Оборудование и эксплуатация доменных печей
Плискановский С.Т., Полтавец В.В.
Пороги, 2004 г.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ ПРИ ВЫПЛАВКЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЧУГУНА. ПРОДУКТЫ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ И УЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
В доменных печах выплавляются чугуны: передельный, литейный, зеркальный и доменные ферросплавы. Выплавка каждого вида чугуна имеет свои особенности технологического режима.
Выплавка передельного чугуна
Основное требование, предъявляемое к чугуну для сталеплавильного передела - возможно более низкое содержание вредных примесей.
Для получения низкосерпистого чугуна поддерживают оптимальную основность шлака, исходя из относительного количества шлака и количества серы, вносимой шихтовыми материалами в доменную печь. Основность шлака при выплавке передельного чугуна должна быть достаточной для успешного перевода серы в шлак. В условиях заводов Украины при работе на высоко-сернистом коксе из донецких углей основность шлака передельною чугуна CaO:Si02 поддерживают в пределах 1,15-1,25. С уменьшением количества шлака на тонну чугуна основность его должна повышаться.
При выплавке маломарганцовистого чугуна в шихту вводят доломит в таком количестве, чтобы содержание оксида магния в шлаке составляло 5-8% при содержании А12O3 7-9%.
Основное количество чугуна для сталеплавильного передела выплавляется в печах, работающих на комбинированном дутье (кислород + природный газ). Температура дутья 1000-1200 °С. В последнее время в связи с дефицитом природного газа возникли технологические трудности в использовании кислорода для обогащения дутья и его высокотемпературного нагрева. Из-за этого па ряде заводов Украины температуру горячего дутья вынуждены были понизить на 100-200 °С, что привело к соответствующему увеличению расхода кокса и снижению производительности доменных печей.
На некоторых заводах Украины были предприняты попытки снизить содержание кислорода в дутье до 20-19,55% введением в дутье азота через в сас воздуходувной машины с целью использовать более высоконагретое дутье. Результаты этого эксперимента неоднозначны. Более актуальным и возможно единственным и наиболее эффективным средством для стабилизации технологического режима выплавки передельного чугуна в настоящее время является внедрение технологии доменной плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива. Эта технология позволяет использовать уже ранее достигнутую степень обогащения дутья кислородом и повысить температуру дутья до 1250 °С
Для устранения колебаний естественной влажности и для регулирования теплового состояния печи дутье увлажняют и поддерживают содержание влаги в нем на уровне 20-28 г/м3 воздуха. При этом избыточное давление газа на колошнике, как правило, поддерживается на уровне 100-200 кПа, что обеспечивает форсированный ход печи с расходом воздуха 1,8-2,2 м3/мин на 1 м3 полезного объема печи. Степень форсирования хода печи дутьем определяется газодинамическими условиями, которые зависят, в основном, от гранулометрического состава и распределения шихты, величины рудной нагрузки. Рудная нагрузка на лучших печах составляет 3,4—4,0 единицы, перепад статического давления газа между горном и колошником 1,2-1,5 am.
Выплавка литейного чугуна
Литейный чугун от передельного отличается повышенным содержанием кремния и во многих случаях более низким содержанием серы (не более 0,02%). Такие требования к литейному чугуну предъявляются машиностроительной промышленностью, где литейный чугун после переплавки в вагранках используется для изготовления деталей машин и различных видов оборудования методом литья
С целью получения требуемых прочностных свойств литых изделий из чугуна часть углерода, содержащегося в чугуне, должна быть в свободном состоянии в виде тонкодисперсных включений графита в металлической матрице. Химически связанный углерод в виде цементита Ре С в структуре чугуна резко снижает пластичность литых деталей и поэтому его содержание в отливках должно быть сведено к минимуму. Кремний, будучи карбидоразрушаю-щим элементом, является одним из главных факторов получения необходимой структуры чугунных отливок.
Выплавка низкосернистого чугугга требует увеличения основности шлака, что затрудняет восстановление кремния в чугун. Успешному восстановлению кремния способствуют кислые шлаки. Поэтому при выплавке литейного чугуна основность шлака составляет 1,05-1,20 в случае работы на высокосернистом (1,6-1,8% S) коксе и 0,95-1,10 на малосернистом.
Расход кокса тем выше, чем выше заданное содержание кремния в чугуне. Обычно при выплавке литейного чугуна расход кокса на 10-25% выше, чем при выплавке передельного чугуна.
Литейный чугун выплавляют па комбинированном дутье. Однако при получении высококремнистого литейного чугуна расход природного газа сокращают с целью достижения более высокой температуры в горне, способствующей успешному восстановлению кремния.
Кремний, в основном, восстанавливается из свободного кремнезема пустой породы руды и других составляющих доменной шихты. Восстановление кремния происходит в нижней части заплечиков при высокой температуре. Самым действенным фактором, влияющим на переход кремния в чугун, является работа доменной печи на дутье с возможно более высокой температурой.
Кремнезем, будучи кислотным оксидом, труднее восстанавливается до кремния в присутствии основных оксидов, связывающих его. Отсюда одно из технологических условий производства литейного чугуна - работа на кремнеземистых шлаках. Структурное состояние кремнезема в компонентах шихты также оказывает влияние на ход восстановления кремния, переходящего в чугун. Для успешного перехода кремния в чугун рудные компоненты должны быть легковосстановимыми, а их пустая порода тугоплавкой. При этих условиях восстановление основной массы железа произойдет раньше, чем начнется интенсивное образование шлака, а это, в свою очередь, приведет к повышению температуры плавления шлака и смешению зоны шлакообразования в область высоких температур (заплечики), где интенсивно идет восстановление кремния.
Уменьшение рудной нагрузки (увеличение расхода кокса) вызывает повышение температур по высоте печи, приводя к перемещению горизонта шлакообразования в верхние зоны печи. При внезапном похолодании жидкие фазы, образовавшиеся у стен печи, могутзатвердевать, что способствует настылеобразованию. Поэтому при переходе от производства передельного чугуна к производству литейного необходим переходный период определенной продолжительности. На разных заводах переходный период колеблется от 3 суток (на Днепровском металлургическом комбинате) до 10 суток (на Магнитогорском металлургическом комбинате).
Переход на выплавку более высококремнистых марок литейного чугуна также должен осуществляться постепенным изменением технологических параметров работы печи.
В первой половине периода производства литейного чугуна выплавляют чугун с высоким содержанием кремния, так как горн еще не загроможден отложениями графита и высококремнистый чугун вытекает свободно. В последующем периоде производства литейного чугуна выплавляют более низко-кремнистые марки чугуна, облегчающие переход к выплавке передельного чугуна.
При выплавке высококремнистого литейного чугуна марок JTK1 и JIK2 предпочтительнее работать с выходом шлака, равным 520-570 кг на 1 т чугуна. Уменьшение выхода шлака при плавке этих марок чугуна приводит к колебаниям содержания кремния в чугуне.
Глинозем в шлаке повышает температуру его плавления, перемещает' зону шлакообразования в более низкие горизонты и способствует восстановлению кремния в чугун. В агломерате и окатышах, используемых на заводах Украины, содержание глинозема составляет 5-7%. Поэтому на некоторых заводах в шихту вводят глиноземистые руды.