Способ выплавки чугуна в вагранках (варианты)

007553 Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам выплавки чугуна в вагранках с использованием топливных колош, содержащих кокс и антрацит. Известно использование каменноугольного литейного кокса в качестве топливных колош для выплавки чугуна в вагранках. Преимуществом кокса является его пористость, что обеспечивает объемное горение, а его низкая реакционная способность обеспечивает получение выше фурм высокотемпературной зоны горения, где происходит плавление и перегрев металла. Высококачественный кокс, имея достаточно высокую теплоту сгорания (6620 ккал/кг и выше), обеспечивает получение температуры чугуна на желобе вагранки в среднем 1400 С. В последнее время в силу различных причин отмечается ухудшение качества кокса из-за большого количества мелочи, большой зольности и т.д., что снижает его теплоту сгорания (в среднем 6300-6260 ккал/кг) и для обеспечения необходимой температуры чугуна, выплавляемого в вагранках, вынуждены идти на перерасход дорогостоящего кокса. Известно использование антрацита в качестве топлива для вагранок [1]. Антрацит имеет теплоту сгорания значительно выше, чем кокс (7072 ккал/кг и выше), однако, обладает низкой пористостью, термической стойкостью и механической прочностью. Чтобы повысить данные характеристики антрацит подвергают термической обработке и получают термоантрацит. Однако промышленность прекратила выпуск термоантрацита или выпускает его в ограниченных количествах. В настоящее время стал доступен для использования обогащенный антрацит, имеющий очень высокую механическую прочность и термическую устойчивость. Такой антрацит в 3-4 раза дешевле кокса,что открывает возможность его эффективного использования в составах топливных колош при выплавке чугуна в вагранках. Еще одним направлением повышения эффективности плавки чугуна в вагранках является использование комбинированных по составу топливных колош, включающих, например, кокс и антрацит. Наиболее близким к заявляемому способу по составу и по соотношению компонентов используемой топливной колоши является способ, в котором топливная колоша содержит кокс: 100 мас.% и сверх 100 мас.% кокса, от 25 до 100 мас.% антрацита [2]. Недостатком таких составов топливных колош и, соответственно, способа является то, что увеличенная масса топливной колоши (добавка антрацита сверх 100 мас.% от нормативного расхода кокса) требует соответствующего увеличения массы металлической колоши вагранки. Как правило, в условиях установившейся почасовой потребности в жидком чугуне его избыток приводит к остановке дутья, что нарушает ход плавки, увеличивает расход топлива из-за самоплава. Задачей изобретения является предложение способа выплавки чугуна в вагранке, в котором за счет оптимизации состава топливной колоши достигалась бы значительная экономия дорогостоящего кокса с обеспечением температуры чугуна в технологически необходимых пределах и сохранением массы металлозавалки в соответствии с установившимся постоянным отбором металла. Должна обеспечиваться также возможность использования мелкого некачественного кокса, в том числе без отсева мелких фракций, быстрого повышения температуры чугуна после простоев вагранки, исключения образования зашлакования ствола и настылей на фурмах вагранок. Поставленная задача решается способом выплавки чугуна в вагранке, включающим загрузку в вагранку топливной колоши, содержащей кокс и антрацит, и металлической колоши, в котором загружают топливную колошу, содержащую высококачественный кокс с теплотой сгорания Qк 6620 ккал/кг и антрацит при следующем соотношении, мас.%: Кокс 50-90 Антрацит 10-50 из расчета 10-16 мас.% от массы металлической колоши. Поставленная задача решается также способом выплавки чугуна в вагранках, включающим загрузку в вагранку топливной колоши, содержащей кокс и антрацит, и металлозавалки, в котором загружают топливную колошу, содержащую мелкий некачественный кокс с теплотой сгорания Qк 6620 ккал/кг и антрацит при следующем соотношении, мас.%: Кокс 50-80 Антрацит 20-50 из расчета 12-18 мас.% от массы металлической колоши. Предпочтительным в любом из вариантов исполнения является такой способ, при котором загружают топливную колошу, содержащую кокс с теплотой сгорания Qк и антрацит с теплотой сгорания Qa,при условии, что 1Qa:Qк+a1,13, где Qк+a -суммарная теплота сгорания кокса и антрацита. Независимо от варианта выполнения способа в составе топливной колоши предпочтительно используют антрацит фракции 70-150 мм. Ниже изобретение будет более подробно рассмотрено на ряде примеров плавки чугуна в вагранке в соответствии с обоими вариантами выполнения заявляемого способа. Примеры 1-16 и сравнительные примеры 17-20. Плавку чугуна производили в вагранке производительностью 5 т/ч с массой металлической колоши-1 007553 650 кг и расходом топлива 100 кг или 14,8-15,4% от массы металлозавалки в зависимости от качества кокса. Производили плавку чугуна в соответствии с первым вариантом выполнения заявляемого способа с использованием в составе топливной колоши 10-50% антрацита, остальное кокс с теплотой сгорания 6620 ккал/кг. В ряде плавок в соответствии с примерами 1-16 изменяли соотношение компонентов топливной колоши в условиях, что 100 мас.% топливной колоши составляет 10-16 мас.% от металлозавалки,а соотношение кокса и антрацита составляет, мас.%: Кокс 50-90 Антрацит 10-50 Результаты плавок (примеры 1-16) и расчеты по использованию кокса, кокса с антрацитом, а также сравнительные данные по результатам плавок известными способами с использованием известных составов топливных колош (сравнительные примеры 17-20), принятых в качестве прототипа, приведены в табл. 1. Сравнительный анализ показателей плавки с использованием предложенных способов показал, что оптимальные результаты плавки достигаются при использовании составов, содержащих высококачественный кокс с теплотой сгорания не ниже 6620 ккал/кг и антрацит, в количестве 10-50% антрацита, остальное кокс. При этом достигается повышение температуры чугуна с 1400 до 1450 С. С технологической точки зрения такое повышение температуры является оправданным и подтверждается соотношением тепловых характеристик антрацита и топливных колош с коксом и антрацитом, которые имеют следующие значения 1:(1,060-1,033). Способ с использованием менее 10% антрацита в составе топливной колоши мало эффективен, так как повышение температуры чугуна весьма незначительно и составляет около 4 С. Способ с использованием более 50% антрацита в составе топливной колоши нецелесообразен из-за сверхнормативного повышения температуры чугуна. Кроме того, антрацит, имея малую пористость, при большом содержании в составе топливной колоши может привести к нарушению хода плавки вагранки из-за большого сопротивления прохождению воздуха через образовавшуюся спекшуюся корку. Как видно из табл. 1, использование антрацита в составе топливной колоши приводит к уменьшению расхода топлива по отношению к металлозавалке в условиях примеров 1-16 с 14,8 до 14,2 мас.%. Так,например, если при использовании в составе топливной колоши 100 мас.% кокса в количестве 14,8 мас.% от металлозавалки, то при использовании топливной колоши, содержащей 10-50 мас.% антрацита, остальное кокс, расход топлива уменьшается до 14,6-14,2 мас.%. Экономия кокса при соотношении теплоты сгорания антрацита и суммарной теплоты сгорания кокса и антрацита, равном 1:(1,06-1,033), составляет от 5,3 до 67,7% при постоянной металлозавалке. Анализ способов выплавки чугуна в вагранках с использованием известных составов топливных колош с коксом и антрацитом, взятых в качестве прототипа, показывает следующее. В известных способах используют составы, содержащие от 25 до 100 мас.% антрацита сверх 100 мас.% кокса. Как видно из табл. 1, теплота сгорания топливных колош, содержащих 100 мас.% кокса и от 25 до 100 мас.% антрацита увеличивается примерно в 1,3-2 раза. Расчетные значения температур металла достигают нереальных величин, для компенсации которых требуется существенное увеличение массы металлических колош от 127 до 206%. Так, например, при использовании 25 мас.% антрацита сверх 100 мас.% кокса, температура чугуна по расчету может повысится до 1774 С, что, с одной стороны, в практике маловероятно, а, с другой стороны, требует увеличения массы металлозавалки, например, с 650 кг до 6501773/1400=830 кг. Это может привести к излишку металла при установившемся его почасовом расходе в условиях массового производства, остановке дутья для уменьшений количества выплавляемого чугуна, что приводит к нарушению хода ваграночного процесса. Примеры 21, 22 и сравнительный пример 23. При нарушении хода ваграночного процесса из-за некачественного кокса (теплота сгорания ниже 6620 ккал/кг) отмечено положительное влияние предложенного способа с использованием предложенных составов топливных колош на стабилизацию плавки и повышения температуры чугуна. Результаты приведены в табл. 2. Для стабилизации хода ваграночного процесса при использовании некачественного кокса (для примеров 21 и 22 с теплотой сгорания 6260 ккал/кг) в соответствии с заявляемым способом должно быть предусмотрено содержание в топливной колоше 30-50 мас.% антрацита, остальное кокс. Менее 30 мас.% не обеспечивает получение достаточно высокой температуры для расплавления настылей на фурмах. Более 50 мас.% антрацита в составе топливной колоши нецелесообразно по причинам,указанным выше. Экономический эффект от применения способа с использованием топливной колоши, содержащей кокс и антрацит в указанных выше количествах, будет обеспечен за счет более низкой, в 3-4 раза, стоимости антрацита по сравнению с коксом, снижения брака литья по спаям, недоливам, газовым раковинам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выплавки чугуна, включающий загрузку в вагранку топливной колоши, содержащей кокс и антрацит, и металлической колоши, отличающийся тем, что загружают топливную колошу, содержа-3 007553 щую высококачественный кокс с теплотой сгорания Qк 6620 ккал/кг и антрацит при следующем соотношении, мас.%: кокс - 50-90, антрацит - 10-50 из расчета 10-16 мас.% от массы металлической колоши. 2. Способ выплавки чугуна, включающий загрузку в вагранку топливной колоши, содержащей кокс и антрацит, и металлозавалки, отличающийся тем, что загружают топливную колошу, содержащую мелкий некачественных кокс с теплотой сгорания Qк 6620 ккал/кг и антрацит при следующем соотношении,мас.%: кокс - 50-80, антрацит - 20-50 из расчета 12-18 мас.% от массы металлической колоши. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что загружают топливную колошу, содержащую кокс с теплотой сгорания Qк и антрацит с теплотой сгорания Qa, при условии, что 1Qa:Qк+a1,13,где Qк+а - суммарная теплота сгорания кокса и антрацита. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что загружают топливную колошу, содержащую антрацит фракции 70-150 мм.