RU2333437C1 - Method of melting in cupola furnace - Google Patents

Method of melting in cupola furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2333437C1
RU2333437C1 RU2007104738/02A RU2007104738A RU2333437C1 RU 2333437 C1 RU2333437 C1 RU 2333437C1 RU 2007104738/02 A RU2007104738/02 A RU 2007104738/02A RU 2007104738 A RU2007104738 A RU 2007104738A RU 2333437 C1 RU2333437 C1 RU 2333437C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melting
fuel
cupola
combustion products
flow rate
Prior art date
Application number
RU2007104738/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Алексеевич Черный
Вадим Анатольевич Черный
Светлана Ивановна Соломонидина
Тамара Николаевна Фролова
Original Assignee
Пензенский государственный университет (ПГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пензенский государственный университет (ПГУ) filed Critical Пензенский государственный университет (ПГУ)
Priority to RU2007104738/02A priority Critical patent/RU2333437C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333437C1 publication Critical patent/RU2333437C1/en

Links

Landscapes

  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry, metal melting.
SUBSTANCE: invention concerns ferric metallurgy, particularly melting. The method involves burning fuel, heating and melting material by fuel combustion products charged to the shaft. Fuel combustion products are transferred to the heated material at alternating feed rate within 2-60% of average feed rate with alternation frequency of 3-120 changes per minute. Fuel combustion product feed rate changes being less, the higher is feed rate alternation frequency in time.
EFFECT: increased cupola furnace productivity and temperature of obtained liquid material.
1 ex,1 tbl

Description

Предлагаемый способ относится к металлургии и может быть использован в литейном производстве при плавке материала в вагранке.The proposed method relates to metallurgy and can be used in foundry for melting material in a cupola.

Известен способ плавки чугуна в вагранке, согласно которому в шахту загружают твердое топливо - кокс, разжигают кокс, создают холостую колошу, продувают ее воздухом, доводят температуру в холостой колоше до 1700°С и выше, на разогретую холостую колошу заваливают шихту, подают в фурмы воздух до 1000 м3 при нормальных условиях из расчета получения 1 тонны жидкого чугуна при стабильной, постоянной подаче воздуха на сжигание топлива, плавят чугун, выпускают его из вагранки и используют для заливки форм. При этом способе плавки образуются продукты сгорания топлива прямо пропорционально количеству вдуваемого воздуха, причем продукты сгорания движутся в шахте между кусками шихты по пути наименьшего сопротивления преимущественно у стенок шахты (Ладыженский Б.Н., Орешкин В.Д., Сухарук Ю.С. Литейное производство. Под ред. к.т.н. В.Д.Орешкина. - М. - Свердловск, 1953, стр.92-97; Леви Л.И., Мариенбах Л.М. Основы теории металлургических процессов и технология плавки литейных сплавов. - М.: Машиностроение, 1970, стр.171-182; Литейное производство. Под ред. И.Б.Куманина. - М.: Машиностроение, 1971, стр.226-234; Баринов Н.А. Водоохлаждаемые вагранки и их металлургические возможности. - М.: Машиностроение, 1964, стр.22-38.). Недостатком известного способа является неэффективное использование тепла продуктов сгорания топлива, преимущественное движение газов у стенок шахты, оплавление огнеупорной футеровки шахты, необходимость применения водяного охлаждения шахты, что приводит к увеличению тепловых потерь и снижению термического коэффициента полезного действия плавильного агрегата.There is a known method of smelting cast iron in a cupola, according to which solid fuel is loaded into the mine — coke, kindle coke, create a blank spike, blow it with air, bring the temperature in a blank spike to 1700 ° C and higher, load the mixture onto a heated blank spike, feed it into tuyeres air up to 1000 m 3 under normal conditions, based on the production of 1 ton of molten cast iron with a stable, constant supply of air for fuel combustion, smelted cast iron, released from a cupola and used to fill molds. With this smelting method, the products of combustion of fuel are formed in direct proportion to the amount of blown air, and the products of combustion move in the mine between pieces of charge along the path of least resistance mainly at the walls of the mine (Ladyzhensky B.N., Oreshkin V.D., Sukharuk Yu.S. Liteinoe production.Edited by Ph.D. V.D.Oreshkin. - M. - Sverdlovsk, 1953, pp. 92-97; Levy L.I., Marienbach L.M. Fundamentals of the theory of metallurgical processes and casting technology alloys. - M.: Mechanical Engineering, 1970, pp. 171-182; Foundry. Edited by I. B. Kumanin . - M.: Mechanical Engineering, 1971, pp. 226-234; Barinov N.A. Water-cooled cupolas and their metallurgical capabilities. - M.: Mechanical Engineering, 1964, pp. 22-38.). The disadvantage of this method is the inefficient use of heat from the products of fuel combustion, the predominant movement of gases at the walls of the mine, the melting of the refractory lining of the mine, the need for water cooling of the mine, which leads to an increase in heat loss and a decrease in the thermal efficiency of the melting unit.

Известны способы плавки материала в коксовых и газовых вагранках с оптимальной формой шахты типа доменной (Грачев В.А., Черный А.А. Современные методы плавки чугуна. - Саратов: Приволжское книжное издательство, 1973, стр.26-31; Опыт плавки чугуна в газовой вагранке / Е.Д.Сосновский, Н.А.Горелов, В.Н.Моргунов, В.П.Гуськов // Литейное производство, 1996, №5, стр.9-10; Черный А.А. Газовая вагранка. Авторское свидетельство СССР №873739, Кл.3 F27B 1/08). В этих вагранках изменение формы шахты с цилиндрической на более сложную, типа доменной, позволяет улучшить распределение горячих продуктов сгорания по сечениям шахты, сделать более равномерным движение горячих газов, повысить производительность плавильных агрегатов, но эффективность работы этих агрегатов уменьшается по мере увеличения диаметров шахты.Known methods of melting material in coke oven and gas cupolas with the optimal shape of a mine of a blast furnace type (Grachev V.A., Cherny A.A. Modern methods of cast iron melting. - Saratov: Volga Book Publishing House, 1973, pp. 26-31; Experience in cast iron melting in a gas cupola / E. D. Sosnovsky, N. A. Gorelov, V. N. Morgunov, V. P. Guskov // Foundry, 1996, No. 5, pp. 9-10; Cherny A. A. Gas cupola USSR Author's Certificate No. 873739, Cl. 3 F27B 1/08). In these cupolas, changing the shape of the shaft from a cylindrical to a more complex one, such as a blast furnace, improves the distribution of hot combustion products over the sections of the shaft, makes the movement of hot gases more uniform, improves the performance of the melting units, but the efficiency of these units decreases with increasing diameter of the shaft.

Техническим результатом предлагаемого способа является достижение многократного перераспределения горячих газов в шахте вагранки, интенсификации турбулизации газовых потоков в слоях нагреваемого материала, улучшение теплопередачи от горячих газов шихте, уменьшение тепловых потерь, увеличение производительности вагранки, повышение температуры получаемого жидкого материала, экономия топлива, повышение термического коэффициента полезного действия теплового агрегата.The technical result of the proposed method is to achieve multiple redistribution of hot gases in the cupola mine, to intensify the turbulization of gas flows in the layers of the heated material, to improve the heat transfer from the hot gases to the charge, to reduce heat losses, to increase the cupola productivity, to increase the temperature of the resulting liquid material, to save fuel, and to increase the thermal coefficient the usefulness of the thermal unit.

Сущность предлагаемого способа плавки материала в вагранке заключается в том, что сжигают топливо, нагревают и плавят материал поступающими в шахту продуктами сгорания, но в отличие от известных способов, продукты сгорания топлива подают к нагреваемому материалу попеременно, то увеличивая, то уменьшая расход в пределах 2-60 процентов от средней величины расхода с частотой изменения этого расхода 3-120 колебаний в минуту, причем, чем меньше величина изменения расхода продуктов сгорания, тем больше частота колебаний расхода этих продуктов во времени.The essence of the proposed method of melting material in a cupola is that they burn fuel, heat and melt the material coming into the mine combustion products, but unlike the known methods, the combustion products of the fuel are fed to the heated material alternately, increasing or decreasing the flow rate within 2 -60 percent of the average flow rate with a frequency of change of this flow rate of 3-120 vibrations per minute, and the smaller the change in the flow rate of combustion products, the greater the frequency of fluctuations in the flow rate of these products during time.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет достигать многократного перераспределения горячих газов в шахте вагранки, интенсифицировать турбулизацию газовых потоков в слоях нагреваемого материала, улучшить теплопередачу от горячих газов шихте, уменьшить тепловые потери, увеличить термический коэффициент полезного действия (кпд), повысить производительность теплового агрегата, уменьшить расход топлива на 1 тонну получаемого жидкого материала.This combination of new features with the known ones allows achieving multiple redistribution of hot gases in the cupola mine, intensifying the turbulization of gas flows in the layers of the heated material, improving heat transfer from hot gases to the charge, reducing heat losses, increasing thermal efficiency (efficiency), increasing the performance of the heat unit, reduce fuel consumption by 1 ton of the resulting liquid material.

Способ осуществляется следующим образом. Продуктами сгорания топлива нагревают материалы (куски) холостой колоши в шахтной печи, повышая постепенно температуру до 1650-1700°С. Затем загружают шихту, устанавливают средний расход продуктов сгорания, исходя из требуемой производительности плавильного агрегата. После стабилизации процесса плавки и выпуска жидкого материала с требуемой температурой подают продукты сгорания к нагреваемому материалу в шахте попеременно, то увеличивая, то уменьшая расход R в пределах 2-60 процентов от средней величины расхода с частотой N изменения этого расхода 3-120 колебаний в минуту. Чем меньше величина изменения расхода продуктов сгорания, тем больше может быть частота колебаний расхода этих продуктов во времени. Расход продуктов сгорания определяют по расходу воздуха, подаваемого на сжигание топлива. При изменениях расхода продуктов сгорания и прочих одинаковых условиях изменяется глубина проникновения струй газа в шахте, перераспределяются газовые потоки, турбулизируются горячие газы у нагреваемого материала, интенсифицируется теплопередача, достигается экономичность процесса плавки. При R<2 резко уменьшается турбулизация в слоях шихты, а при R>60 нарушаются процессы дожигания газов. При N<3 не наблюдается улучшение процессов теплопередачи, а при N>120 происходит интенсивная вибрация теплового агрегата. Оптимальные величины находятся в пределах 2≤R≤60, 3≤N≤120. При плавке чугуна в коксовых вагранках изменение величины R, N в оптимальных пределах приводит к увеличению производительности плавильного агрегата, уменьшению расхода топлива, повышению термического кпд, а при плавке в газовых вагранках достигаются уменьшение расхода природного газа, повышение кпд, снижение угара элементов в чугуне.The method is as follows. The combustion products of the fuel heat the materials (pieces) of the blank ears in the shaft furnace, gradually increasing the temperature to 1650-1700 ° C. Then load the mixture, set the average consumption of combustion products, based on the required performance of the melting unit. After stabilization of the melting process and the release of liquid material with the required temperature, the combustion products are fed to the heated material in the mine alternately, then increasing or decreasing the flow rate R within 2-60 percent of the average flow rate with a frequency N of variation of this flow rate of 3-120 vibrations per minute . The smaller the magnitude of the change in the consumption of combustion products, the greater the frequency of fluctuations in the consumption of these products over time. The consumption of combustion products is determined by the flow rate of air supplied to the combustion of fuel. With changes in the consumption of combustion products and other identical conditions, the depth of penetration of gas jets in the mine changes, gas flows are redistributed, hot gases near the heated material are turbulized, heat transfer is intensified, and the melting process is economical. At R <2, turbulization in the charge layers sharply decreases, and at R> 60, the processes of afterburning of gases are disturbed. At N <3, there is no improvement in heat transfer processes, and at N> 120, intense vibration of the thermal unit occurs. The optimal values are in the range 2≤R≤60, 3≤N≤120. When cast iron is melted in coke cupola furnaces, a change in the value of R, N to the optimum limits leads to an increase in the productivity of the melting unit, a decrease in fuel consumption, an increase in thermal efficiency, and when melting in gas cupolas, a decrease in the consumption of natural gas, an increase in efficiency, and a decrease in the waste of elements in cast iron are achieved.

Поскольку расход продуктов горения прямо пропорционален расходу воздуха, подаваемого на сжигание топлива, то изменениям подвергается расход воздуха путем автоматического регулирования. При использовании твердого топлива в вагранках кислород подаваемого в холостую колошу воздуха окисляет углерод, образуются преимущественно горячие оксиды углерода, нагревается поступавший с воздухом азот, и эти горячие газообразные продукты, омывая загруженную в шахту шихту, нагревают, плавят и перегревают материал. Изменение указанных расходов приводит к изменению глубины проникновения горячих газов в холостой колоше, перераспределению потоков в шахте, интенсификации теплопередачи. Это же происходит и в газовой вагранке с холостой колошей. Но при газовой плавке материала топливом преимущественно являются газообразные углеводороды (природный газ), и для достижения положительного эффекта при изменениях расходов воздуха необходимо изменять расход горючего газа, выдерживая оптимальную величину коэффициента расхода воздуха, при этом прямо пропорционально расходам воздуха и газа изменяются расходы продуктов сгорания, проходящих через холостую колошу и слои шихты в шахте.Since the flow rate of the combustion products is directly proportional to the flow rate of the air supplied to the combustion of fuel, the flow rate of air is subject to changes by automatic regulation. When using solid fuel in cupolas, the oxygen supplied to the idle air oxidizes carbon, predominantly hot carbon oxides are formed, the nitrogen supplied with the air is heated, and these hot gaseous products, washing the charge loaded into the mine, heat, melt and overheat the material. A change in these costs leads to a change in the depth of penetration of hot gases in the idler, the redistribution of flows in the mine, the intensification of heat transfer. The same thing happens in a gas cupola with a single ears. But during gas melting of a material, the fuel is mainly gaseous hydrocarbons (natural gas), and to achieve a positive effect with changes in air flow rates, it is necessary to change the flow rate of combustible gas, maintaining the optimal value of the air flow rate, while in direct proportion to the flow rates of air and gas, the flow rates of combustion products change passing through a single head and layers of the charge in the mine.

Эффективность предлагаемого способа повышается с увеличением диаметров шахты вагранки, так как в таких вагранках глубже по направлению от стенок шахты проникают горячие газы в кусковые материалы, больше шихты смывается горячими продуктами сгорания.The effectiveness of the proposed method increases with increasing diameters of the mine cupola shaft, since in such cupola furnaces hot gases penetrate deeper into the bulk materials, more washing is washed off with hot combustion products.

Испытания проводились при плавке чугуна в универсальной вагранке с шахтой типа доменной. Эта вагранка могла работать на твердом или газообразном топливе.The tests were carried out during the casting of cast iron in a universal cupola with a blast furnace. This cupola could run on solid or gaseous fuels.

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

Производили плавку чугуна в вагранке, производительность которой выдерживали в обычных условиях производственного процесса 7 тонн жидкого чугуна в час. Средний расход воздуха в коксовом и в газовом вариантах работы вагранки был 7000 м3 в час в расчете на нормальные условия. При газовой плавке чугуна средний расход природного газа был 700 м3/ч для нормальных условий. Эксперименты проводили при величинах 1,7≤R≤62, 2,7≤N≤123.Cast iron was melted in a cupola, the productivity of which was maintained under normal conditions of the production process of 7 tons of molten iron per hour. The average air consumption in coke and gas versions of the cupola was 7000 m 3 per hour, calculated on normal conditions. During gas melting of cast iron, the average consumption of natural gas was 700 m 3 / h for normal conditions. The experiments were carried out with values of 1.7≤R≤62, 2.7≤N≤123.

Полученные результаты приведены в таблице. В таблице при применении предложенного способа по сравнению с известным способом Q - увеличение производительности вагранки, раз; ΔT - повышение температуры получаемого жидкого чугуна, град.; G - экономия топлива на 1 тонну полученного жидкого чугуна, %; D - повышение термического коэффициента полезного действия вагранки, раз.The results are shown in the table. In the table, when applying the proposed method in comparison with the known method, Q is the increase in cupola productivity, times; ΔT is the temperature increase of the obtained molten iron, deg .; G - fuel economy per 1 ton of molten iron obtained,%; D - increase the thermal efficiency of the cupola, times.

ТаблицаTable Факторы R; NR factors; N Показатели процесса плавки чугуна предлагаемым способом по сравнению с известнымThe performance of the smelting process of cast iron by the proposed method in comparison with the known Плавка на твердом топливеSolid fuel smelting Плавка на газообразном топливеGaseous fuel smelting Q, разQ times ΔТ, градΔТ, deg G, %G% D, разD times Q, разQ times ΔТ, градΔТ, deg G, %G% D, разD times R=2; N=3R is 2; N = 3 1,0251,025 1010 1,041,04 1,021,02 1,031,03 15fifteen 1,0351,035 1,0251,025 R=2; N=60R is 2; N = 60 1,11,1 15fifteen 1,061.06 1,071,07 1,091.09 20twenty 1,11,1 1,091.09 R=2; N=120R is 2; N = 120 1,151.15 20twenty 1,071,07 1,11,1 1,131.13 2525 1,151.15 1,111,11 R=30; N=3R = 30; N = 3 1,211.21 2525 1,091.09 1,21,2 1,251.25 2525 1,31.3 1,211.21 R=30; N=60R = 30; N = 60 1,251.25 30thirty 1,151.15 1,251.25 1,271.27 3535 1,321.32 1,271.27 R=30; N=120R = 30; N = 120 1,171.17 20twenty 1,141.14 1,071,07 1,181.18 20twenty 1,251.25 1,091.09 R=60; N=3R = 60; N = 3 1,281.28 2525 1,161.16 1,271.27 1,291.29 3535 1,331.33 1,281.28 R=60; N=60R = 60; N = 60 1,111,11 20twenty 1,081,08 1,121.12 1,11,1 2525 1,111,11 1,111,11 R=60; N=120R = 60; N = 120 1,021,02 1010 1,051.05 1,031,03 1,041,04 1010 1,051.05 1,041,04 R=1,7; N=2,7R = 1.7; N = 2.7 экономическая эффективность не достигается, показатели такие же, как и при применении известного способаeconomic efficiency is not achieved, indicators are the same as when applying the known method R=1,7; N=123R = 1.7; N = 123 экономическая эффективность не достигается, происходит вибрация кожуха вагранкиcost-effectiveness is not achieved, there is a vibration of the cupola cup R=62; N=2,7R = 62; N = 2.7 экономическая эффективность не достигается, показатели резко не увеличиваютсяeconomic efficiency is not achieved, indicators are not increasing sharply R=62; N=123R = 62; N = 123 экономическая эффективность не достигается, происходит вибрация кожуха вагранкиcost-effectiveness is not achieved, there is a vibration of the cupola cup

В оптимальных пределах величин 2≤R≤60; 3≤N≤120 достигается эффективность, так как при плавке чугуна в вагранке на твердом топливе Q=1,02-1,28; ΔT=10-30; G=1,04-1,15; D=1,02-1,27, а при плавке на газообразном топливе Q=1,03-1,29; ΔT=10-35; G=1,035-1,33; D=1,025-1,28, то есть выше, чем при известном способе плавки. Рационально увеличивать N по мере уменьшения R.In the optimal range of values 2≤R≤60; 3≤N≤120 efficiency is achieved, since when casting iron in a cupola with solid fuel Q = 1,02-1,28; ΔT = 10-30; G = 1.04-1.15; D = 1.02-1.27, and when melting on gaseous fuel, Q = 1.03-1.29; ΔT = 10-35; G = 1.035-1.33; D = 1,025-1,28, that is, higher than with the known melting method. Rationally increase N as R decreases.

При использовании предлагаемого способа уменьшаются потери металла в связи с окислением, ускоряются процессы горения топлива и дожигания горючих компонентов продуктов сгорания, устраняется зависание шихты в шахте вагранки.When using the proposed method, metal losses due to oxidation are reduced, the processes of fuel combustion and afterburning of combustible components of the combustion products are accelerated, and freezing of the charge in the cupola shaft is eliminated.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств, его можно применять не только в литейном производстве, но и при нагреве, и обжиге, и плавке металлических и неметаллических материалов в шахтных печах металлургической промышленности и строительной индустрии.The proposed method provides a technical effect and can be carried out using means known in the art, it can be used not only in foundry, but also in heating, firing, and smelting metal and nonmetallic materials in shaft furnaces of the metallurgical industry and the construction industry.

Claims (1)

Способ плавки материала в вагранке, включающий сжигание топлива, нагрев и плавку материала поступающими в шахту продуктами сгорания топлива, отличающийся тем, что продукты сгорания топлива подают к нагреваемому материалу с попеременным увеличением и уменьшением расхода в пределах 2-60% от средней величины с частотой изменения расхода 3-120 колебаний в минуту, причем меньшая величина изменения расхода продуктов сгорания топлива соответствует большей частоте колебаний расхода этих продуктов.A method of melting material in a cupola, including burning fuel, heating and melting material entering the mine with fuel combustion products, characterized in that the fuel combustion products are supplied to the heated material with alternating increase and decrease in flow rate within 2-60% of the average value with a frequency of change a flow rate of 3-120 vibrations per minute, and a smaller change in the flow rate of the combustion products of the fuel corresponds to a greater frequency of fluctuations in the flow rate of these products.
RU2007104738/02A 2007-02-07 2007-02-07 Method of melting in cupola furnace RU2333437C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104738/02A RU2333437C1 (en) 2007-02-07 2007-02-07 Method of melting in cupola furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104738/02A RU2333437C1 (en) 2007-02-07 2007-02-07 Method of melting in cupola furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2333437C1 true RU2333437C1 (en) 2008-09-10

Family

ID=39866996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007104738/02A RU2333437C1 (en) 2007-02-07 2007-02-07 Method of melting in cupola furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333437C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104032214A (en) Non-quenched and tempered steel and production technology
CA3022024A1 (en) Method and apparatus for the production of cast iron, cast iron produced according to said method
CN102701608A (en) Limekiln coproduction device
RU2137068C1 (en) Process of melting of metal charge materials in shaft furnace
RU2333437C1 (en) Method of melting in cupola furnace
US3089766A (en) Controlled chemistry cupola
Bedarkar et al. Energy balance in induction furnace and arc furnace steelmaking
CN100540685C (en) direct steel alloying method
CN106591530A (en) Production method for low-silicon and low-phosphorus-and-sulfur weld wire steel
RU2639396C1 (en) Method for pyrometallurgical processing of oxidized nickel ore
JPS609815A (en) Production of high chromium alloy by melt production
RU2037526C1 (en) Method to produce steel in converter
RU2709318C1 (en) Blast-furnace smelting method
SU1310432A1 (en) Method for firing hearth-type steel melting furnace
SU1092184A1 (en) Method for producing cast iron in cupola furnace
RU2197533C2 (en) Method of making steel in open-hearth furnace
SU1509408A1 (en) Method of melting cast iron in blast cupola
RU2092569C1 (en) Method for smelting cast iron in cupola
RU2260625C1 (en) Steel melting method in open-hearth furnace
SU1142514A1 (en) Method of refining molten metal
RU2170268C2 (en) Method of heating open-hearth furnace
RU2215044C1 (en) Process for smelting steel in hearth steelmaking units
SU1544813A1 (en) Method of melting low- and medium-carbon steel in double-bath steel-melting unit
RU2299246C1 (en) Open hearth furnace and method for steel melting in it
SU1627563A1 (en) Bof steelmaking process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090208