Металлургия чугуна

Вегман Е.Ф.,Жеребин Б.Н.,Похвиснев А.Н.,Юсфин Ю.С.

Академкнига, 2004 г.

 6.2. ТЕХНОЛОГИЯ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Доменная плавка — это сложный комплекс химико-физических процессов, протекающих в условиях высоких температур, комбинированного дутья и повышенного давления газа на колошнике. Главные из них - тепломассообмен и восстановление. Возникая в результате противотока опускающихся шихтовых материалов и восходящих газовых потоков, они определяют газодинамику доменного процесса, зависящую от скорости их движения и взаимного контакта в различных зонах доменной печи. Постоянство границ между ними, в том числе между областями косвенного и прямого восстановления, определяет закономерность и стабильность схода шихтовых материалов с возможно полным использованием восстановительной способности газового потока.

Уменьшение объема шихты и перераспределение ее составляющих становятся минимальными, сохраняя заданное при загрузке материалов в печь распределение, нарушающееся только в зоне когезии и плавления с образованием первичных шлаков. От этого зависят газопроницаемость столба шихтовых материалов с минимальным перепадом статического давления газов в шахте и постоянство дутьевого и температурного режимов в печи.

Многочисленные средства технического контроля за ходом домен -ной плавки, применение различных моделей доменного процесса и экспертных систем, создаваемых для наблюдения за ходом печи и предупреждения возможных отклонений его от установленного режима, не исключают роли человеческого фактора: квалификации специалистов ведущих плавку, их умения правильно и своевременно корректировать ход печи и предупреждать возможные расстройства и аварии. Это главное условие для сохранения стабильного режима печи, основным показателем которого является ровный ход.

6.2.1. РОВНЫЙ ХОД

Нормальная работа доменной печи устанавливается после задувки и окончания раздувочного периода, в течение которого в технологический режим ее вводятся постепенно все технологические параметры. Отсюда понятие так называемого ровного хода печи, характеризуемого:

1) плавным, устойчивым сходом шихты с разной, но постоянной скоростью в различных зонах горизонтального сечения шахты печи;

2) стабильным распределением материалов и газов, отвечающим максимально возможному использованию их физической и химической энергии с минимальными для данных условий плавки расходом кокса и выносом колошниковой пыли;

3) устойчивым тепловым состоянием, обеспечивающим получение продуктов плавки заданного состава с наиболее высокими технико-экономическими показателями;

4) постоянными параметрами дутьевого режима, т. е. количеством, давлением и температурой горячего дутья;

5) наличием устойчивого гарнисажа, обеспечивающего постоянство рабочего профиля печи и его сохранность в процессе эксплуатации.

Эти условия достигаются строго регламентированным технологическим (так называемым сквозным) графиком производства — от складирования шихтовых материалов и загрузки их в печь до выпуска продуктов плавки, их дальнейшей транспортировки, четкой работы оборудования в соответствии с правилами технической эксплуатации, техники безопасности и организации производства, обеспечивающими безаварийную работу всего комплекса доменного цеха.

Современные доменные печи в условиях форсированного хода могут подвергаться относительно большим отклонениям от заданного режима. Причины: нарушение стабильности работы печей, ошибки персонала при назначении тех или иных параметров ведения плавки или изменении условий, в которых она велась. Предупредить это возможно согласованностью верхнего и нижнего режимов печи или, по словам И.П. Бардина, «сведением в одно целое химизма процесса с механизмом движения материалов». Оптимальное соотношение этих двух показателей единого технологического режима доменной плавки является одним из самых сложных вопросов управления доменным процессом. Поэтому задача ведущего печь заключается в тщательном и непрерывном наблюдении за ее работой и в своевременном принятии мер к устранению всех возможных отклонений от установленного режима.

Но ровный ход печи зависит не только от совершенства методов ведения плавки, значение имеет также качество шихтовых материалов. Значительную роль играет и профиль доменной печи, его конфигурация. Выбоины, неравномерный односторонний и, тем более, «бутылочный» разгар, создающий условия к большому развитию периферийного хода, неизбежно присущи доменной печи, учитывая периферийный подвод дутья к горну печи и геометрию очертаний ее рабочего пространства.

Особенно отрицательно на ровности хода сказывается образование настылей, в том числе односторонних, делающих подчас весьма затруднительным управление ходом печи. В современной практике этот дефект стал неизмеримо меньшим благодаря переходу к строительству печей с тонкостенной кладкой и так называемым «жестким» профилем по границам его естественного разгара. Он практически постоянен и изменяется только за счет толщины гарнисажа, за сохранением которого и надлежит следить ведущему плавку

Для создания лучших условий для распределения минерального сырья и кокса по горизонтальному сечению колошника основная масса железосодержащих материалов должна находиться в центральной зоне печи (зона между периферийной и осевой областями печи), в направлении главного потока газов на расстоянии примерно 1/3 радиуса колошника, считая от колошниковой защиты, значительно вклиниваясь к оси печи и образуя «отдушину». Периферия печи при этом омывается узким кольцевым потоком, шириной примерно в 0,5 м (от стенки до гребня материалов). Остальная масса газа направляется в центральную и частично осевую зону, предохраняя печь от случайных подвисаний в случае подпора газов по каким-либо причинам в других зонах.

6.2.2. КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ПЕЧИ ПО ВИЗУАЛЬНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ

Для суждения о ходе доменной печи мастер наблюдает за состоянием фурм, составом чугуна и шлака, ходом подач, давлением дутья, давлением и температурой колошникового газа, выносом колошниковой пыли и многими другими показателями.

Наблюдение за фурмами дает возможность судить о нагреве печи, равномерности ее работы по окружности, количестве дутья, поступающего в печь, состоянии горна и всей печи в целом. Светлые яркие фурмы характеризуют высокий нагрев, тусклые, потемневшие фурмы с появлением перед ними холодных материалов — обычно начавшееся похолодание. Характер движения кусков кокса перед фурмами указывает на степень интенсивности хода. Быстрое мелькание кокса означает, что печь работает форсировано — «принимает» дутье. При тугом ходе куски кокса движутся медленно, на фурмах «вяло», а при подвисаниях они могут лежать перед фурмами почти неподвижно.

Состав чугуна и шлака зависит от состава шихты, ее подготовки и хода доменной печи. Содержание кремния связано главным образом с тепловым состоянием печи: чем холоднее работает печь, тем меньше кремния, и наоборот. Содержание марганца при постоянной шихте также связано с этим фактором и, кроме того, с основностью шлака. Содержание фосфора зависит только от его количества в шихтовых материалах, а серы — как от состава шлака, так и от нагрева печи и тем выше, чем холоднее работает печь. При расстроенном «холодном» ходе сера максимально переходит в чугун.

О составе чугуна судят по его химическому анализу. Содержание кремния, марганца и серы в чугуне опытный персонал определяет с достаточной точностью визуально. Чем больше кремния в чугуне, тем меньше он искрит на выпусках. Горячий литейный чугун, содержащий до 3% кремния и выше, не искрит совсем; холодные мартеновские чугуны, содержащие около 0,5% и менее кремния, обильно искрят мелкими искрами и имеют в твердом состоянии белый излом. Марганец в чугуне обнаруживается появлением зеленоватых языков пламени. При высоком содержании серы поверхность чугуна покрывается своеобразной пленкой, так называемым «салом».

Особое значение в оценке работы печи отводится шлакам. Содержание в них, например, FeO и МnО хорошо характеризует нагрев печи: чем ниже нагрев, тем больше их в шлаке. Содержание этих оксидов в большом количестве придает шлакам специфическую окраску: закись марганца — зеленоватый цвет, закись железа — бутылочно-зеленый и черный цвет. О их содержании также можно судить по излому застывшего шлака. Содержание кремнезема в шлаке зависит от его основности и от нагрева печи. При низком нагреве печи кремний восстанавливается в чугуне слабее, повышается количество кремнезема, переходящего в шлак, который становится более кислым. Степень основности шлака легко определяется на глаз по излому его пробы: основной шлак камневидный, кислый — стекловидный.