Куполная печь: устройство, принцип работы, преимущества и применение в литейных цехах

Куполная печь — плавка чугуна, никельсодержащего чугуна, некоторых бронз. Применяется в литейных цехах. Диаметр 0,45–4 м (1,5–13 футов). Цилиндрическая вертикальная конструкция с нижними задвижками для разгрузки шлака. Верх открыт или с колпаком для газов/осадга. Оболочка — сталь, выкладка — шамот + пластичная огнеупорная заделка. Дно — глино-песчаная смесь (с углем для легкого раскрытия дна). Охлаждающие жакеты и кислородное поддув для интенсивности коксового огня.

Принцип работы

Горение кокса → CO₂ + тепло → плавление чугуна. Расплав стекает вниз. CO₂ частично восстанавливается до CO за счет энергии и кокса. В равновесии реакции определяется коэффициент утилизации тепла кокса. В выхлопе высокое содержание CO — можно утилизировать.

Конструкция

Полостая вертикальная стальная оболочка с огнеупорной выкладкой. На 4 чугунных ногах на бетонном основании. Дно — две чугунные задники на подошве. Ветряк (воздуходувка) вокруг дна, соединен с надувной трубой. Надув воздуха (кислорода) дутьем. Верх — металлическая сетка + конусный гасколлектор (угасает искры/пыль, выпускает газы).

Технологический цикл

1. Сушка печи, очистка дюйер от шлака прошлых плавок.
2. Ремонт дна: кварцевый песок + огнеупорная глина, слой огнеупора 150+ мм с уклоном к отливному отверстию.
3. Отверстия: дуйерное ~30 мм, отливное ~25 мм.
4. Разжиг дров, насып кокса (слой ~1 м). Поддув на малом режиме ~3 часа до плавки.
5. Зарядка: чередующиеся слои — 10% стального лома, 50% чугунного лома, 3% известняк (флюс). Также флюорит, сода. Флюс удаляет примеси, защищает от окисления.
6. Прогрев заряда 1 час без дутья (пропитка железа теплом).
7. Включение дутья, верх закрыт до плавления. Набор расплава.
8. Скорость зарядки = скорость плавки. Печь полная всегда.
9. Остановка зарядки и дутья. Открытие дна — удаление шлака. Непрерывная работа ≤4 ч (до 10+ ч).

Преимущества

• Низкая капитальная стоимость.
• Низкие эксплуатационные и обслуживающие расходы.
• Не требует высококвалифицированных операторов.
• Простая конструкция и эксплуатация.
• Контроль состава расплава.
• Малая площадь пола.

Недостатки

• Сложно поддерживать стабильную температуру.
• Окисление элементов металла → оксиды, негодные для литья.

Применение

• Основной метод плавки чугуна в литейных цехах.
• Непрерывная работа.
• Высокая производительность плавки.
• Низкие операционные расходы vs альтернативы.

Несмотря на преимущества, доля куполов снижается в пользу электрических индукционных печей.