Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Тигельные печи, работающие на твердом кусковом топливе, сохранившие еще в настоящее время некоторое значение, — это тигельные горны, отапливаемые коксом. Они бывают самодувные и с искусственным дутьем. И те и другие могут быть неподвижными и подвижными.
Коксовые горны состоят из шахты круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения. По числу тиглей, одновременно помещаемых при плавке в рабочее пространство, эти печи могут быть: одно-, двух-, трех- и многотигельными. Для однотигельных горнов применяется шахта круглого или квадратного сечения; иногда шахта имеет в сечении форму правильного многоугольника. Круглого сечения шахты сложнее в кладке, так как требуют фасонного кирпича, но экономичнее в работе; квадратной формы шахты коксовых горнов, наоборот, проще в кладке, но требуют несколько большего количества топлива в эксплуатации.
Плавильные тигли имеют в поперечном сечении круглую форму. Нагрев с наименьшим расходом кокса и наиболее равномерный создается в том случае, если вокруг тигля лежит слой кокса одинаковой ширины. Между квадратной шахтой и круглым (в сечении) тиглем ширина пространства не будет одинаковой; в углах шахты образуются «мертвые пространства», заполненные горящим коксом, теплота сгорания которого не полностью используется, так как струи горячего газа уйдут в боров (или в атмосферу), не коснувшись тигля, т. е. кокс, заполняющий углы шахты (рис. 1, а) будет сгорать непроизводительно. Это усугубляется еще тем, что в углы могут попадать более крупные куски кокса, а они представляют меньшее сопротивление прохождению воздуха, следовательно, в углах шахты будет проходить большее количество воздуха, который будет способствовать сжиганию большого количества топлива, причем это топливо сжигается непроизводительно.
Шахту коксового горна лучше делать на один тигель, так как в двух-, трех- и многотигельных коксовых горнах в промежутках, образуемых соседними тиглями и стенкой шахты (рис. 1, б), окажутся мертвые пространства, где кокс будет сгорать непроизводительно, аналогично сгоранию в углах шахты квадратного сечения Шахты, имеющие в сечении правильный многоугольник (рис. 1, б), работают тем экономичнее, чем многоугольник ближе К кругу.
Отношение высоты шахты к ее поперечнику в однотигельных горнах берется равным 1,5—2.
Снизу шахта коксового горна имеет колосники (рис. 2, а). На колосниках располагается огнеупорная тумба, на которую при плавке устанавливается тигель. Иногда тумбой служит закрытый конец трубы, по которой подводится воздух для горения кокса (рис. 2, в).
В самодувных горнах воздух поступает через приямок и зольник в промежутки, образуемые колосниками (рис. 2, а). В горнах с дутьем зольник герметически закрыт, причем воздух от вентилятора подводится по специальной трубе, имеющей регулирующую задвижку (рис. 2, б).
В верхней части шахты устраивается дымовое окно, через которое продукты горения отводятся в дымовую трубу. Иногда дымовые газы выпускаются прямо в помещение; в этом случае необходимо устраивать хорошую вентиляцию, отводящую газы из пространства над горном.
Сверху шахта горна закрывается крышкой, имеющей отверстие для наблюдения.
Обычно при плавке цветных сплавов приходится обращать внимание на атмосферу, температуру и давление в рабочем пространстве печи. Принято различать окислительную, нейтральную и восстановительную атмосферу. Однако эти понятия весьма условны. Так, например, атмосфера водяного пара и углекислого газа для меди может считаться нейтральной, а для сплавов, содержащих алюминий, цинк, магний, кремний и другие, — окислительной.
В общем, восстановительной атмосферой принято считать такую, в которой имеются несгоревшие части топлива. Язык пламени, выбивающийся из отверстия в крышке, блестящий (рис. 3, а), а при большом количестве несгоревших веществ — даже коптящий. Это пламя непрозрачно. Наоборот, вполне прозрачное пламя соответствует окислительной атмосфере печи (рис. 3, в). В этом случае имеется избыток кислорода в продуктах горения и практически отсутствуют несгоревшие частицы топлива. Нейтральное пламя имеет промежуточный характер. Оно прозрачно почти в такой же степени, как окислительное, от которого отличается наличием отдельных струек или искр светящегося пламени (рис. 3, б). Резкой границы между нейтральным и восстановительным или нейтральным и окислительным пламенем установить нельзя, тем более, что понятия восстановительной и окислительной атмосферы тоже условны. Однако для производственных целен установление понятий окислительной, восстановительной и нейтральной атмосферы, так же как и приведенная выше характеристика, полезны и при дальнейшем изложении применяются.
В практике характеристика атмосферы в коксовом горне устанавливается весьма приближенно. Если выбивающиеся из-под крышки горна языки газа сгорают вне горна, то атмосферу считают восстановительной, если же выходящий наружу газ негорючий, то окислительной или нейтральной; резкую границу между двумя последними провести уже трудно.
В атмосфере коксового горна могут присутствовать следующие газы:
N2, O2, CO2, H2O, CO, H2, CmHn, SO2, S, (CS2), (H2S).
Количества элементарной серы и сернистого ангидрида зависят от количества серы, содержащейся в коксе. Содержание водяного пара и водорода обусловливается влажностью кокса и воздуха и отчасти наличием углеводородов в коксе.
Соотношение между содержанием окиси углерода и водорода, с одной стороны, и углекислого газа и водяного пара, с другой, обусловливается относительными количествами поступающего воздуха и сгорающегo кокса.
Обычно атмосфера коксового горна характеризуется наличием значительных количеств окиси углерода, иначе говоря, в коксовом горне атмосфера в общепринятом смысле восстановительная.
Окислительную атмосферу в коксовом горне получить довольно трудно. Если увеличивать количество воздуха при высоком слое кокса, то будет происходить более интенсивное сгорание топлива и переход СО2 в CO по реакции с углеродом, т. е. при увеличении количества воздуха в этом случае aтмоcфepa рабочего пространства не становится окислительной.
Окислительная атмосфера может быть получена при очень тонком слое кокса или при подаче избыточного воздуха непосредственно в рабочее пространство. Первый способ не всегда применим, так как при тонком слое кокса малое его количество соприкасается со стенками тигля, а следовательно, и мало теплоты передается металлу — плавка затягивается. Второй способ более пригоден, но все же не очень удобен, так как подаваемый в рабочее пространство воздух над слоем топлива может неравномерно распределяться и вызывать местное охлаждение садки.
Для получения высокого качества сплава в любой печи, работающей на горючем топливе, необходимо варьировать тремя переменными: атмосферой, температурой и давлением.
Управлять этими тремя факторами плавильщик может, регулируя: 1) количество топлива, сжигаемого в единицу времени, 2) количество воздуха, подводимого к топливу в единицу времени, 3) скорость отвода продуктов горения.
Показателями при регулировании этих переменных являются; вид пламени, давление при выходе из наиболее низко расположенных отверстий и яркость рабочего пространства печи.
Коксовый горн весьма трудно поддается точному регулированию. В особенности трудно регулируется самодувный коксовый горн, так как в нем в единицу времени не удается сжигать определенное количество топлива, подводить для сжигания определенное количество воздуха и с определенной скоростью отводить продукты горения.
По указанным причинам коксовый горн, в особенности самодувный, может применяться только для тех сплавов, которым не вредит переменная атмосфера (при закрытой крышке — с избытком окиси углерода, а при открытой — с избытком воздуха), а также не вредит присутствие серы в газах как в элементарном виде, так и в виде соединений, главным образом SO2.
Конструкций подвижных коксовых горнов довольно много, в них, в основном, имеются те же недостатки, что и в предыдущих конструкциях.