Топливная рабочая колоша

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество Стройизыскания(72) Авторы Писаренко Леонид Зотович Бусел Иван Андреевич Метельский Николай Павлович Приемко Виктор Михайлович Подгайский Эдуард Иосифович(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество Стройизыскания(57) 1. Топливная рабочая колоша для выплавки чугуна в вагранках, состоящая из слоя кокса и слоя антрацита, общая масса которых определена в расчете на массу металлической колоши, составляющей 1/8-1/10 часовой производительности вагранки, и имеющая установленную начальную общую высоту слоев, отличающаяся тем, что имеет начальную общую высоту слоев 150-200 мм и общую массу, составляющую 10-17 мас.от массы металлической колоши, при этом слой кокса составляет 50-95 мас. , а слой антрацита 5-50 мас.от общей массы топливной рабочей колоши. 2. Топливная колоша по п. 1, отличающаяся тем, что при массе металлической колоши, составляющей 1/8 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев, составляющей 150 мм, топливная рабочая колоша имеет общую массу,составляющую 10-12 мас.от массы металлической колоши. 3. Топливная колоша по п. 1, отличающаяся тем, что при массе металлической колоши, составляющей 1/10 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев, составляющей 200 мм, рабочая колоша имеет общую массу, составляющую 12-17 мас.от массы металлической колоши, при этом слой кокса имеет высоту 150 мм и составляет 70-95 мас.от общей массы топливной рабочей колоши, а слой антрацита имеет высоту 50 мм и составляет 5-30 мас.от общей массы топливной рабочей колоши. 66122010.10.30 4. Топливная колоша по п. 1, отличающаяся тем, что при массе металлической колоши, составляющей 1/10 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев, составляющей 150 мм, рабочая колоша имеет общую массу, составляющую около 14 мас.от массы металлической колоши. 5. Топливная колоша по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что слой антрацита выполнен из антрацита фракций 70-150 мм.(56) Источники информации 1. Носова Е.М., Кугель А.В., Кузнецов Н.А. Справочник литейщика. - Киев, 1955. С. 268-269. 2. Журнал Литейное производство. -2. - 1990. - С. 10-11. 3. Бидуля П.Н. Технология литейного производства. - . Металлуриздат, 1954. - С. 321. 4. Патент 007553 1, 2006. Полезная модель относится к литейному производству и предназначена для использования при выплавке чугуна в вагранках в качестве рабочей топливной колоши, содержащей кокс и антрацит. В настоящее время основным плавильным агрегатом для выплавки чугуна по-прежнему является вагранка - печь шахтного типа, в которую после розжига холостой топливной колоши кокса и подачи дутья послойно загружаются металл, топливо и флюсы,происходит процесс плавления и выдача жидкого чугуна через летку. Известна топливная рабочая колоша в виде слоя заданной высоты каменноугольного литейного кокса, который получил наибольшее распространение в качестве топлива для вагранок 1. Масса рабочей коксовой колоши зависит от выбранной массы металлической колоши,которая принимается из расчета 1/8-1/10 часовой производительности вагранки. Если по условиям производства принята металлическая колоша, равная 1/8 часовой производительности вагранки, то ее масса будет примерно на 25 больше, чем при 1/10 часовой производительности. В соответствии с этим, в первом случае, масса коксовой колоши будет больше, чем во втором случае, хотя в обоих случаях количество кокса вот массы металлической колоши будет примерно одинаково и составляет 10-12 . Принятые соотношения обеспечивают наибольшую полноту сгорания слоя рабочей колоши кокса,высота которого определена в пределах 150-200 мм. Недостатком коксовых топливных колош является то, что выпускаемый литейный кокс часто не удовлетворяет современным требованиям ваграночной плавки. Для него характерны высокие пористость, реакционная способность, содержание серы и низкая прочность 2. При использовании некачественного кокса приходится идти на увеличение его расхода до 14 и более, что нарушает принятые пределы по высоте слоя кокса и отрицательно сказывается на ходе плавки. Более того, в связи с подорожанием и дефицитностью кокса актуальной стала задача поиска альтернативных, более дешевых источников топлива для выплавки чугуна в вагранках. Таким топливом, в наибольшей степени удовлетворяющим требованиям к топливу для вагранок, является антрацит 4. Антрацит относится к самым зрелым углям, отличается высшей степенью углефикации (С 97 ), с теплотой сгорания 7100-7500 ккал/кг, что выше, чем у кокса (6620 ккал/кг). Антрацит в 2 раза тяжелее кокса, имеет меньшую зольность, а выход летучих - сравнимый с выходом летучих у кокса. 66122010.10.30 В настоящее время стал доступен для использования антрацит сорта А, называемый суперантрацитом, который имеет высокую прочность, не подвергается растрескиванию при горении и полностью соответствует требованиям, предъявляемым к топливу для вагранок. Антрацит в 2-2,5 раза дешевле кокса, что свидетельствует о большом народнохозяйственном значении использования его в литейном производстве. Прототипом полезной модели является рабочая топливная колоша, состоящая из слоя кокса и слоя антрацита,причем масса слоя кокса составляет 100 мас.от расчетного количества массы коксовой топливной колоши, а масса слоя антрацита составляет от 25 до 100 мас.сверх 100 мас.кокса 3. Недостатком таких топливных колош является то, что значительное увеличение массы коксово-антрацитовых топливных колош сверх 100 мас.от установленного расхода кокса сопровождается соответствующим увеличением массы металлической колоши, которая, во-первых, может превысить возможности конкретной вагранки по производительности, и, во-вторых, увеличение массы металлической колоши при работе вагранки в условиях конвейерного производства с установившейся почасовой потребностью в жидком чугуне не является оправданным. Более того, значительное увеличение массы топливной колоши сверх 100 мас.от установленного расхода кокса за счет добавок антрацита может привести к нарушению нормального хода плавки из-за увеличения высоты топливной колоши выше допустимых значений. При этом происходит кратковременное снижение производительности вагранки и бесполезное сгорание некоторого избытка топлива, пока металлическая колоша не достигнет зоны плавления. Задачей полезной модели является разработка коксово-антрацитовой рабочей топливной колоши, обеспечивающей экономию кокса, повышение температуры чугуна в технологически необходимых пределах при сохранении в процессе плавки установленной высоты рабочей топливной колоши в пределах 150-200 мм. Поставленная задача решается предлагаемой топливной рабочей колошей для выплавки чугуна в вагранках, состоящей из слоя кокса и слоя антрацита, общая масса которых определена в расчете на массу металлической колоши, составляющей 1/8-1/10 часовой производительности вагранки, и имеющей установленную начальную общую высоту слоев, за счет того, что топливная колоша имеет начальную общую высоту слоев 150-200 мм и общую массу, составляющую 10-17 мас.от массы металлической колоши, при этом слой кокса составляет 50-95 мас. , а слой антрацита - 5-50 мас.от общей массы топливной рабочей колоши. Указанные характеристики относительной массы и высоты слоев кокса и антрацита, а также относительной массы топливной рабочей колоши в целом обеспечивают возможность выбора конкретной формы выполнения топливной рабочей колоши с достижением заявленных технических результатов при различных вариантах соотношений между массой металлической колоши и топливной рабочей колоши, между массами слоев кокса и антрацита и при различной начальной общей высоте слоев. Так, в одной из предпочтительных форм реализации (максимальная масса металлической и топливной рабочей колоши и минимальная начальная общая высота слоев топливной рабочей колоши) при массе металлической колоши, составляющей 1/8 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев, составляющей 150 мм, топливная рабочая колоша имеет общую массу, составляющую 10-12 мас.от массы металлической колоши. При этом масса рабочей топливной колоши изначально определена как 10-12 от массы металлической колоши, обеспечивающей высоту слоя кокса 200 мм, с последующей заменой слоем антрацита от 5 до 50 мас.слоя кокса до получения минимально возможной начальной общей высоты слоев 150 мм. В другой предпочтительной форме реализации (минимальная масса металлической колоши, максимальная масса топливной рабочей колоши и максимальная начальная общая высота слоев топливной рабочей колоши) при массе металлической колоши, состав 3 66122010.10.30 ляющей 1/10 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев,составляющей 200 мм, рабочая колоша имеет общую массу, составляющую 12-17 мас.от массы металлической колоши, при этом слой кокса имеет высоту 150 мм и составляет 70-95 мас.от общей массы топливной рабочей колоши, а слой антрацита имеет высоту 50 мм и составляет 5-30 мас.от общей массы топливной рабочей колоши. При этом масса слоя кокса топливной колоши изначально определена как 10-12 от массы металлической колоши, обеспечивающей высоту слоя кокса 150 мм, с последующим наложением сверх 100 мас.кокса слоя антрацита, масса которого составляет от 5 до 35 от массы кокса, до получения максимально возможной начальной высоты слоев топливной колоши 200 мм. В еще одной предпочтительной форме реализации (минимальная масса металлической, максимальная масса топливной рабочей колоши и минимальная начальная высота слоев топливной колоши) при массе металлической колоши, составляющей 1/10 часовой производительности вагранки, и при начальной общей высоте слоев, составляющей 150 мм,рабочая колоша имеет общую массу, составляющую около 14 мас.от массы металлической колоши. При этом масса слоя кокса топливной колоши изначально определена как примерно 14 мас.от массы металлической колоши, обеспечивающей высоту слоя кокса 200 мм, с последующей заменой слоем антрацита от 5 до 50 мас.слоя кокса. Независимо от формы выполнения топливной рабочей колоши слой антрацита в ее составе предпочтительно выполнен из антрацита фракций 70-150 мм. На фигуре для иллюстрации заявляемой полезной модели схематично представлен фрагмент вагранки в разрезе в зоне топливной колоши. В вагранке 1 находятся металлическая колоша 2 (изображен фрагмент) и топливная колоша, выполненная в соответствии с заявляемой полезной моделью и состоящая из слоя 3 кокса и слоя 4 антрацита, общая масса которых определена в расчете на массу ММК металлической колоши, составляющей 1/81/10 часовой производительности вагранки. Топливная колоша имеет установленную начальную общую высоту ТК слоев, равную 150-200 мм, и общую массу МТК, составляющую 10-17 мас.от массы ММК металлической колоши. Высота К слоя 4 кокса выбрана таким образом, что его масса МК составляет 50-95 мас.от общей массы МТК топливной рабочей колоши, а высота А слоя антрацита выбрана таким образом, что его масса МА составляет 5-50 мас.от общей массы МТК топливной рабочей колоши. Для упрощения изображения границы раздела слоев 2 металлической колоши, 3 кокса и 4 антрацита схематично представлены (на разрезе) в виде прямых линий. Ниже полезная модель будет подробно рассмотрена на ряде примеров плавки чугуна в вагранке с использованием топливной колоши в соответствии с заявляемой полезной моделью в различных предпочтительных формах ее реализации и, для сравнения, в соответствии с прототипом. Пример Плавку чугуна производили в вагранке 1 диаметром 1000 мм производительностью 5,5-7,0 т/час. Массу ММК металлической колоши установили в пределах 1/8-1/10 часовой производительности вагранки, которая принята соответственно 450 и 600 кг, а массу МТК топливной рабочей колоши установили 55 и 70 кг или 10-12 от массы ММК металлической колоши. В соответствии с первой предпочтительной формой реализации при выплавке чугуна в вагранке 1 используем металлическую колошу, имеющую максимальную массу ММК 600 кг, и топливную рабочую колошу массой МТК 70 кг. Тогда начальная общая высота ТК слоев топливной колоши определяется следующим образом 70 ТК 0,2 м 200 мм,0,785450 где 0,785 - площадь сечения вагранки, м 2 450 - насыпной вес кокса, кг/м 3 70 - масса МТК рабочей топливной колоши, кг. 4 66122010.10.30 Был проведен ряд плавок, в которых часть слоя 3 кокса заменяли слоем 4 антрацита. Как видно из таблицы (варианты 1-11, правая колонка), введение слоя 4 антрацита вместо части слоя 3 кокса в составе топливной рабочей колоши целесообразно, если масса МА слоя 4 антрацита составляет от 5 до 50 от общей массы МТК рабочей топливной колоши. В этих случаях снижение начальной общей высоты ТК слоев топливной колоши происходит в допустимых пределах от 200 до 150 мм. Снижение начальной общей высоты ТК слоев топливных (коксово-антрацитовых) рабочих колош при увеличении в их составе доли слоя 4 антрацита вместо части слоя 3 кокса связано с тем, что объемный вес антрацита в 2 раза больше объемного веса кокса, и поэтому антрацит занимает в 2 раза меньший объем и, соответственно, высоту слоя топлива. Поэтому величины добавок слоя 4 антрацита взамен части слоя 3 кокса ограничены из-за невозможности получения необходимой начальной общей высоты ТК слоев рабочей топливной коксово-антрацитовой, а следовательно, и холостой колоши (на фигуре не изображена). Во второй предпочтительной форме реализации, при использовании металлической колоши, имеющей минимальную массу ММК 450 кг, и топливной рабочей колоши массой МТК 55 кг, начальная общая высота ТК слоев топливной колоши определяется следующим образом 55 ТК 0,15 м 150 мм . 0,785450 Как видно из таблицы (варианты 1-11, левая колонка), увеличение в составе топливной колоши добавок слоя 4 антрацита вместо части слоя 5 кокса уменьшает начальную общую высоту ТК слоев топливной колоши ниже допустимого уровня 150 мм, при котором сечение вагранки 1 будет плохо перекрываться и находящийся на топливной колоше металл может провалиться вниз, при этом отдельные металлические колоши будут соединяться друг с другом, чем нарушит процесс плавки. Таким образом, вводить слой 4 антрацита вместо части слоя 3 кокса в состав топливной колоши при минимальных массе ММК металлической колоши, массе МТК и начальной общей высоте ТК слоев топливной колоши нецелесообразно. Наиболее целесообразно (таблица, варианты 12-19, левая колонка) при минимальных массе ММК металлической колоши (450 кг), массе МТК (55 кг) и начальной общей высоте ТК слоев топливной колоши (150 мм) вводить слой 4 антрацита сверх 100 мас.слоя 3 кокса от 5 до 35 мас.до максимального увеличения высоты при начальной общей высоте ТК слоев топливной колоши до 200 мм. При этом общая масса МКМА слоев топливной колоши в расчете на массу ММК металлической колоши до 16,5-17 мас. , но не за счет увеличения слоя 3 кокса, как это принято на практике, а за счет добавки слоя 4 антрацита сверх 100 мас.слоя 3 кокса. При этом достигается существенное повышение температуры чугуна от 1340 до 1440 С, экономия кокса до 35 , а начальная общая высота ТК слоев топливной колоши сохраняется в допустимых пределах 150-200 мм. Как видно из таблицы (варианты 12-19, правая колонка), при максимальной массе МК слоя 3 кокса (70 кг) и массе ММК 600 кг вводить слой 4 антрацита сверх 100 мас.от массы МК слоя 3 кокса нецелесообразно, так как начальная общая высота ТК слоев топливной колоши увеличивается сверх 200 мм. При значительном увеличении начальной общей высоты ТК слоев топливной колоши происходит кратковременное снижение производительности вагранки 1 (металл горячий, но его мало) и бесполезное сгорание некоторого избытка топлива, пока металлическая колоша не достигнет зоны плавления. В рамках заявляемой полезной модели возможны также формы выполнения (таблица,варианты 20-30) коксово-антрацитовых рабочих топливных колош, когда массу МТК топливной колоши кокса сохраняют на максимальном уровне (например, 70 кг), что соответствует высоте слоя кокса 200 мм, а металлическую колошу уменьшают, например, до 500 кг. Расход кокса от массы металлической колоши увеличивается поэтому до 14 мас.5 Рабочие топливные колоши по полезной модели и по прототипу для вагранки производительностью 5,5-7,0 т/час Расход ТемпеВысота Метал- топлива Экономия кокса Теплота ратура рабочей лическая вот сгорания,Примечания чугуна,колоши, колоша,металло- ккал/кг кг завалки 8 9 10 11 12 13 14 15 Заявляемые варианты 150-200 450-600 12,2-11,6 6620 1340 0 0 Ведение плавки целесообразно при макси 146-195 Ведение плавки целесо 2,75-3,5 образно при минимальной металлической и 5,5- коксовой колоше 8,25- 11,0- 13,75- 16,5- 19,25-66122010.10.30 Ведение плавки при максимальной топливной и заниженной металлической колоше Ведение плавки с повышением металлической и топливной колоши необоснованно и нецелесообразно 66122010.10.30 70 10014 мас.. 500 При этом часть слоя 3 кокса заменяется слоем 4 антрацита (от 5 до 50 по массе) с сохранением начальной общей высоты ТК слоев топливной колоши в допустимых пределах 200-150 мм. Эти формы выполнения коксово-антрацитовых рабочих топливных колош наиболее целесообразны при получении высокой температуры чугуна, например при получении мелкого тонкостенного литья из белого чугуна в условиях некоторых производств. В таблице (варианты 31-34), для сравнения, приведены расчетные данные по составам коксово-антрацитовых топливных колош, принятых в качестве прототипа 3. В отличие от рассмотренных выше и других возможных форм выполнения заявляемой(таблица, варианты 1-30) рабочей топливной колоши, увеличение добавок слоя антрацита от 25 до 100 мас.сверх 100 мас.слоя кокса сопровождается увеличением массы металлической колоши, например, от 450-600 до 900-1200 кг и расхода рабочей топливной колоши от 12,2-11,6 до 24,4-23,2 в расчете на массу металлической колоши при изменении начальной общей высоты слоев топливной колоши от 150-200 до 300-490 мм. Ведение плавок с повышением массы металлической колоши, увеличенным расходом топливной колоши в расчете на массу металлической колоши и начальной общей высоты слоев топливной колоши сверх установленных пределов нецелесообразно по приведенным выше причинам. В рассмотренном выше примере приведенные расчеты слоев топливных колош и топливных колош в целом и расход топливной колоши в расчете на массу металлической колоши ориентированы на среднее качество кокса и антрацита и значения массы (соотношение масс) и высоты слоев топливной колоши могут быть скорректированы при использовании как высококачественного, так и низкокачественного кокса. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.