Двухванные печи

Существенным  обстоятельством, ускорившим процесс  широкого распространения двухванных печей, явились трудности обслуживания и ремонта регенеративных насадок  мартеновских печей, работающих с продувкой  ванны кислородом. По мере повышения  интенсификации продувки ванны количество плавильной пыли увеличивается, появляется необходимость все более частой очистки насадок и поднасадочного пространства, что усложняет и удорожает обслуживание печи и увеличивает трудовые затраты на ремонт. 

Конструкторы  двухванных печей предложили помимо интенсивной продувки ванны кислородом утилизировать непосредственно в рабочем пространстве хотя бы часть тепла выделяющихся газов для нагрева шихты. 
При этом используется как физическое тепло отходящих газов, так и тепло, выделяющееся при окислении СО до СО2.

Даже частичная  утилизация тепла отходящих газов  позволяет повысить долю металлического лома в шихте до 40—45 %.

Двухванные печи представляют собой плавильные агрегаты с двумя ваннами, двумя головками, двумя вертикальными каналами, двумя шлаковиками и системой боровов и перекидных клапанов.

Принцип работы двухванной печи заключается в том, что в то время как в одной  ванне идет продувка металла кислородом, в другой твердая шихта (металлолом, добавочные материалы) подогревается за счет тепла отходящих от первой ванны газов (рис.). Поскольку плавки в такой печи выдаются одна за другой, печи эти иногда называют тандем-печами, а процесс — тандем-процессом. Производительность печи при таком методе работы возрастает. 

Процесс в двухванных печах по существу является определенным сочетанием отдельных элементов  технологии плавки стали в мартеновских печах и кислородных конвертерах. Однако этот процесс отличается от мартеновского и конвертерного  тем, что для нормальной работы агрегата необходима постоянная синхронность работы обеих ванн, требуется строгое соблюдение графика проведения операций в каждой ванне. Примерный график совмещения основных операций и их продолжительности приведен на рисунке. 

В каждой ванне  плавка ведется со смещением примерно на половину продолжительности, т. е. конец  плавки в одной ванне соответствует  середине плавки в другой. В первой ванне, в которой процесс закончен, осуществляются выпуск плавки, заправка ванны, завалка твердых шихтовых материалов и их прогрев главным образом теплом реакции окисления выделяющегося из второй ванны СО до СО2 и частично теплом топлива, подаваемого через сводовые горелки. В это время во второй ванне производится продувка металла кислородом. Образующийся при этом СО частично окисляется до СО2 над второй ванной, но главным образом при переходе в первую ванну. Использование тепла этой реакции оказывается эффективным, так как, во-первых, происходит полное окисление СО до СО2, во-вторых, тепло воспринимают холодные твердые материалы. 
Благодаря этому, хотя процесс в двухванных печах имеет во много раз большую продолжительность (3—4 ч), чем в кислородных конвертерах (15- 20 мин), в двухванных печах возможна переработка большего количества лома, чем в конвертерах. Так, плавку в двухванных печах можно вести с использованием до 35% лома, расходуя при этом топлива всего 10-15 кг/т, причем в основном на поддержание печи в рабочем состоянии во время ее заправки. 

Первая половина плавки (заправка печи, завалка и прогрев шихты, заливка чугуна) проводится, как в мартеновском процессе, но только за более короткое время. В течение первой половины плавки происходит интенсивный нагрев твердой шихты теплом, подводимым извне: теплом окисления СО до СО2, образующегося в соседней ванне, и теплом топлива, т. е. ванна в течение первой половины плавки отапливается, что и дает основание агрегат называть печью, а не конвертером. 
 
Вторая половина плавки — окислительное рафинирование, проводится, как в кислородном конвертере, но с меньшей интенсивностью продувки. Удельная интенсивность продувки в двухванных печах обычно составляет 0,4-0,6 м3/(т-мин) или 25-35 м3/(тч).

Достоинствами двухванных печей  являются:

• высокая производительность;
• меньшая трудоемкость ремонтов;
• возможность размещения печей в существующих мартеновских цехах (габариты, использование кранового оборудования, коммуникаций и т.д.).

Эти достоинства  определили распространение печей  такого типа для замены мартеновских печей, работающих скрап-рудным процессом с интенсивной продувкой кислородом.

Недостатки  двухванных печей

• большие подсосы холодного воздуха,
• увеличенный расход кислорода,
• повышенный угар металла,
• значительный вынос плавильной пыли, серьезные проблемы в организации безопасной работы персонала по причине интенсивного выделения пыли из рабочего пространства печи непосредственно в цех и др.

Эти недостатки предопределили постепенный отказ  производственников от использования  сталеплавильных агрегатов этого  типа.