Эксплуатационные данные представлены в Приложении 1.

Второй ряд сопел используется в качестве стандартных для новых вагранок с холодным дутьем и может применяться на существующих установках во время восстановительных работ. Эту технологию обычно не применяют для работы с горячим дутьем.

Раздельная вагранка хорошо показала себя на практике, как способ получения экономической выгоды при небольших инвестиционных затратах.

Капитальные затраты на преобразование существующих вагранок для работы с раздельным дутьем низки по сравнению с полученной прибылью. BCIRA приводил в пример один британский литейный завод, где период окупаемости составил около четырнадцати недель. Большой Канадский литейный завод получил прибыль 170000 канадских долларов в течение одного года при вложениях всего 18000. Дополнительным преимуществом, полученным при уменьшенном расходе кокса на тонну чугуна является более низкое содержание серы, это позволяет сэкономить на мероприятиях по очистке серы и дает более высокое качество чугуна.

Дополнительные данные по экономике представлены в Приложении 1.

Увеличение эффективности плавки.

Во Франции, все современные вагранки с холодным дутьем используют 2 ряда сопел: STAUB (Merville), FONTE ARDENNAISE (Vivier au court), BERNARD HUET (Vivier au court). Существует также 1, использующий горячее дутье с 2 рядами сопел: FIDAY GESTION (Chassey les Scey)

Термический КПД вагранки с холодным дутьем может быть увеличен путем обогащения кислородом, подаваемым для горения. Это способствует получению более высокой температуры сгорания кокса. Таким образом, расход кокса может быть уменьшен, или обеспечена более высокая температура загружаемого металла.

По сравнению с обычной работой, непрерывное использование кислорода дает одно из следующих преимуществ:

- более высокую температуру металла, более высокую степень науглероживания и более низкий угар кремния при плавке при одном и том же расходе кокса, или

- более низкий расход кокса при заданной температуре металла, без увеличения степени науглероживания или снижения угара кремния при плавке, или

- увеличенный выход из существующей вагранки, как результат увеличения скорости плавки. Инжекция кислорода обеспечивает ускорение реакции и далее компенсирует небольшие изменения в технологическом режиме. Таким образом, инжекция кислорода часто используется периодически, обычно всякий раз, когда процесс требует регулировки.

Эффективность кислорода зависит от метода, которым он подается в вагранку. Были разработаны три процесса:

- Прямое обогащение поступающего воздуха. Кислород подается в основной трубопровод, - эта методика применяется в большинстве вагранок с холодным дутьем;

Методы кислородной инжекции представлены на Рисунке 8.1.

Применение кислорода приводит к уменьшенному расходу кокса и лучшему контролю за технологическим процессом. Кроме того, сообщается о снижении в выбросе диоксинов и фурфуранов из вагранок с холодным дутьем (смотрите раздел 8.5.1.4).

Эта технология требует кислорода, который производится за пределами завода и включает потребление электроэнергии.

По сравнению с обычной работой с холодным дутьем с помощью одного ряда сопел, ожидается, что увеличение температуры загружаемого металла, полученное при заданной загрузке кокса, будет следующим:

- обогащение дутья - + 15 ºC

- инжекция в зону горения - + 85 ºC

- инжекция в сопла - + 40 ºC

Работа с раздельным дутьем при непосредственном обогащении воздушного потока, приводит к увеличению температуры загружаемого металла до 85 ºC, по сравнению с работой с холодным дутьем. При работе с раздельным дутьем, ни инжекция в зону горения, ни инжекция в сопла не дадут больших преимуществ по сравнению с обычным методом непосредственного впрыска.

Важным моментом при использовании кислорода должно быть увеличение скорости плавки существующей вагранки, увеличивая ее обычную оптимальную мощность плавки. В вагранках с раздельным дутьем скорость плавки увеличивается приблизительно на 6,8 %, а температура загружаемого металла примерно на 20 ºC на каждый 1 % непосредственного обогащения кислородом воздушного потока. Если увеличение температуры не требуется, и количество загружаемого кокса снижено, то при той же скорости дутья и степени обогащения кислородом может быть получено еще большее увеличение скорости плавки.

Дополнительные Эксплуатационные данные представлены в Приложении 1.

Сегодня почти все европейские вагранки с горячим дутьем нагнетают кислород через сопла. Для печей с холодным дутьем использование обогащения кислородом можно рассматривать как стандартную методику. В этом случае, обычно, используется обогащение потока. Уровень кислорода в окисляющей воздушной смеси обычно составляет 22 - 25 % (т.е. обогащение составляет 1 % - 4 %).

Результат, который оказывает использование кислорода на затраты при плавке, зависит от цены кислорода, которая, в свою очередь, связана с используемым количеством. Литейные заводы с большой производительностью могут закупать кислород более дешево. Экономический эффект от использования кислорода должен рассчитываться для каждого конкретного случая.

Существенное увеличение выхода дает возможность литейным заводам увеличить производительность без высоких капиталовложений в новые технологии и уменьшить затраты и сверхурочные выплаты настолько, что полное снижение затрат достаточно, чтобы компенсировать стоимость кислорода. При таких инновациях необходимо учитывать возможность изготовления дополнительных литейных форм и стержней.

Движущие силы внедрения

Оптимизация эффективности и контроля процесса плавки.

Эта методика обычно применяется на европейских литейных заводах, использующих вагранки.

Дополнительным способом увеличения температуры пламени является подогревание воздушного потока до 800 – 900 ºC. Для этого используется инжекция воздушной плазмы или нагревание в трубчатых нагревателях. Опыт показывает, что увеличение температуры дутья на 200 ºC, от 550 ºC до 750 ºC, что требует 60 кВтч на тонну чугуна, экономит 10 кг кокса на тонну расплава. Основным преимуществом, даже более важным, чем экономия кокса, является гибкость процесса: почасовой выход может быть увеличен на 30 % без изменения зоны плавки. Кроме того, применение подогрева позволяет использовать в качестве сырья от чистого литейного чугуна до стали, с последующим положительным экономическим результатом.

Сниженный расход кокса и увеличенная эффективность процесса.

Электрический нагрев вызывает увеличение потребления электроэнергии (58 кВтч/тонну).

Эксплуатационные данные представлены в Приложении 1. Нагревание воздушного потока приводит к потреблению меньшего объема отходящего газа по сравнению с работой вагранки с горячим дутьем. По сравнению с инжекцией кислорода, объем отходящего газа и потребление электроэнергии возрастет.

Методика относится к новым и уже существующим печам HBC.

Эта технология (как с электрическим, так и с плазменным нагреванием) позволяет достигнуть подобного результата при инжекции кислорода через сопла, но может использоваться в более сложных системах и требует большого объема отходящего газа. Кроме того, инжекция кислорода компенсирует утечки в воздушной магистрали.
Экономические показатели

Данные по экономике представлены в Приложении 1.

Оптимизация эффективности и управления процессом плавки.

PSA, Sept-Fons, Франция

Три литейных завода во Франции используют трубчатые нагреватели.

Справочная литература [73]

8.2.1.8 Минимальные периоды отключения дутья для HBC

Описание

Вагранка, имеющая периодическое дутье, не будет работать эффективно, что приведет к снижению температуры загружаемого металла, как показано на Рисунке 8.2.

- снижается средняя температура загружаемого и разливаемого металла и увеличивается степень изменения их состава, с последующим риском изготовления дефектных отливок;

- увеличивается изменения состава металла, особенно содержание углерода и кремния с опасностью отливки 'некондиционного' металла;

- увеличивается расход кокса, вследствие попыток оператора улучшить температуру загружаемого металла;

- изменяется степень образования раковин в чугуне и увеличивается его усадка.

Технологии формовки и отливки, поэтому, программируются при соблюдении разумных постоянных требований к металлу, таким образом, минимизируя или даже устраняя возможность кратковременных периодов отключения дутья или больших изменений его скорости.

В случае, когда неизбежны большие изменения расхода металла, можно рассматривать возможность установки электрической сортировочной печи. Это поможет обеспечить большой буферный резервуар для металла, компенсирующий изменения расхода так, чтобы вагранка могла работать непрерывно при разумной скорости дутья. Кроме того, это может использоваться для выравнивания изменений температуры и состава металла.

Экологические эффекты от внедрения метода

Снижение потребления кокса. Более высокий энергетический КПД процесса.

Работа электрической раздаточной печи вызывает повышенный расход энергии.

Эта метод применяется на всех новых и существующих вагранках.

Необходимо внимательно просчитать экономику установки раздаточной печи, особенно на литейных заводах с относительно низкой производительностью.

Увеличение эффективности процесса литейного завода.

Применяемый режим дутья представляет собой часть рабочих технологий на всех европейских литейных заводах, использующих вагранки.

В вагранке, не использующей кокс в качестве топлива, масса загружаемого металла нагревается при сгорании природного газа. Вместо традиционного коксового слоя, загружаемый металл попадает на подложку из огнеупорных сфер, расположенных на водоохлаждаемой решетке. Капли расплавленного металла проходят через эту подложку и собираются в металлоприемнике внизу печи. Срок службы сфер, подвергаемых воздействию температуры плавки металла, ограничен. Поэтому, безкоксовая вагранка работает при пониженной температуре (1400 ºC вместо 1500 ºC), и нагрев жидкого металла осуществляется в подсоединенной индукционной и газовой печи (дуплексная работа).

Окислительная атмосфера и относительно низкая температура пламени вызывают интенсификацию процессов окисления. Это ограничивает возможность загрузки стали. В производстве чугуна с шаровидным графитом используется максимальное количество стали, равное 35 %, хотя в обычной практике используется 20 %. Качество загружаемой стали должно точно контролироваться, так как безкоксовая вагранка более восприимчива зависанию шихты, чем вагранка, работающая на коксе.

В производстве чугуна с шаровидным графитом, важное преимущество безкоксовой вагранки состоит в отсутствии потребности к ресульфурированию, таким образом, расплав может использоваться сразу после рекарбюризации.

Экологические эффекты от внедрения метода

Помимо более высокого термического КПД, эта печь имеет другие преимущества, связанные с экологией. При сгорании природного газа вместо коксов в топочном газе происходят следующие изменения:

- меньше пыли (0.8 кг/т загружаемого металла, вместо 10 - 15 кг/т загружаемого металла для вагранки с холодным дутьем);

- отсутствие угарного газа CO или SO₂ , и меньшее содержание CO₂ (120 кг/т загружаемого металла, вместо 450 кг CO₂ на тонну загружаемого металла для вагранки с холодным дутьем);

- уменьшение скорости отходящего газа (495 м³/т загружаемого металла, вместо 770 м ³/т загружаемого металла для вагранки с холодным дутьем без водоохлаждаемого огнеупорного слоя), и, следовательно, установка для обеспыливания может быть спроектирована намного меньших размеров.

Воздействие на различные среды

Использование плавки в безкоксовой вагранке требует наличия дуплексного режима работы для обеспечения разогрева чугуна. При использовании индукционной электропечи возрастает потребность в электроэнергии, по сравнению с работой с использованием горячего дутья.

Эксплуатационные данные представлены в таблице 8.6. Печь обычно работает при коэффициенте использования воздуха λ = 1,15. Допустимая нагрузка печи может быть высокой (часто до 10 - 12 т/м².час). Количество сфер составляет 1 - 1.4 % от загружаемого металла. Энергетический КПД вагранки, без учета индукционной электропечи, находится в диапазоне 70 %.

Из-за отсутствия кокса (и CO), в системе безкоксовой печи не происходит никаких скрытых потерь теплоты. В шахте происходит полная рекуперация теплоты отходящего газа. При дуплексном режиме работы (например, вместе с индукционной электропечью) может быть получена эффективность в диапазоне 40 - 60 %. Термический КПД для вагранки, работающей на коксе, изменяется между 25 % (холодное дутье) и 45 % (горячее дутье, длительный процесс).

Сравнительные данные по выбросам для безкоксовых вагранок и вагранок с горячим дутьем представлены в таблице 8.7. Они соответствуют следующим конфигурациям:

- безкоксовая вагранка: отбор выпускных газов ниже шихты; окисляющая атмосфера (λ = 1.15); отсутствие дожигания; сухая фильтрация;

	Безкоксовая				Вагранка с горячим дутьем
	Условия работы		Нм³/т	кг/т	Условия работы		Нм³/т	кг/т
Газ	50 Нм³/т
Разход энергия	500 кВт/Нм³
	1,15
Кокс					12 %
Сталь					50 %
Науглероживание					1,9 %
Общее содержание углерода					9%
Топочный газ			550				2930
CO2		9,1 %	50	98		6 %	176	346
H2O		18,2 %	100			-
O2		2,7 %	15			15 %
CO		<1 %	<5,5	<6,9		10 мг/Нм³		29 г/т
NOx		155 - 375 мг/Нм³		85 - 210 г/т		205 мг/Нм³		150 г/т
SO2		-				100 мг/Нм³		300 г/т

Можно сделать следующие выводы:

- безкоксовая вагранка выбрасывает в пять раз меньше отходящих газов, чем вагранка с горячим дутьем. Это главным образом обусловлено последующим дожиганием, которое способствует поступлению дополнительного воздуха в камеру для дожигания вагранки с горячим дутьем. Как следствие этого, безкоксовая вагранка может быть оборудована более малой системой обработки отходящего газа;

- безкоксовая вагранка испускает в 3 - 4 раза меньше CO₂, чем вагранка с горячим дутьем;

- безкоксовая вагранка испускает больше CO, который сгорает в случае вагранки с горячим дутьем;

- уровни выбросов NO_x и SO₂ являются низкими, по сравнению с современными предельными значениями для выбросов (например, для Франции, 500 мг/нм³ и 300 мг/нм³, соответственно);

- если используется сухая фильтрация, то обе технологии имеют низкие значения по выбросам пыли.

Применимость

Технология применяется в новых установках, производящих большие серии изделий. Для безкоксовой вагранки необходим постоянный и непрерывный режим работы. Из-за высоких потерь на окисление и высокого риска зависания шихты, эта технология требует загрузки очищенного сырья с содержанием стали, максимум, 35 %. Так как отсутствует процесс сульфуризации, технология представляет особый интерес для производства чугуна с шаровидным графитом.

Данные относительно рабочих затрат (на 1999 г.) представлены в таблице 8.8, в сравнении с рабочими затратами для вагранок с горячим дутьем (установленными как100 %). Эти значения относятся к оборудованию, производительностью 12 т/час и основаны на изучении 3 безкоксовых вагранок, работающих в Европе.

Представленные в таблице значения, рассчитаны в 1999 г., однако с тех пор произошло увеличение цены кокса. Исходя из этих табличных данных, можно заключить, что в Европе безкоксовая вагранка, производительностью 12 т/час:

- производит более дорогой серый литейный чугун;

- производит чугун с шаровидным графитом при цене, весьма подобной цене для вагранки с горячим дутьем.

Сравнение очень зависит от местной цены на энергию и материалы.

Движущие силы внедрения

Снижение выбросов вагранки.

- Düker, Laufach (Германия): 15 т/час для производства чугуна с шаровидным графитом

- Düker-Kuttner, Lingotes Especiales, Valladolid (Европа): 16 т/час для производства серого чугуна с шаровидным графитом

- Hayes Hydraulic Castings (Великобритания), 5 - 6 т/час для производства ковкого чугуна с шаровидным графитом.

Принцип работы вагранки, использующей кокс и газ, - часть кокса заменяется газом. Существует две технологии для сжигания природного газа в вагранке:

- использование топливовоздушных горелок, расположенных выше сопел дутья;

- использование кислородных горелок, расположенных непосредственно в соплах для дутья.

В настоящее время, вагранки, использующие кокс/воздушно-газовую смесь, находят ограниченное применение в Европе. Это может быть обусловлено трудностями управления процессом и большой сложностью конструкции оболочки печи.

В 1994 г. были внедрены воздушно-газовые горелки. Помимо сжигания воздушно-газовое смеси, это допускало введение пыли в сопла для дутья для рециркуляции, хотя практически эта опция не применялась. Воздушно-газовые горелки размещаются в 1/3 – 1/2 сопел. Приблизительно 10 % энергии сгорания кокса замещается природным газом, приводя к расходу газа 8 - 16 нм³/тонну. Это связано с полным потреблением кислорода (горелки + форсунки для кислорода) от 40 до 60 нм³/тонну. Применение этой технологии способствует большой гибкости в производстве и/или металлургии.

Результат и использование воздушно-газовых горелок зависят от конкретной вагранки. В вагранках с холодным дутьем данная технология используется для упрощения перезапуска или для снижения количества потребляемого кокса. В технологии с горячим дутьем эта метод используется для увеличения производительности печи без изменения системы загрузки металла. Замена части кокса на CH₄ приводит к снижению объема отходящего газа. Это используется для увеличения производительности печи, без установки дополнительной системы очистки отходящего газа.

Эта технология приводит к увеличению содержания углерода в расплаве и позволяет увеличить количество стали в шихте. Процесс обеспечивает способ инжектирования FeSi в виде порошка, который менее дорог, по сравнению с рудой. Эти свойства приводят к получению экономического эффекта.

Замена части кокса на CH₄ приводит к снижению объема отходящего газа. Кроме того, образуется более горючий топочный газ, благодаря высокому содержанию CO и H₂. Если используется процесс дожигания, то в результирующих отходящих газах будет низкий уровень органических соединений и CO.

Замена кокса на природный газ снижает уровень выброса SO₂.

Эта технология позволяет вводить в расплав вторичную пыль вагранки. Хотя, после некоторых начальных попыток, такое применение полностью не развилось.

Сокращение уровня кокса, используемого в вагранке, увеличивает риск зависания шихты.

Воздействие на различные среды

Производство, хранение и использование кислорода увеличивает риск. Производство кислорода осуществляется путем криогенной перегонки или вакуумной (под давлением) адсорбции, причем оба этих процесса требуют дополнительного расхода электроэнергии. Потребление O₂ при использовании последней технологии составляет 0,35 – 0,38 кВтч/нм³O₂. Производство кислорода часто осуществляется внешним поставщиком, который поставляет кислород в резервуары для хранения или прямо по трубопроводу.

Литейный завод AGA-Rayburn Foundry (Coalbrookdale, Великобритания) оборудован кислородными горелками в 3 из 8 сопел для дутья в вагранках с холодным дутьем, что позволило уменьшить полный расход кокса от 15 % до 10 %. Это привело к уменьшению содержания серы в производстве чугуна, что впоследствии позволило снизить количество используемого чугуна в чушках, и, следовательно, дало экономический эффект.

Литейный завод Fritzwinter (Германия) оборудован кислородными горелками в 3 из 6 сопел для дутья в вагранках с горячим дутьем производительностью 20 – 25 т/час. Это позволило увеличить производительность до 28 т/час без изменения системы загрузки и системы очистки отходящего газа. Данные по составу отходящего газа перед сгоранием представлены в таблице 8.9.
Таблица 8.9 - Влияние воздушно-газовых горелок на состав отходящего газа для вагранки с горячим дутьем, в % [75]

	С кислородом без воздушно-газовых горелок	С кислородом с воздушно-газовыми горелками
H2	0,8 - 1,2	2,2 - 2,4
CO	14 - 15	19
O2	2	2

Применимость

Эта технология может применяться как в вагранке с холодным, так и с горячим дутьем, как в новых, так и в существующих установках. Преимущества, полученные при применении этой технологии (увеличенная гибкость, экономическая прибыль, снижение объема отходящего газа, увеличенная производительность), будут зависеть от конкретного режима плавки, используемого в рассматриваемой установке. По сообщениям, метод вызывает трудности по управлению процессом и также увеличивает сложности конструкции оболочки печи.

Рабочие затраты до и после перевода вагранки с холодным дутьем на работу с кислородом для вышеуказанного литейного завода Aga-Rayburn Аги (Великобритания) представлены в таблице 8.10. Цены являются прогнозными, по расчетам CTIF (Франция).

Рабочие затраты уменьшаются от 105 евро до 94 евро за тонну расплавленного металла. Экономический эффект в основном может быть обусловлен снижением применения чугуна в чушках. Это также подтверждает тот факт, что баланс будет отличаться для каждого конкретного литейного завода.

Увеличение гибкости литейного завода и/или увеличение производительности существующих установок, не изменяя их конструкции.

- Литейный завод AGA-Rayburn (Coalbrookdale, Великобритания)

- Литейный завод Fritzwinter (Германия)

Справочная литература [73], [75]