Вагранкой называется шахтная печь, предназначенная для плавки чугуна.
Металлический цилиндрический кожух вагранки установлен на колонны и с внутренней стороны облицован огнеупорным кирпичом (рис. 8.1). Опорная часть (рис. 8.2) воспринимает статическую нагрузку от всей вагранки и динамическую от загружаемой шихты и состоит из фундаментной плиты 1, четырех колонн 2, опорной рамы 3, подовой плиты 4, днища 5, механизма 6 открывания и закрывания днища. Днище вагранки состоит из двух крышек (полуднищ), которые с помощью цапф подвешиваются на оси, проходящей через подшипники 7, закрепленные на подовой плите. Подовая плита служит для крепления нижних колонн и равномерного распределения нагрузки на фундамент.
Для предохранения от раскаленных остатков плавки, выливающихся из вагранки через откидное днище, плиту углубляют на 150-200 мм от уровня пола, который засыпают сухой формовочной смесью.
Шахта вагранки состоит из цилиндрического кожуха 1 (рис. 8.3), сделанного из листовой стали толщиной 6-12 мм. Внутри кожуха находится огнеупорная футеровка 2. Между кожухом и футеровкой существует зазор 25-30 мм, заполняемый огнеупорным неспекающимися материалом, например, тощим песком для обеспечения беспрепятственного расширения футеровки при нагревании.
Шахта устанавливается на подовую плиту 8 над отверстием и закрывается откидным днищем 7. На днище набивают под, или лещадь, 6 из тощего формовочного песка слоем толщиной 200-300 мм. Набивной под имеет небольшой уклон в сторону отверстия 4, называемого чугунной леткой. К ней примыкает железный футерованный желоб 5. Если вагранка без копильника, то чугунная летка во время плавки заделывается глинистой массой и отрывается только на период выпуска чугуна. В вагранке с копильником чугунная летка служит каналом, через который чугун из горна непрерывно поступает в копильник. Против чугунной летки 4 на уровне пола делается рабочее окно 10, служащее для набивки пода, закладывания дров и их розжига, которое на время плавки закладывается огнеупорным кирпичом, забивается формовочной смесью и закрывается дверкой 9.
Для выпуска шлака имеется шлаковая летка 3. которая расположена ниже фурм на 75-150 мм. Шахта (рис. 8.3) по высоте делится на нижнюю часть (от пода до первого ряда фурм), называемую горном, а от первого ряда фурм до порога 11 завалочного окна 12 – собственно шахтой.
Шахта вагранки имеет цилиндрический, канальный или сложный (доменный) профиль. Корпус шахты по всей высоте или только в нижней части может охлаждаться водой. Водоохлаждаемая зона за исключением горна, как правило, не имеет огнеупорной футеровки. Не охлаждаемая водой зона цилиндрической шахты вагранки имеет огнеупорную футеровку толщиной 180—350 мм. Из-за низкой стоимости футеровки длительность работы не охлаждаемой водой зоны вагранки до выбивки для текущего ремонта не превышает двух смен.
Вагранка с небольшим конусным профилем шахты водоохлаждаемого корпуса 9 (рис. 8.1) с выдвинутыми водоохлаждаемыми медными фурмами 8, утолщенной футеровкой горна 7 рассчитана на длительную эксплуатацию без выбивки для специального ремонта футеровки. Верхняя часть шахты, расположенная ниже завалочного окна, выкладывается чугунными пустотелыми кирпичами для предохранения разрушения кладки от ударов загружаемой шихты.
Фурменное устройство вагранки (рис. 8.4) состоит из коробки 4 дроссельных клапанов 5 для регулирования количества воздуха, подаваемого к фурмам. Коробка делается из стальных листов толщиной 6-12 мм и приваривается к кожуху вагранки. Дроссельные клапаны монтируются в литых цилиндрических кожухах, которые крепятся к днищу фурменной коробки болтами.
Сопла 2 фурм (рис. 8.5) чугунные, прямоугольного сечения, расширяющиеся внутри вагранки. К кожуху вагранки сопла крепятся болтами. В фурменной коробке и фурменных
коленах против фурм расположены смотровые окна (гляделки), через которые можно наблюдать за состоянием фурм.
Подача в вагранку подогретого воздуха существенно повышает температуру выплавляемого чугуна: чем выше температура воздуха, тем выше температура металла. Горячий воздух, проходящий через холостую колошу, повышает температуру кусков кокса, ускоряет прогрев (дутье 500-550°С) и плавление шихты, снижает расход кокса. Применение горячего дутья до 40% увеличивает производительность вагранок и положительно сказывается на металлургических процессах, протекающих в вагранке: уменьшается угар, снижается расход кокса, снижается расход доменных чугунов. Для нагрева дутья используют или ваграночные газы, или дополнительное топливо. Ваграночные газы отбирают из шахты через отверстия 2 (рис. 8.4), расположенные ниже загрузочного окна 1. В современных вагранках широко применяют водоохлаждение плавильного пояса и фурм. К кожуху вагранки выше зоны плавления прикрепляют кольцевую трубку 3 (рис. 8.4) с отверстиями для стока воды. Вода омывает корпус и стекает в сборный кольцевой желоб.
Слив металла и шлака из вагранки производится через сифонный шлакоотделитель (рис. 8.5). В шлакоотделителе поддерживается избыточное давление (равное давлению в вагранке), под действием которого чугун и шлак 11 поступают из вагранки по каналу 1 на желоб 5. Затем металл с желоба по сифонному каналу 9 поступает на желоб 7, а шлак 11 расположен на поверхности чугуна и избыточным давлением выдавливается через отверстие 10 на желоб 5. В данной части шлакоуловителя имеется отверстие с пробкой 8 для слива остатков шлака и чугуна.
При подогреве дутья за счет теплоты ваграночных газов температура воздуха достигает 600-650°С, что обеспечивает температуру продуктов горения, поступающих в вагранку, равную 1750-1800°С при восстановительной атмосфере.
В настоящие время широкое развитие как у нас, так и за рубежом получили ваграночные комплексы закрытого типа с полной очисткой отходящих газов, подогревом дутья, с водяным охлаждением плавильного пояса, обеспечивающие многонедельную плавильную компанию. Современные ваграночные комплексы (рис. 8.6) включают в себя оборудование для набора, взвешивания и загрузки шихты, систему автоматизированного управления процессом плавки, устройства для грануляции шлака, систему оборотного водоснабжения, гидрошлакоудаления, систему охлаждения и очистки газов, рекуператор и др., обеспечивающее надежную и экономическую работу вагранки.
