д.т.н. И.Ф. Селянин, к.т.н. А.В. Феоктистов, О.Г. Модзелевская,
к.т.н. С.А. Бедарев

ФГБОУ ФПО Сибирский государственный индустриальный университет, Россия

Опыт эксплуатации исследовательских ваграночных комплексов по разработке ресурсосберегающих технологий ваграночной плавки

Плавка литейных сплавов является первичным и ответственным технологическим переделом, обеспечивающим литейные, прочностные и эксплуатационные характеристики сплава. В последние годы недостаточное внимание уделяется совершенствованию технологии ваграночной плавки чугуна и конструкций ваграночных комплексов. Вместе с тем вагранка в ряде случаев незаменима в условиях массового производства, при выплавке ограниченного количества марок чугуна и возможности ее использования в получении оксидных расплавов с дальнейшей их переработкой в теплоизоляционные изделия и других целей. Основными направлениями развития ваграночного процесса являются разработка ресурсосберегающих технологий плавки с применением заменителей кокса и их теоретическое обоснование, интенсификация ваграночного процесса, основанная на разработке комплекса мероприятий по определению влияния подогрева и увлажнения дутья на температуру получаемого расплава, обогащению дутья кислородом.

Исходя из выше перечисленного для проведения исследовательских работ в области экспериментирования с различными видами топлив и режимами ваграночной плавки на базе Сибирского государственного индустриального университета был спроектирован и построен исследовательский ваграночный комплекс (ИВК), принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.

Основными технологическими параметрами, характеризующими протекание ваграночного процесса, являются состав и температура отходящих газов (СО, СО₂ и О₂.), температура металла на выходе, расходы топлива и воздуха. Для забора и анализа этих газов, а также их температуры использовался газоанализатор VarioPlus Industrial фирмы MRU GmbH. Для определения температуры жидкого чугуна на выпуске, а также температуры кусков топлива в шахте вагранки использовался пирометр спектрального отношения С-3000.4 с диапазоном измерения 700 ÷ 2200 ºС.

Сбор экспериментальной информации производился с использованием персональных ЭВМ типа «IBM PC» с соответствующим измерительным модулем «Adam» аналого-цифрового преобразователя. Для управления работой измерительного комплекса разработано программное обеспечение.

1 – рекуператор; 2 – исследовательская вагранка; 3 – вентилятор высокого давления; 4 – подводящие воздушные тракты; 5 – средства измерения расходов, обеспечивающих дутьевой режим; 6 – газоанализатор; 7 – зонд газоанализатора; 8 – пирометр с устройством индикации; 9 – ноутбук; 10 – аналогово-цифровой преобразователь; 11 – пакет прикладных программ и система управления базами данных; 12 – установка для определения прочности твердого топлива

Рисунок 1 – Принципиальная схема ИВК

В результате лабораторных экспериментов была определена степень измельчения топлив (кокса и антрацита) по разработанной методике:

,

где C_т – степень измельчения топлива; – средний размер куска топлива до плавки, мм; – средний размер куска топлива после плавки, мм.

Экспериментальные плавки проводили на вагранке с использованием в качестве топлива кокса и антрацита различных фракций с применением подогрева и увлажнения дутья. Все технологические режимы процесса и гистограммы распределения кусков топлива до и после плавки приведены в работе [3].

Установлено, что на степень измельчения кусков кокса подогрев и увлажнение дутья практически не влияют, небольшие изменения размеров куска кокса связаны в большей степени с его выгоранием и в меньшей – с его растрескиванием. Степень измельчения кокса при проведении плавки на холодном дутье составляет С_т = 12 %; после плавки на подогретом дутье С_т = 6 %; на подогретом увлажненном дутье С_т = 9 %. Степень измельчения антрацита при проведении плавки на холодном дутье составляет С_т = 38 %; после плавки на подогретом дутье С_т = 29 %; на подогретом и увлажненном дутье С_т = 20 %.

Вывод. Полученные экспериментальные данные позволили разработать ресурсосберегающую технологию использования антрацита в ваграночном процессе при подогреве и увлажнении дутья.

Работа выполнена согласно заданию № 2014/213 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России (НИР № 2447).

Библиографический список

1 Установка и методика определения прочностных характеристик твердого топлива / И. Ф. Селянин, А. В. Феоктистов, С. А. Бедарев [и др.] // Литейное производство сегодня и завтра: тр. 9-й междунар. науч.-практ. конф. – Санкт-Петербург: Изд-во политех. ун-та, 2012. – С. 214 – 216.

2 Установка для исследования прочности твердого топлива, используемого в шахтных печах / И. Ф. Селянин, А. В. Феоктистов, И. Н. Филинберг [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2012. – № 6. – С. 23 – 26.

3 Феоктистов, А. В. Исследование фракционного состава топлива при плавке чугуна на лабораторно-ваграночном комплексе / А.В. Феоктистов // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии: сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т; ред. кол.: Л.П. Мышляев (главн. ред.) [и др.]. – Новокузнецк: СибГИУ, 2011. – Вып. 28. – С. 43 – 47.