În modelele de cuptoare convenționale de mai sus, încărcătura este încărcată prin ferestrele de încărcare închise în mod normal de ușă. În momentul încărcării, când ușile sunt deschise, puțul cuptorului, precum și coșul de fum comunică cu atmosfera. Ca urmare, gazele din cuptor sunt amestecate cu aerul, temperatura lor scade, volumul lor crește, procesul devine neregulat și practic incontrolabil. În plus, condițiile de postardere a monoxidului de carbon se deteriorează, iar eficiența recuperatorului și a instalațiilor de tratare scade. La extracția gazelor sub fereastra de închidere, influența negativă a factorilor de mai sus este mai redusă, dar o parte din gazele cuptorului (15-20 %) ajung în coșul cuptorului, iar pentru purificarea lor este necesară instalarea unor dispozitive speciale (descărcător de scântei sau colector de praf umed).
Cuptoarele de tip închis asigură etanșarea completă a arborelui, purificarea și utilizarea întregului volum de gaze. Principala diferență constructivă dintre furnalele închise și instalațiile convenționale cu încălzire prin explozie și purificare a gazelor este prezența unui dispozitiv special de încărcare. Există o serie de modele ale unității de încărcare a cuptoarelor închise dezvoltate în străinătate și în țara noastră.
Fig. 5.13 prezintă una dintre variantele de dispozitive de încărcare a cuptoarelor închise. La apropierea săritorului de troliu, capacul 1 al buncărului 2 este înclinat cu ajutorul unui cilindru pneumatic și încărcătura este turnată în buncărul de recepție 2. Apoi, capacul se închide, poarta glisantă 3 se retrage și încărcătura cade în jgheabul de încărcare 4. După revenirea porții glisante în poziția inițială, cilindrul pneumatic 5 este pornit, jgheabul se înclină, deschizându-se simultan capacul ferestrei de încărcare 7, legată rigid de tija jgheabului 6. Încărcătura intră în cuptor. Gazele sunt evacuate din cuptor prin gura inelară de evacuare a gazelor 8.
În prezent, în turnătorii este instalat un cuptor de tip închis proiectat de institutul „Giprostanok”. Caracteristicile tehnice ale acestora sunt prezentate în tabelul 5.1.
Puțul acestor cuptoare are, de regulă, un profil conic (fig. 5.14) și mai rar un profil de „furnal înalt”. Corpul arborelui este răcit cu apă pe toată înălțimea sau numai în partea inferioară (de topire). Zona răcită cu apă, cu excepția creuzetului, nu are căptușeală refractară sau este căptușită cu un strat subțire (40-70 mm) de refractar care înlocuiește garnitura de la începutul funcționării cuptorului. Pentru a crește ciclul de funcționare fără reparații curente, cuptoarele sunt echipate cu lanțuri de cupru răcite cu apă, împinse în interiorul arborelui. Un astfel de profil al arborelui asigură uniformitatea distribuției gazelor pe secțiunea transversală, favorizează creșterea nivelului mediu al zonei de topire, creșterea duratei de funcționare a cuptorului fără avarie și stabilitatea proceselor metalice.
Furnalul este echipat cu un dispozitiv de încărcare etanș, similar cu dispozitivele din furnalele înalte. Încărcarea are loc fără pierderi de gaze, care sunt evacuate din partea superioară a încărcăturii într-un dispozitiv de curățare grosieră și apoi într-un sistem de curățare fină umedă, fiind complet curățate de impuritățile mecanice. Se știe că gazele conțin 15-20% monoxid de carbon. În instalațiile convenționale, monoxidul de carbon se scurge împreună cu gazele și otrăvește atmosfera; gazele, după purificare, sunt trimise la un recuperator, unde monoxidul de carbon este postcombustit și cedează căldura sa aerului care intră în cuptor.
Majoritatea cuptoarelor de tip închis sunt echipate cu dispozitive speciale pentru extragerea gazelor din cuptor în sistemul de epurare a gazelor. Aceste dispozitive trebuie să împiedice pătrunderea oxigenului din atmosferă în sistemul de epurare a gazelor și să împiedice evacuarea gazelor în atelier prin orificiul de încărcare a încărcăturii. Acest lucru se realizează în două moduri.
La prima (Fig. 5.15) în cuptor, se instalează un puț suplimentar deasupra unității de extracție a gazelor cu 3,4-4,5 m, în care este încărcată încărcătura. În astfel de cuptoare este prevăzut un capac special, care închide arborele la sfârșitul topirii după încărcarea ultimei încărcături. O presiune pozitivă minimă este menținută automat în arbore la nivelul de extracție a gazelor, împiedicând pătrunderea aerului în sistemul de epurare a gazelor prin „dopul de încărcare” de la fereastra de încărcare. Funcționarea fiabilă a acestui sistem este asigurată numai dacă nivelul de încărcare a încărcăturii este strict menținut. Atunci când nivelul de încărcare scade la sfârșitul procesului de topire, arborele cuptorului este închis cu un capac special. Sistemul de control automat monitorizează în permanență presiunea din unitatea de extracție a gazelor și conținutul de oxigen din gazele care ajung la sistemul de curățare a gazelor, iar dacă se detectează oxigen sau rarefacție, deconectează sistemul de curățare a gazelor de la cuptor.
La cea de-a doua metodă izolarea sistemului de purificare de atmosferă se realizează prin încărcarea încărcăturii prin camere cu sas închise ermetic cu două capace care se deschid alternativ (Fig. 5.14), care este cel mai des utilizată în cuptoarele cu furnal închis de tip pumpless fără fum. Designul unității de încărcare a încărcăturii prin camera ecluzei este prezentat în Fig. 5.16.
Astfel de instalații asigură obținerea de metal de înaltă calitate cu o încărcătură mai ieftină datorită temperaturii ridicate de supraîncălzire a fontei brute, precum și protecția mediului.
O unitate de furnal de tip închis cu sablare încălzită și curățare completă a gazelor, dezvoltată la TsNIITMASH, este prezentată în fig. 5.17. 5.17. Productivitatea furnalului este de 10-12t/h. Blastul este încălzit într-un recuperator combinat prin radiație și convecție, folosind căldura gazelor reziduale ale cuptorului. Pentru arderea stabilă a monoxidului de carbon din gazele de furnal în cuptorul recuperator sunt instalate arzătoare suplimentare care funcționează cu gaz natural.
Întregul volum de gaze este purificat în ciclonul căptușit înainte de recuperator și în aparatul cu spumă după recuperator, înainte de evacuarea în atmosferă. Dispozitivul de încărcare este echipat cu două capace care funcționează alternativ. Etanșeitatea dispozitivului este asigurată prin soluții hidraulice.
În unitatea de tip închis de concepție a Institutului Giprostanok (Fig. 5.18), gazele de digestie sunt curățate în aparatul bazat pe principiul tubului Venturi, particulele de praf întârziate sunt sedimentate în spălătorul ciclon SIOT. Gazele curățate și răcite sunt introduse de un ventilator special în ultimul etaj (de-a lungul traseului fumului) al recuperatorului, sunt încălzite până la 300 °C și intră în camera de ardere, unde un arzător special care funcționează cu un combustibil cu conținut scăzut de calorii realizează postarderea CO. Cantitatea de căldură lipsă pentru încălzirea aerului până la 500 °C este obținută prin arderea gazelor naturale. Avantajele unor astfel de instalații au fost menționate mai sus, dezavantajul acestui design este rezistența hidraulică ridicată a căii de gaz.
