Cuptoarele de cocs și gaze naturale sunt alimentate cu cocs și gaze naturale, care sunt arse în tuneluri situate în jurul perimetrului cuptorului, deasupra tuyerei. Arzătoarele de gaz sunt amplasate la o înălțime astfel încât produsele de ardere să iasă sub nivelul vârfului gol al arborelui arborelui cuptorului cu 250-300 mm. Condițiile de supraîncălzire a metalelor în cuptorul de cocs-gaz sunt aproximativ aceleași ca în cuptorul de cocs. Temperatura fontei brute pe jgheab este de 1390-1400°C. Saturația de gaz a fontei topite în cuptorul cu cocs-gaz este ușor mai mare. Atunci când se transferă cupola cu gaz de cocs la încălzirea cu gaz de cocs, consumul de cocs per grătar de lucru scade, ceea ce explică tendința de transfer la combustibilul gazos.
Compoziția atmosferei gazoase din cuptorul cu gaz de cocs este mai oxidantă decât în cuptorul cu cocs, ceea ce sporește carbonizarea siliciului și a manganului și înrăutățește condițiile de carburare a metalului lichid.
Designul unui cuptor modern de cocs-gaz este prezentat în Fig. 8.7. Produsele de ardere a gazelor și vaporii de apă la o temperatură de 1500-1550°C sunt introduse în zona de topire a arborelui cupolei, se introduce o cantitate suplimentară de căldură, datorită căreia se îmbunătățesc condițiile de schimb de căldură în două zone — zona de topire și zona de încălzire a pieselor de încărcătură solide -, iar în zona de supraîncălzire a fontei brute lichide, menținându-se consumul specific de aer, nu se schimbă nimic. Căldura provenită din arderea a 25 m3 de gaz pentru 1 tonă de fontă brută topită permite reducerea consumului de cocs cu 25-35%, creșterea productivității cuptorului cu 10% la o temperatură constantă a fontei brute.
Reducerea consumului de cocs prin arderea gazului natural ieftin permite reducerea costului fontei brute, reducerea conținutului de sulf din aceasta, creșterea productivității furnalului, reducerea impactului calității tăierii încărcăturii, simplificarea reglării înălțimii grătarului liber prin modificarea debitului de gaz în arzătoare. Acesta din urmă îl deosebește favorabil de cuptorul care funcționează cu aer îmbogățit cu oxigen. Cu toate acestea, cuptoarele cu gaz de cocs prezintă și dezavantaje semnificative: interacțiunea produselor eliberate în timpul arderii gazelor naturale (CO2 și H2O) cu bucățile de cocs dezoxidate cu formarea a 15-20% CO și 3-4% H2care absoarbe o cantitate mare de căldură); creșterea temperaturii gazului din grătar cu 100-150°C, ceea ce provoacă pierderi suplimentare de căldură; saturarea fontei brute cu hidrogen.
Dacă consumul comun de cocs și gaz este estimat în unități de combustibil standard, se va constata că consumul de combustibil cocs-gaz va fi mai mare, iar eficiența cuptorului este mai scăzută decât în cazul unui cuptor de cocs convențional. Economiile la funcționarea cuptorului cu gaz de cocs sunt obținute numai în detrimentul costului scăzut al gazului natural, astfel încât chiar și consumul crescut de gaz în comparație cu economiile de cocs oferă un anumit efect economic.
Cuptor pe gaz
Cuptorul cu gaz este un cuptor cu flacără de tip arbore. Acesta diferă semnificativ de cuptorul cu cocs și de cuptorul cu cocs-gaz. Furnalul cu gaz nu are o cocserie tradițională în gol, are o înălțime constantă a zonei de topire deasupra arzătoarelor cu gaz și o zonă de supraîncălzire limitată. Cuptoarele pe gaz se diferențiază structural în:
- cuptoare cu etaj (Fig. 8.8);
- cuptoare cu linte de arbore;
- cuptoare cu cameră de supraîncălzire la distanță.
În cuptorul prezentat în fig. 8.8, de-a lungul înălțimii arborelui sunt realizate două pervazuri 6 și 12, care împiedică materialele de încărcare să ajungă în partea inferioară a camerei de ardere a gazelor 4, zona de supraîncălzire.
Partea superioară a arborelui cuptorului (deasupra cornișelor 6 și 12) este proiectată pentru încălzirea și topirea încărcăturii, iar partea inferioară pentru supraîncălzirea fontei lichide. Atât cornișele superioare, cât și cele inferioare sunt supuse unor sarcini termice ridicate, astfel încât acestea sunt răcite cu apă. Pe tot perimetrul părții inferioare a camerei de ardere și supraîncălzire sunt construite în unul sau două tuneluri — tuburi, în care sunt amplasate arzătoare cu gaz.
Înainte de topire, camera de supraîncălzire este încălzită de arzătoare cu gaz la o temperatură de 1600°C. Apoi, după atingerea regimului de temperatură și a compoziției necesare a atmosferei cuptorului, încărcătura este încărcată în puțul cuptorului. Metalul se topește, curge în camera de supraîncălzire a cuptorului, de unde curge continuu în purcel.
Principalul avantaj al cuptoarelor cu gaz față de cuptoarele cu cocs este că nu necesită utilizarea unui cocs rar, există o reducere semnificativă a conținutului de sulf (de 5-6 ori mai mic decât în fonta brută topită în cuptoare cu cocs). În același timp, este mai dificil să se obțină fontă brută cu un conținut de carbon mai mare de 3-3,2% în cuptoarele alimentate cu gaz. Acest lucru se explică prin absența unei cocserii inactive în cuptorul de cocs și formarea unei atmosfere oxidante în camera de supraîncălzire, care contribuie la pierderea elementelor chimice ale fontei brute (carbon, siliciu, mangan). În astfel de cazuri, se adaugă artificial la încărcătură materiale cu conținut ridicat de carbon, de exemplu bucăți de electrozi de grafit rezidual.
