Металлургия чугуна

Вегман Е.Ф.,Жеребин Б.Н.,Похвиснев А.Н.,Юсфин Ю.С.
Академкнига, 2004 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Металлургия чугуна

 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.