(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

R ZECZPO SPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 309958 (22) Data zgłoszenia: 18.01.1994 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 18.01.1994, PCT/EP94/00108 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 04.08.1994, WO94/17352, PCT Gazette nr 18/94 (11) 178175 (13) B1 (51) IntCl6: F27B 1/16 (54) Żeliwiak z zamkniętym obiegiem gazu (73) Uprawniony z patentu: (30) Pierwszeństwo: Feustel Hans Ulrich, Leipzig, DE Mallon Joachim, Leipzig, DE 20.01.1993.DE,P4301322.8 Schaaf Michael, Rückmarsdorf, DE (72) Twórcy wynalazku: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Hans Ulrich Feustel, Leipzig, DE Joachim Mallon, Leipzig, DE 13.11.1995 BUP 23/95 Michael Schaaf, Rückmarsdorf, DE Edmund Wilms, Ahrensbök, DE Gerhard Neumann, Freiberg, DE Karl-Heinz Köhler, Elsterberg, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Ludwig Ruschitzka, Halsbrücke, DE 31.03.2000 WUP 03/00 (74) Pełnomocnik: POLSERVICE PL 178175 B1 (57) 1. Żeliwiak z zamkniętym obiegiem gazu, znamienny tym, że poniżej urządzenia załadunkowego (6) i odciągu podgardzielowego (7) umieszczone jest urządzenie do odciągania gazu piecowego, a powyżej paleniska (1) co najmniej jedna dysza (13), która ma lancę tlenową (12), przy czym urządzenie do odciągania gazu piecowego jest, za pośrednictwem co najmniej jednego kanału do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym (14,16), połączone z dyszą(13). Fig 1

Żeliwiak z zamkniętym obiegiem gazu Zastrzeżenia patentowe 1. Żeliwiak z zamkniętym obiegiem gazu, znamienny tym, że poniżej urządzenia załadunkowego (6) i odciągu podgardzielowego (7) umieszczone jest urządzenie do odciągania gazu piecowego, a powyżej paleniska (1) co najmniej jedna dysza (13), która ma lancę tlenową (12), przy czym urządzenie do odciągania gazu piecowego jest, za pośrednictwem co najmniej jednego kanału do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym (14,16), połączone z dyszą (13). 2. Żeliwiak według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie do odciągania gazu piecowego ma postać okrężnicy (9), która jest połączona z dyszami (13) poprzez urządzenie odciągowe (10), kanał do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym (14) i okrężnicę do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym (11). 3. Żeliwiak według zastrz. 2, znamienny tym, że urządzenie odciągowe (10) ma postać wentylatora promieniowego. 4. Żeliwiak według zastrz. 2, znamienny tym, że urządzenie odciągowe (10) ma postać strumieniowego kompresora gazowego. 5. Żeliwiak według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie do odciągania gazu piecowego ma postać kilku otworów (15), które są połączone z dyszami (13) poprzez kilka kanałów (16). 6. Żeliwiak według zastrz. 1, znamienny tym, że lance tlenowe (12) są prowadzone centrycznie w dyszach (13). 7. Żeliwiak według zastrz. 6, znamienny tym, że lance tlenowe (12) są usytuowane względem płaszcza pieca (17) w regulowanym odstępie a, który wynosi co najmniej 15 mm. 8. Żeliwiak według zastrz. 7, znamienny tym, że płaszcz pieca (17), w obszarze oddziaływania dysz (13), ma rozszerzenie w kształcie czaszy (19). * * * Przedmiotem wynalazku jest żeliwiak z zamkniętym obiegiem gazu. Znany jest generalny podział klasycznych żeliwiaków z technicznego i technologicznego punktu widzenia na żeliwiaki zasilane powietrzem wzbogacanym tlenem, znane z opisów DD 299917 A7 i DE 3437911 C2, lub żeliwiaki, w których następuje bezpośrednio wtrysk tlenu, takie jak znane z patentu US-A-4324583. Przedstawiony w opisie patentu US-A-4324583 bezpośredni wtrysk wtórnego, zawierającego tlen, gazu (50 do 100% tlenu) z prędkością ultradźwiękową, który to gaz jest wtryskiwany bezpośrednio przez dysze, oddzielnie względem dmuchu pierwotnego, zawierającego tlen, miał doprowadzić do poprawy spalania koksu i dopalania krzemu oraz zwiększenia zawartości C i zmniejszenia strat ciepła, uciekającego przez płaszcz żeliwiaka. Zgodnie z wykresem Jungblutha opublikowanym w książce Podstawy wytapiania w żeliwiaku wyd. Gießerei-Verlag G. M. B. H., Düsseldorf r. 1975, str. 5, w opalanych koksem żeliwiakach, ewentualnie szybowych piecach hutniczych z punktu widzenia techniki cieplnej, korzystne jest wyłącznie doprowadzanie optymalnej ilości wdmuchiwanego gazu. Oznacza to, że wzbogacanie dmuchu w tlen ma sens jedynie w tych obszarach pieca, w których panujące warunki nie są optymalne z punktu widzenia techniki cieplnej. Wzbogacanie dmuchu w tlen prowadzi, jak wiadomo, do zwiększenia wydajności pieca. W przypadku doprowadzania 100% tlenu należy liczyć się z 5-krotnym zwiększeniem wydajności pieca. Jednocześnie pogarszają się warunki spalania, to znaczy wzrasta udział CO w gazie reakcyjnym pieca, pogarszają się parametry cieplne, co w efekcie może prowadzić do przerwania procesu wytapiania. Wzbogacanie dmuchu w tlen wymaga zatem, przy utrzymaniu wydajności pieca w realnych granicach, zmniejszenia dmuchu, to znaczy w żeliwiakach z podgrzewanym dmuchem wymaga to zmniejszenia dmuchu podgrzewanego, a zatem zmniejszenia ilości gazu piecowego. Zmniejszenie ilości gazu piecowego prowadzi do

178 175 3 zmniejszenia szybkości przepływu gazu w piecu, co z kolei powoduje zmniejszenie udziału procesów wymiany ciepła jako funkcji ilości gazu w warstwie koksu i zakłóca proces wytopu. Wtrysk tlenu w obszar warstwy koksu powoduje znaczny wzrost stężenia tlenu, który z uwagi na gruboziarnistość koksu nie może w razie przekroczenia stężeń granicznych w całości przereagować z węglem. Niezwiązany tlen reaguje z żelazem, tworząc FeO, i zakłóca przebieg wytopu. Pracujący z podgrzewanym dmuchem żeliwiak, w którym strumień gorącego gazu jest wytwarzany w rekuperatorze i który jest zasilany spalinami, powstającymi w czasie spalania gazu wielkopiecowego, stanowi obecnie najbardziej rozpowszechnioną odmianę żeliwiaków z podgrzewanym dmuchem. Piec ten nadaje się także do wytwarzania żeliwa z materiałów, których znaczną część stanowi złom stalowy. Wiadomo również, że w żeliwiakach z podgrzewanym dmuchem tworzą się obszary, w których zgodnie z zależnym od temperatury równaniem Boudouarda CO2 + C -> CO następuje utlenianie lub redukcja używanych do wytopu materiałów. Przegrzanie płynnego żelaza zależy przy tym głównie od wysokości warstwy koksu, to znaczy od czasu przeciekania płynnego żelaza i od rzeczywistego rozkładu temperatury w warstwie koksu. Aby osiągnąć jak najwyższy stopień przegrzania płynnego żeliwa, gaz w strefie utleniania powinien podczas reakcji koksu mieć maksymalną temperaturę. W praktyce jest to realizowane w ten sposób, że powietrze do spalania podgrzewa się do 600 C lub wprowadza się w nie dodatkowo tlen. Pozwala to osiągnąć temperaturę gazu od 2000 do 2200 C. Wyższe temperatury nie są osiągalne z uwagi na rosnącą tendencję produktów spalania do dysocjacji oraz wysokie prędkości przepływu gazu w strefie przegrzania. Podczas topienia niskowęglowego złomu metalowego żeliwiak z podgrzewanym dmuchem ma tę wadę, że w obszarze dyszy powstaje silnie utleniająca atmosfera, która powoduje wypalanie krzemu do 30%. Przyczyna tego stanu rzeczy leży w heterogenicznej reakcji spalania koksu. Niekorzystna jest ponadto powstająca w trakcie topienia duża ilość gazu wielkopiecowego, która z kolei pociąga za sobą znaczne koszty związane z gospodarką gazem. Specjalne wykonanie opalanego koksem żeliwiaka jest znane z opisu patentu US-A-2788964. Żeliwiak ten jest piecem szybowym z podgrzewanym dmuchem, przeznaczonym do wytwarzania surówki żelaza w wyniku redukcji rud żelaza, ma jednak również służyć jako piec do przetopu surówki żelaza i złomu żelaznego/stalowego. Charakterystyczne jest to, że gorący gaz o temperaturze do 1000 C jest wdmuchiwany przez okrężnicę i stamtąd poprzez zakończone dyszami przewody spustowe wprowadzany w strefę redukcyjną szybu w kierunku z góry do dołu. W efekcie spalania mieszanina rud i antracytu przecieka przez strefę redukcji, wypełnioną gruboziarnistym koksem. W strefie redukcji następuje redukcja rudy i osiągane są temperatury do 1900 C. Wylot gazu, umieszczony w części pieca, znajdującej się nad kąpielą umożliwia odciągnięcie głównego strumienia spalin, który jest kierowany do specjalnie skonstruowanej wytwornicy podgrzewanego dmuchu i nagrzewa w ten sposób świeży dmuch. Temperatura spalin powinna leżeć powyżej 1600 C. Redukcja zawartości CO w gazie redukcyjnym, znajdującym się w strefie redukcyjnej pieca, ma odbywać się w ten sposób, że podgrzewany dmuch, będący zarazem nośnikiem tlenu, powoduje spalenie tlenku węgla do postaci dwutlenku węgla. Piec szybowy jest ponadto wyposażony w przewód i wentylator, które odciągają strumień boczny w postaci skierowanego do góry, zawierającego dużą ilość węglowodorów, to jest małą ilość tlenku węgla, strumienia gazu z wyciągu, umieszczonego w górnej części szybu i kierują go przez okrężnicę, zakończoną dyszami, umieszczonymi poniżej dysz doprowadzających podgrzewany dmuch, do strefy spalania i redukcji. Wymuszony przepływ głównej części strumienia gazów piecowych, to znaczy spalanie skierowane do dołu, zwane również spalaniem odwrotnym, powinien doprowadzić do wytworzenia w strefie redukcji temperatur od 1800 do 1900 C, które umożliwiłyby redukcję rudy żelaza. Wadą tego pieca szybowego z podgrzewanym dmuchem polega na tym, że decydujące w opalanych koksem i/lub węglem piecach szybowych procesy egzotermiczne zostają odsunięte w dół względem dysz nadmuchowych i dopiero tam tworzą się gorące gazy reakcyjne, konieczne do rozprowadzania ciepła w stałym wsadzie. W wyniku zastąpienia optymalnej z punktu widzenia wymiany ciepła, efektywnej zasady przeciwprądów nieefektywną zasadą współprądów do wymiany ciepła pozostaje jedynie skrócona

część szybu, co odpowiada zmniejszeniu normalnej strefy wymiany ciepła do około 1/4, co w opisie n r US-A-2788964 nie jest w żaden sposób kompensowane. Ponieważ osiągane temperatury komory pieca między 1800 i 1900 C odpowiadają typowemu poziomowi temperatur w piecach z zimnym lub podgrzewanym dmuchem, warunki te nie gwarantują topienia wsadu z metali żelaznych. Skierowany ku górze, powstający powyżej dysz do gorącego nadmuchu, strumień boczny składa się z węglowodorów, głównie w postaci metanu, powstającego w wyniku reakcji gazu wodnego i reakcji tworzenia metanu. Warunki tworzenia metanu zgodnie z tym mechanizmem zakładają jednak przy ciśnieniu normalnym temperatury powyżej 700 C, a przy odpowiednich warunkach technicznych nawet 1000 C, oraz obecność atmosfery pary nasyconej. Piec według patentu nr US-A-2788964 wyklucza jednak właśnie spełnienie tych warunków, tak że niemożliwe jest powstanie skierowanego do góry strumienia węglowodorów gazowych, co z kolei uniemożliwia realizację zasady zamkniętego obiegu gazu. Z punktu widzenia techniki cieplnej gromadzenie się węglowodorów w płaszczyźnie poniżej dysz podgrzewanego dmuchu jest bez znaczenia, ponieważ płaszczyzna ta jest zbytnio oddalona od dysz nadmuchowych. W wyniku tego złożony z powietrza i tlenu podgrzewany dmuch reaguje z węglem z warstwy koksu i/lub węgla i nie starcza go już do spalania metanu. W związku z tym metan jest bezużytecznie odprowadzany przez leżący bezpośrednio poniżej otwór wyciągowy. Jeżeli mimo to związki C-H miałyby częściowo ulec spaleniu do postaci CO2 i H2O, wówczas składniki te ulegają poniżej dysz redukcji endotermicznej wspólnie z CO2, pochodzącym ze spalania koksu i/lub węgla, zgodnie z równaniem Boudouarda do postaci CO i H2, co powoduje obniżenie temperatury w strefie redukcji i zwiększenie zużycia gruboziarnistego koksu. Niekorzystne jest również to, że w piecu według patentu nr US-A-2788964 z powodu niepodgrzewania szybu nad dyszami do podgrzewanego dmuchu ulega zahamowaniu egzotermiczny proces redukcji pośredniej, istotny zwłaszcza dla procesów wielkopiecowych i w związku z tym stanowiący od 55 do 60% wszystkich procesów redukcji, a opierający się na tworzeniu wydłużonych stref temperaturowych między 800 i 1000 C. Powyżej 1000 C rozpoczyna się endotermiczny proces redukcji bezpośredniej. Umieszczony w piecu wsad jest dopiero w płaszczyźnie dyszy nagrzewany uderzeniowo do temperatur powyżej 1000 C, w związku z czym podlega on od razu redukcji bezpośredniej. Opisany typowy wsad nie jest w stanie dostarczyć związanych z tym procesem, znacznie większych ilości ciepła, co powoduje załamanie się gospodarki ciepłem piecowym i może prowadzić do przerwania procesu. Niekorzystna jest również geometria strefy pieca poniżej gardzieli, która w przedstawionym krótkim wykonaniu pieca nie może zapewnić wystarczającego czasu dla zajścia procesów nagrzewania i dyfuzji, oraz to, że gruboziarnisty koks przed dyszami nadmuchowymi jest zużywany na początku procesu i można go zastąpić jedynie rozdrobnionym wsadem i miałkim koksem i/lub węglem. Rozdrobnienie to ma dodatkowo niekorzystny wpływ na przewiewność wsadu oraz procesy nagrzewania i dyfuzji. Proces wielkopiecowy prowadzony metodą według patentu nr US-A-2788964 nie jest możliwy do zrealizowania w praktyce, podobnie jak zastosowanie przedstawionego sposobu na bazie zamkniętego obiegu gazu oraz topienie wsadu metalowego, z punktu widzenia techniki cieplnej oraz z uwagi na geometrię pieca i parametry przepływu gazu. Wszystkie znane dotychczas modyfikacje wykazywały również niekorzystne cechy podczas wytopu niskowęglowych, podatnych na utlenianie, metali żelaznych. Znane jest rozwiązanie, w którym wsad z metali żelaznych jest ładowany do centralnego szybu. Koks i wapń są doprowadzane do trzonu pieca za pośrednictwem sześciu, rozmieszczonych symetrycznie na obwodzie, szybów załadunkowych. Powietrze do spalania, które jest wdmuchiwane z dużą szybkością przez specjalne dysze, nie jest podgrzewane, jest natomiast wzbogacone tlenem w ilości do 1,5%. Piec jest sterowany w ten sposób, że gazy powstające w procesie spalania przepływają zawsze przez szyb centralny, skutecznie nagrzewając wsad żelazny. Szereg dysz wtórnych powoduje dopalanie gazów, zawierających CO, przed wejściem do szybu centralnego. Wsad tego pieca należy upatrywać w tym, że warstwa nasypowa tworzy liczbę omywanych gazem kanałów,

178 175 5 które nie mogą być równomiernie zasilane gorącym powietrzem, na skutek czego wymieszanie powietrza i gazu do spalania nie jest pełne, czyli nie zachodzi pełna przemiana CO w CO2. Spaliny zawierają w dalszym ciągu CO w ilości powyżej 0,1% objętościowego. Zatem również w tym przypadku ochrona środowiska przed zanieczyszczeniem wymaga dużych nakładów w zakresie gospodarki gazem. W żeliwiakach z podgrzewanym dmuchem, wyposażonych w palnik plazmowy, z uwagi na wysoką zawartość CO oraz niezbędne w tym przypadku dopalanie, powietrze do spalania jest zwykle dodatkowo podgrzewane. Palnik plazmowy jest stosowany do dalszego podgrzewania częściowego strumienia powietrza do spalania do temperatur między 3000 i 5000 C, przy czym temperaturę można tu regulować na dowolnej wartości pośredniej. Wejściowa temperatura powietrza do spalania może wynosić do 1400 C. Te wysokie temperatury warunkują redukujące działanie pieca. Wad żeliwiaków z podgrzewanym dmuchem, wyposażonych w palniki plazmowe, należy upatrywać w stosunkowo wysokich kosztach poboru prądu, ponieważ topienie jest tu realizowane pośrednio w sposób elektryczny. Ilość odprowadzanego CO2 jest duża. W celu wyeliminowania dużych ilości wyrzucanych gazów ten typ pieca doczekał się przyszłościowych opracowań modelowych (wydanie specjalne Gießerei 79 (1992)4, str. 134-143). Przedstawiono tu propozycję stworzenia zamkniętego obiegu gazu na tej zasadzie, że przy pomocy palnika plazmowego wytwarza się w strumieniu częściowym nagrzany do wysokich temperatur gaz jako nośnik ciepła, następnie doprowadza się go poprzez zmieszanie z pozostałą częścią gazu do żądanej temperatury, powstały gaz wielkopiecowy odciąga się w całości z pieca i po oczyszczeniu kieruje z powrotem do palnika plazmowego, celem podgrzania. Niekorzystne jest to, że realizacja tego rozwiązania modelowego zajmuje sporo miejsca, co wiąże się ze znacznymi kosztami, a proces wytopu, uwarunkowany wytworzeniem w piecu sztucznej atmosfery, wymaga dodatkowego oprzyrządowania pomiarowego, sterującego i regulacyjnego. Zadaniem wynalazku jest opracowanie prostego w działaniu, opalanego koksem żeliwiaka z zamkniętym obiegiem gazu, charakteryzującego się niskimi kosztami. W zgodnym z wynalazkiem żeliwiaku z zamkniętym obiegiem gazu, zadanie to zostało rozwiązane przez to, że poniżej urządzenia załadunkowego i odciągu podgardzielowego umieszczone jest urządzenie do odciągania gazu piecowego, a powyżej paleniska co najmniej jedna dysza, która ma lancę tlenową, przy czym urządzenie do odciągania gazu piecowego jest za pośrednictwem co najmniej jednego kanału do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym, połączone z dyszą 13. Korzystnie, urządzenie do odciągania gazu piecowego ma postać okrężnicy, która jest połączona z dyszami poprzez urządzenie odciągowe, kanał do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym i okrężnicę do prowadzenia gazu w obiegu zamkniętym. Urządzenie odciągowe może mieć postać wentylatora promieniowego lub strumieniowego kompresora gazowego. Urządzenie do odciągania gazu piecowego ma postać kilku otworów do odciągania gazu piecowego, które są połączone z dyszami poprzez kilka kanałów. Lance tlenowe są prowadzone centrycznie w dyszach, przy czym są one usytuowane względem płaszcza pieca w regulowanym odstępie, który wynosi co najmniej 15 mm, a płaszcz pieca w obszarze oddziaływania dysz ma rozszerzenie w kształcie czaszy. Zgodny z wynalazkiem opalany koksem żeliwiak jest stosowany wyłącznie przy użyciu tlenu jako czynnika, powodującego spalanie, i medium nośnego dla, do odciąganego poniżej gardzieli, niedopalonego gazu piecowego o wysokiej zawartości CO. W związku z tym realizowane w klasycznych żeliwiakach poza warstwą nasypową dopalanie gazu do postaci, pozbawionej CO, co stanowi warunek wytwarzania podgrzewanego dmuchu ze świeżego powietrza (ok. 21 % 02, 79% N2) przez wymienniki ciepła z gorącego gazu piecowego, jest w zgodnym z wynalazkiem żeliwiaku przeniesione do warstwy nasypowej bezpośrednio przed strefę utleniania. Opisane i potwierdzone w praktyce działanie pieca sprowadza się zatem do tego, że jako czynnika spalającego używa się wyłącznie tlenu, nie korzystając przy tym z powietrza jako nośnika azotu. Wykorzystanie wartości energetycznej zawierających CO gazów piecowych następuje przy tym

6 178 175 korzystnie w sposób bezpośredni, bez przeniesienia procesu wytwarzania podgrzewanego dmuchu do strefy topienia i przegrzania. Tylko taki układ umożliwia niezbędne do zajścia procesu przesunięcie równania Boudouarda w kierunku CO. Zgodnie z wynalazkiem wykonanie obszaru dysz w płaszczu pieca sprawia, że już na wylocie dysz następuje mieszanie gazu piecowego z tlenem i rozpoczyna się reakcja przemiany CO + O2 w CO2. Prowadzi to do powstania żądanej atmosfery piecowej i zajścia procesów metalurgicznych. Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia zgodny z wynalazkiem żeliwiak w przekroju, fig. 2 - inne wykonanie opalanego koksem żeliwiaka w przekroju, fig. 3 - zgodne z wynalazkiem wykonanie obszaru dysz w płaszczu pieca w przekroju. Na figurze 1 przedstawiono opalany koksem żeliwiak z kominem spalinowym 4 w przekroju. Pokazuje on, że poniżej urządzenia załadunkowego 6 i odciągu podgardzielowego 7 w obszarze strefy grzania wstępnego 3 umieszczona jest okrężnica do odciągania gazu piecowego 9, a powyżej paleniska 1 w obszarze strefy topienia i przegrzania 2 cztery dysze 13, które zawierają prowadzone centralnie lance tlenowe 12, przy czym okrężnica do odciągania gazu piecowego 9 jest za pośrednictwem wentylatora promieniowego 10, kanału gazowego 14 i okrężnicy gazowej 11 połączona z dyszami 13. Figura 2 pokazuje inne wykonanie opalanego koksem żeliwiaka w przekroju. Charakterystyczne jest to, że poniżej urządzenia załadunkowego 6 i odciągu podgardzielowego 7 na obwodzie szybu pieca 5 rozmieszczone są tutaj cztery otwory do odciągania gazu piecowego 15, które poprzez kanały 16 połączone są z leżącymi nad paleniskiem 1 dyszami 13, które również posiadają centralnie prowadzone lance tlenowe 12. Figura 3 pokazuje zgodne z wynalazkiem wykonanie obszaru dysz w płaszczu pieca w przekroju. Płaszcz pieca 17 posiada w obszarze, objętym kierunkiem działania dysz 18, kuliste rozszerzenie 19, a prowadzone centralnie w dyszach 13 lance tlenowe 12 są odsunięte od płaszcza pieca 17 na odległość a równą 18 mm. Tego rodzaju układ dysz i lancy tlenowych działa na zasadzie iniektora ssącego, podobnie jak na przykład strumieniowy kompresor gazowy. W celu wytopu stopów z żeliwa szarego, w zgodnym z wynalazkiem żeliwiaku, należy postępować w sposób opisany poniżej. Przykład I. Za pośrednictwem urządzenia załadunkowego 6 opalany koksem żeliwiak załadowuje się wsadem z metali żelaznych, składającym się z 50% złomu żeliwnego i 50% złomu obiegowego, koksem wsadowym i dodatkami żużlotwórczymi. Koks wsadowy stanowi część paliwa, która jest dodawana w trakcie procesu topienia i przegrzewania do żeliwiaka jako zamiennik koksu wypełniającego. Koks wypełniający stanowi część paliwa, które ładuje się do żeliwiaka przed rozpoczęciem procesów topienia i przegrzewania, w celu utworzenia kolumny koksu. Ta kolumna koksu tworzy strefę topienia i przegrzewania oraz obszar nawęglania stopionego wsadu z metali żelaznych. Dodatki żużlotwórcze są składnikami mineralnymi, niezbędnymi do ożużlowania popiołu, powstającego w trakcie spalania koksu. Ilość dodatków żużlotwórczych jest określana procentowo w odniesieniu do ilości koksu wsadowego w kg/wsad. Ilość koksu wsadowego jest podawana procentowo w odniesieniu do ciężaru wsadu z metali żelaznych. Koks wypełniający jest określany procentowo w odniesieniu do ciężaru wsadu żelaznego w trakcie wędrówki stopionego metalu, to jest przy uwzględnieniu ilości wsadu żelaznego stopionego w całkowitym czasie topienia. Z analizy gatunkowej wsadu wynika, że zawiera on do 3,42% C, 1,85% Si, 0,62% Mn, 0,50% P i 0,11% S oraz < 1% pierwiastków śladowych i w uzupełnieniu do 100% - Fe. Zawartość tlenków żelaza wynosi do 2% Na jeden wsad dodaje się 10,43%) koksu wsadowego o wielkości najdłuższej krawędzi ziarna 60-90 mm. Udział koksu wypełniającego o wielkości ziarna 80-100 mm wynosi 1,81%, natomiast jako dodatek żużlotwórczy dodaje się kamień wapienny w ilości 20% koksu wsadowego. Wentylator promieniowy 10 powoduje zawrócenie 60% gazu piecowego, który składa się z około 63% CO i 37% CO2 oraz gazu resztkowego (H2 i H2O), z dysz 13 okrężnicy odciągającej 9 z powrotem do pieca. Ten gaz piecowy ma temperaturę 550 C i spala się w warunkach jednoczesnego doprowadzania tlenu w ilości 33%, w odniesieniu do doprowadza-

178 175 7 nej ilości gazu. Zachodzące w wyniku tego w strefie topienia i przegrzewania procesy metalurgiczne o charakterze redukcyjnym prowadzą do otrzymania płynnego żeliwa o składzie 3,64% C, 2,03%) Si, 0,58% Mn, 0,5% P i> 0,11% S. Stopień nawęglenia tego materiału, nie zawierającego złomu stalowego, wyniósł zatem 7%, zawartość krzemu wzrosła o 10%, natomiast mangan uległ wypaleniu w ilości 5%, przy czym wszystkie te wartości odnoszą się do materiału wyjściowego. Do nawęglenia potrzebne jest 0,27% koksu wsadowego, natomiast do redukcji dwóch procent tlenków żelaza 0,23% koksu wsadowego. Efektywny udział koksu wynosi 11,75%). Zasadowe prowadzenie pieca pozwala zapobiec postępującemu zasiarczaniu żeliwa. Wynalazek powoduje zminimalizowanie ilości wyrzucanego pyłu do około 40% ilości typowej dla opalanych koksem żeliwiaków. Odciąg podgardzielowy 7 odprowadza pozostałości gazu piecowego, przy czym urządzenie zapłonowe 8 zapewnia ciągły zapłon gazu wielkopiecowego, a w związku z tym całkowite dopalanie gazu. W efekcie umieszczone za żeliwiakiem urządzenia odpylające są mniejsze. Przykład II. Za pośrednictwem urządzenia załadunkowego 6 opalany koksem żeliwiak załadowuje się 25% wiórów odlewniczych, 40% złomu stalowego, w tym 30% złomu rozdrobnionego, 32% złomu obiegowego, 0,22% FeSi i 0,22% FeMn. Przy pomocy analizy gatunkowej stwierdzono obecność 2,09% C, 1,18% Si, 0,55% Mn, 0,34% P i 0,08% S oraz< 1% pierwiastków śladowych i do 100% Fe. Zawartość tlenków żelaza wynosi 2% wsadu. Na jeden wsad dodaje się 10,43% koksu wsadowego o wielkości ziarna 60-90 mm. Udział koksu wypełniającego o wielkości ziarna 80-100 mm wynosi 1,81%. Jako dodatki żużlotwórcze stosuje się kamień wapienny w ilości 2 0 % koksu wsadowego. 60% gazu piecowego o temperaturze 480 C jest kierowanych z odciągu gazu piecowego 9 przez dysze 13 ponownie do strefy topienia i przegrzewania 2, przy czym gaz ten jest spalany w doprowadzanym jednocześnie tlenie, którego ilość wynosi 33%> w odniesieniu do całkowitej ilości doprowadzanego gazu. W efekcie otrzymuje się płynne żeliwo o zawartości 3,55%o C, 1,4% Si, 0,6% Mn, 0,40% P i > 0,10% S. Stopień nawęglenia tego wsadu, złożonego wyłącznie z trudno topliwych materiałów z odzysku, wynosi 71% w odniesieniu do materiału wyjściowego. Względny wzrost zawartości Si wynosi 10%, a względny ubytek Mn około 5%. Wzrost ilości siarki wynosi ok. 33%, co pochodzi z siarki, zawartej w koksie, w przypadku kwaśnego prowadzenia pieca. Do nawęglenia zużywa się 1,67% koksu wsadowego, natomiast do redukcji tlenków żelaza 0,23% koksu wsadowego. Efektywny udział koksu wynosi 10,34%. Temperatura strugi żelaza wynosi 1500 C. Odciągnięcie 60% gazu piecowego poniżej gardzieli z kolumny nasypowej oraz spalanie z udziałem tlenu w obszarze paleniska pozwala zminimalizować ilość wyrzucanego pyłu do około 40% ilości, typowej dla procesów wytapiania w żeliwiakach. Pozostałe, nieodciągnięte resztki gazu piecowego podlegają całkowitemu dopaleniu.

178 175 Fig. 2

178 175 Fig. 3

178 175 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.