Металлургические предприятия Свердловской области

- в своевременном чередовании  и правильном переключении воздухонагревателей  на все режимы работы.

Технология выплавки чугуна в доменных печах

 

 

Общая схема доменного  процесса

В доменной печи происходит непрерывное  опускание столба шихтовых материалов, распределенных засыпным аппаратом  на колошнике и непрерывное движение восстановительных газов от фурменных  очагов через столб шихты к  колошнику. Результатом взаимодействия этих потоков является накопление чугуна и шлака в нижней части доменной печи и постоянный отток отработавших восстановительных газов в верхней  части печи. Шихтовые материалы во время пребывания в доменной печи претерпевают значительные физико - химические изменения, препятствующие прохождению  сквозь их слои потока восстановительных  газов. Правильное распределение материалов на колошнике минимизирует это негативное явление и позволяет поддерживать оптимальную, для конкретных условий  газопроницаемость столба шихтовых материалов и влиять на организацию  газовых потоков в печи.

 

Процессы восстановления

Суть работы доменной печи - восстановление железа и “полезных” элементов  из химических соединений, в которых  они существуют в природных условиях. Основными восстановителями в доменном процессе являются углерод (С), монооксид  углерода(СО) и водород(Н₂). Реакция восстановления окислов железа непосредственно углеродом кокса называется прямым восстановлением. Косвенное восстановление - восстановление газообразными восстановителями (СО и Н₂). Железо на 70 -80% восстанавливается в шахте (сухой зоне) газообразными восстановителями, а завершается процесс восстановления при температуре выше 1000 С при взаимодействии расплава с углеродом кокса в заплечиках и горне. Реакции прямого восстановления идут со значительным потреблением тепла, необходимо стремиться к минимизации их протекания.

 

Образование чугуна и шлака

Плавление шихтовых материалов происходит в определенном интервале температур. В распаре, при температуре выше 1000С, материал находится в пластично - вязком состоянии и здесь начинается образование жидкого шлака из пустой породы шихты. В стекающем  вниз шлаке под действием возрастающих температур (1100 - 1500)С постепенно расплавляется  вся пустая порода, а после сгорания кокса и его зола. Свежевосстановленное железо заметно науглероживается в  твердом состоянии, что понижает его температуру плавления. Науглероженное железо содержащее около 4% углерода и  до 4% примесей (Si, Mn, S, P и др.) плавится при температуре 1130 -1150С и стекает  виде капель чугуна в горн. Окончательный  состав чугуна и шлака формируется  после взаимодействия жидких продуктов  плавки с раскаленным коксом в  заплечиках и горне, а так же при  фильтрации капель чугуна через слой шлака в нижней части горна - металлоприемнике. В заплечиках и горне углеродом  кокса и чугуна восстанавливается  основная доля трудновосстановимых  элементов, входящих в состав чугуна (Si, Mn, V), из их оксидов, растворенных в  шлаке. В горне чугун и шлак из - за различия в плотностях разделяются  на несмешивающиеся слои. Чугун располагается  на лещади, а шлак над ним, что  предохраняет чугун от возможного окисления  дутьем.

 

 

 

Поведение серы в доменной печи

Сера является вредным для чугуна и стали элементом. Сталь полученная из чугуна характеризуется низкой прочностью при нагреве (красноломкость). Содержание серы в чугуне не должно превышать 0,030%.

В доменную печь 70 - 90% серы вносится коксом. В рудных материалах сера находится  в виде сульфидов(FeS₂) и сульфатов (CaSO₄). В чугуне при 1000-1500С растворяется до 0,9% S. Общая степень удаления серы с газом составляет около 10%, следовательно основная часть серы распределяется между чугуном и шлаком. Основными технологическими факторами, влияющими на содержание серы в чугуне являются нагрев горна и серопоглотительная способность шлака.

 

Ход печи

Нормальный технологический режим  доменной плавки должен обеспечивать форсированный ровный ход печи, максимальную производительность, наименьший расход кокса, получение чугуна, по качеству удовлетворяющего требованиям стандартов, а также сохранность профиля и конструкций печи.

Признаками ровного хода печи являются:

- ровный с постоянной  скоростью сход шихтовых материалов;

- постоянство давления  дутья при заданном его количестве  и температуре;

- постоянство общего и  частных перепадов давления газа  по высоте печи;

- постоянство интенсивности  горения кокса;

- равномерный нагрев по  фурмам;

- стабильный по абсолютному  значению и умеренный диапазон  колебания температуры газа на периферии и колошнике;

- устойчивость теплового  состояния печи, обеспечивающего  получение  чугуна и шлака заданного состава;

- однородный состав чугуна  по леткам.

 

Неравномерная работа печи по окружности

Причинами неравномерной  работы печи по окружности могут являться:

- несоответствие дутьевого  режима гранулометрическому составу  шихты (недодув, передув);

- несоответствие дутьевого  и температурного режима нагреву  печи (похолодание, разогрев);

- ухудшение подвижности  шлака;

- загромождение горна  из-за ухудшения качества кокса;

- неточность монтажа засыпного  аппарата и колошниковой защиты;

- неравномерный разгар  кладки и образование настылей;

- неравномерное распределение  дутья и природного газа по  фурмам;

- неправильная работа  вращающегося распределителя и  других механизмов БЗУ.

Признаками неравномерной  работы печи по окружности являются:

- устойчивая разница в  температуре колошникового газа  по отдельным газоотводам (с разницей   крайних  значений,  превышающей  100 °С) и в показаниях периферийных термопар (с разницей крайних значений более 150 °С);

- разная скорость схода  материалов по показаниям радиолокационных датчиков (перекос поверхности засыпи).

Длительная неравномерная  работа печи по окружности вызывает односторонний  разгар кладки, приводит к ухудшению  использования химической и тепловой энергии газового потока.

Регулирование распределения газового потока по окружности печи производится изменением программы, а в отдельных случаях и режима работы лоткового распределителя, дутьевого режима с устранением передувов и недодувов, соответствующей корректировкой состава шихты и величины рудной нагрузки.

 

 

Периферийный  и центральный ход печи

Чрезмерное развитие потока газов в периферийной зоне является следствием:

- недостаточной загруженности  периферии железорудными материалами;

- увеличения замусоренности  и использования малопрочного  кокса и снижения активности центральной части печи;

- увеличения содержания  мелочи в железорудной части шихты;

- недостаточного расхода  дутья, несоответствия дутьевого  режима диаметру и высову фурм;

- длительной работы печи  с избыточным расходом кислорода.

Чрезмерно развитый периферийный ход печи приводит к ухудшению  использования тепловой и химической энергии газов, повышению расхода кокса, преждевременному износу кладки и холодильников шахты. Чрезмерно развитый периферийный ход может привести к загромождению горна, массовому горению фурм, неустойчивому тепловому состоянию печи. Кроме того, чрезмерно развитый периферийный ход вызывает повышение уровня зоны шлакообразования у кладки, что при возникновении неровного хода и колебаниях теплового режима может способствовать образованию настылей.

 

Признаки периферийного  хода:

- снижение величины верхнего  перепада с одновременным понижением величины нижнего перепада;

- в начальный период  давление дутья ровное, но  ниже  нормального на 0,01-0,02 МПа (0,1-0,2 ат) при том же его расходе. Если имеет место загромождение осевой зоны, то наблюдаются колебания давления дутья;

- на диаграмме давления  колошникового газа отмечаются  периодические резкие повышения показаний (верхние пики);

- температура колошникового  газа выше нормальной, а разница  показаний термопар больше, чем  при нормальной работе печи. Имеются  отдельные пиковые повышения  температуры в газоотводах;

- температура периферийных  газов повышается, а разница показаний термопар также увеличивается;

- содержание диоксида  углерода в колошниковом газе  уменьшается, а содержание водорода увеличивается;

- ровный сход шихты  в начальный период постепенно  переходит в неровный с подстоями  и обрывами;

- наблюдается несоответствие  интенсивно и ярко работающих  в первоначальный период воздушных  фурм с низким нагревом продуктов  плавки.

Постепенно воздушные  фурмы теряют интенсивность, на некоторых фурмах циркуляция кокса почти прекращается, появляются куски неподготовленных материалов.

Для уменьшения периферийного  потока газов необходимо:

- при относительно малозагруженной  осевой зоне усилить загрузку  периферии железорудной шихтой;

- при перегруженной осевой  зоне необходимо увеличить долю  кокса, загружаемого в центральную зону, интенсивно промывать горн промывочной шихтой и обеспечить загрузку печи менее замусоренным и более прочным коксом, уменьшить расходы кислорода и природного газа с расчетом снижения теоретической температуры горения на величину от 50 °С до 100 °С.

Признаки и меры по исправлению  чрезмерно развитого центрального хода противоположны периферийному.

 

Тугой ход печи

Ухудшение гранулометрического  состава рудной части шихты может быть причиной расстройства хода печи – тугого хода. Это явление возникает тогда, когда качество сырья при высокой подгруженности периферии и недостаточной газопроницаемости центральной зоны не соответствует дутьевому режиму и выходу колошникового газа.

При этом ход печи становится неустойчивым и склонным к подстоям и подвисаниям.

Признаки тугого хода печи:

- давление дутья повышается, становится неустойчивым, а расход  его понижается;

- давление колошникового  газа также неустойчиво – периодически  появляются резкие повышения давления (верхние пики);

- общий перепад давления  растет, а диапазон его колебаний  увеличивается, частный перепад – верхний или нижний (в зависимости от зоны, где наступило нарушение процесса плавки) также возрастает;

- при сопоставлении графики  температуры газа по газоотводам  имеют вид узкой полосы переплетающихся  линий, температура колошникового газа возрастает;

- температура периферийных  газов понижается, она становится  неустойчивой;

- сход шихты неравномерный,  имеют место подстои и обрывы  шихты;

- повышается нагрев продуктов  плавки;

- становится неустойчивым  общий выход колошникового газа.

Для восстановления нормального  хода печи в зависимости от степени  расстройства необходимо принять следующие меры:

- перейти на режим загрузки, разгружающий периферию;

- при чрезмерном повышении  давления дутья уменьшить его  расход, при сохранении тугого хода уменьшить расходы природного газа и кислорода, поддерживая теоретическую температуру горения на рабочем уровне, в зависимости от теплового состояния печи соответственно скорректировать рудную нагрузку.

 

Тугой ход печи

Ухудшение гранулометрического  состава рудной части шихты может быть причиной расстройства хода печи – тугого хода. Это явление возникает тогда, когда качество сырья при высокой подгруженности периферии и недостаточной газопроницаемости центральной зоны не соответствует дутьевому режиму и выходу колошникового газа.

При этом ход печи становится неустойчивым и склонным к подстоям и подвисаниям.

Признаки тугого хода печи:

- давление дутья повышается, становится неустойчивым, а расход  его понижается;

- давление колошникового  газа также неустойчиво – периодически  появляются резкие повышения давления (верхние пики);

- общий перепад давления  растет, а диапазон его колебаний  увеличивается, частный перепад – верхний или нижний (в зависимости от зоны, где наступило нарушение процесса плавки) также возрастает;

- при сопоставлении графики  температуры газа по газоотводам  имеют вид узкой полосы переплетающихся  линий, температура колошникового газа возрастает;

- температура периферийных  газов понижается, она становится  неустойчивой;

- сход шихты неравномерный,  имеют место подстои и обрывы  шихты;

- повышается нагрев продуктов  плавки;

- становится неустойчивым  общий выход колошникового газа.

Для восстановления нормального  хода печи в зависимости от степени  расстройства необходимо принять следующие меры:

- перейти на режим загрузки, разгружающий периферию;

- при чрезмерном повышении  давления дутья уменьшить его  расход, при сохранении тугого хода уменьшить расходы природного газа и кислорода, поддерживая теоретическую температуру горения на рабочем уровне, в зависимости от теплового состояния печи соответственно скорректировать рудную нагрузку.

 

Перекос поверхности засыпи шихты

Это расстройство хода печи является следствием установившегося неравномерного распределения материалов и газов по сечению печи.

Перекос поверхности засыпи может быть вызван неравномерным  распределением дутья и природного газа по фурмам, односторонним разгаром кладки, профиля печи, образованием настыли.

Признаки перекоса поверхности  засыпи:

- показания уровня по  радиолокационным датчикам различны;

- увеличивается разница  в показаниях периферийных термопар;

- в зоне интенсивного  газового потока температура  исходящей из холодильников воды  повышается.

Для  борьбы с перекосом  поверхности засыпи следует использовать секторную или локальную загрузку материалов.

При устойчивом характере  перекоса необходимо проверить правильность показаний радиолокационных датчиков, правильность работы механизмов БЗУ и его центровку, наличие настылей, равномерность распределения дутья и природного газа по окружности печи.