Выпуск чугуна и шлака

Выпуск чугуна и закрытие летки, как правило, должны производиться на полном ходу. Необходимость снижения давления дутья на выпуске определяется мастером печи.

Количество ковшей, необходимых на один выпуск при нормальных условиях работы печи должно обеспечивать полное опорожнение печи от продуктов плавки.

Для обеспечения полноты выдачи продуктов плавки выпуск чугуна не закрывается до полной остановки печи.

2.3 Основные реакции доменного процесса

Основная задача доменного процесса — обеспечение как можно более полного извлечения железа из оксидов путем их восстановления. Железо поступает в доменную печь в виде оксидов: агломерат вносит Fе3O4 и немного Fе2O3 и FeО, окатыши - Fе2O3 и Fе3O4 и железная руда, если ее применяют Fе2O3 и Fе3O4, причем часть этих оксидов находится в виде химических соединений с другими оксидами. Восстановление заключается в отнятии кислорода от оксида и получении из него элемента (или же оксида с меньшим содержанием кислорода). Его осуществляют с помощью восстановителя — вещества, к которому переходит кислород благодаря тому, что у восстановителя большее химическое сродство к кислороду, чем у восстанавливаемого элемента. Таким образом, в процессе восстановления одно вещество теряет кислород (восстанавливается), а другое приобретает его (окисляется). В общем виде процесс восстановления описывается уравнением:

МО + В = М+ ВО,

где М — восстанавливаемый металл;

В — восстановитель;

МО — восстанавливаемый оксид;

ВО — оксид восстановителя.

В соответствии с выявленными акад. А.А.Байковым закономерностями восстановление оксидов железа протекает ступенчато от высших к низшим:

Fе2O3 → Fе3O4 → FeО → Fе.

Поскольку при температурах ниже 570°С оксид FеО неустойчив и разлагается (на Fе3O4 и Fе), схема восстановления при температурах ниже 570°С следующая:

Fе2O3 → Fе3O4 → Fе.

Восстановителями оксидов железа в доменной печи служат углерод, оксид СО и водород. Восстановление углеродом принято называть прямым восстановлением, а газами — косвенным. Главное отличие прямого восстановления от косвенного, это расходование углерода, а это означает, что с развитием реакций прямого восстановления сокращается количество углерода, достигающего фурм.

В целом ход процесса восстановления железа в доменной печи можно охарактеризовать следующим образом. Во всем объеме печи, начиная от верха колошника до участков с температурой 900 - 1000°С, протекают процессы косвенного восстановления газом СО и от части водородом. В этой зоне косвенного восстановления все высшие оксиды железа успевают восстановиться до FеО, а часть FеО восстанавливается до железа, причем частицы восстановленного железа обнаруживаются уже в колошнике. Вместе с тем, часть FeO восстанавливается до железа прямым путем в зоне высоких температур (>900—1000°С). При этом в зонах с температурами свыше 1100- 1250°С, когда сформировался шлак, железо восстанавливается прямым путем из жидкого шлака при стекании его капель вниз между кусками кокса. Железо при восстановлении получается в твердом виде; частицы железа, восстановившиеся из материалов, находящихся в твердом виде, имеют форму губrи.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Степень восстановления железа η составляет 0,99 — 0,998, а это означает, что 99 — 99,8% железа переходит в чугун и лишь 0,2 — 1,0 % переходит в шлак.

3. Описание доменных печей

Расположение доменных печей в доменном цеху островное с расстоянием между ДП - 1,2 118,8 м, ДП - 2,3 268,2м, ДП - 3,4 339м.

Доменные печи № 1 и №2 оборудованы одним литейным двором и имеют по одной шлаковой стороне и по две чугунных летки. На печах также сохранена многоносковая разливка чугуна и шлака. Печи имеют по два постановочных пути для чугуновозных ковшей и по два постановочных пути для шлаковозных ковшей. Для передвижения ковшей под печами каждая печь оборудована тележечными толкателями. Для хозяйственных работ, для каждой печи, имеется хозяйственный путь.

Доменная печь №4 оборудована одним литейным двором круглой планировки и имеет четыре чугунных летки. Печь имеет четыре постановочных пути для чугуна и четыре постановочных пути для шлака, все пути оборудованы тележечными толкателями. Для хозяйственных постановок имеются два пути: один — тупиковый и один — сквозной.

В таблице 4 представлены основные параметры профиля доменной печи

Таблица 1 - Профили доменных печей

Для механизации горновых работ доменная печь №1 имеет кран литейного двора грузоподъемностью 30/5тс, консольно-поворотные краны грузоподъемностью 10тс для обслуживания фурменной зоны, электровибротрамбовки и ручные пневматические трамбовки.

Доменная печь №4 оборудована двумя электромостовыми кранами литейного двора грузоподъемностью 20/5тс каждый, расположенными на кольцевых путях. На печи используются электровибротрамбовки и ручные пневматические трамбовки.

Доменные печи работают по графику выпусков чугуна, определяемому производительностью доменной печи. Доменные печи №1 и 2 работают по двенадцатиразовому или пятнадцатиразовому графику выпусков. Верхний шлак на печах не отрабатывается. Шлаковые стопоры на всех печах демонтированы.

3.1 Конструкция доменных печей

Доменная печь №1 объемом 1513 м3 в 1982г. была реконструирована с увеличением объема до 1719 м3. Печь реконструирована на существующем фундаменте. Фундамент восьмиугольной формы, диаметр фундаментной плиты 26м, глубина залегания 4 м. Печь имеет четыре колонны горна и четыре колонны шахты. Нагрузка от копра передается на колонны шахты через кольцевую балку. Кожух печи самонесущий с узким мараторным кольцом. Толщина кожуха 60 мм, выполнен из стали 14Г2АФ-12. для замены поврежденных участков кожуха имеется возможность передачи нагрузки от шахты печи на колонны горна через специальные кронштейны. Колонны шахты и горна коробчатого сечения. Засыпной аппарат типовой двухконусный К-21-5000 с распределителем шихты С3-17-10. для замены загрузочного устройства установлена монтажная тележка грузоподъемностью 150 т с опиранием на копер колошникового устройства. Загрузка печи скиповая с объемом скипа 10 м3. для смены скипа установлена передвижная тележка грузоподъемностью I5т.

Доменная печь №2 объемом 1719 м3 задута 23 июня 1961г., в 1988г. реконструирована с увеличением объема до 2035 м3. Печь реконструирована на существующем фундаменте. Фундамент восьмиугольной формы, диаметр фундаментной плиты — 28 м, глубина залегания — 4 м. При реконструкции печи выполнено опирание колошникового устройства на четырехколонную опорную систему через кольцевую балку. Колоны круглого сечения.

Кожух печи выполнен самонесущим с узким мараторным кольцом. Толщина кожуха 36 - 42 мм, материал сталь 09Г2С-12. На печи установлено безконусное загрузочное устройство.

Доменная печь №4 объемом 3200 м3 была задута 30 апреля 1975г. Конструкция печи типовая. Фундамент печи железобетонный восьмиугольной формы с диаметром плиты 26,2 м и глубиной залегания 6,2 м. Печь имеет шесть колонн горна и шесть колонн шахты с опиранием на колонны горна в районе маратора. Нагрузка от копра передается на колонны шахты через кольцевую балку.

Кожух печи самонесущий из стали 10Г2С1 толщиной 30-50мм. для замены поврежденных участков кожуха шахты имеется возможность передачи нагрузки на колонны горна. Колонны имеют коробчатое сечение. Засыпной аппарат типовой двухконусный АЗК-1-7000 с распределителем РШВ-1-22.

Для смены засыпного аппарата установлена монтажная тележка грузоподъемностью 170т с опорой на копре печи и на отдельно стоящую пространственную опору. Загрузка печи осуществляется скипами объемом 20м3 по раздвоенному наклонному мосту. Для замены скипа имеется передвижная тележка грузоподъемностью 30т.

3.2 Футеровка доменных печей

Доменная печь № 1. Низ лещади выполнен из одного ряда графитированных блоков высотой 1600 мм, уложенных на торец. Периферия лещади и горна до уровня шлаковой летки выложена из углеродистых блоков. Центральная часть лещади выложена из шести рядов высокоглиноземистых блоков. Высота каждого ряда 550 мм. Горн выше уровня углеродистых блоков, распар, шахта выложены из высокоглиноземистого огнеупорного кирпича.

Чугунные летки выполнены сверлением в углеродистых блоках. Общая высота футеровки лещади составляет 4906мм. Толщина стен горна на уровне чугунных леток 1400 мм, верхней части горна б90мм, заплечиков 345мм, распара и шахты в зоне холодильников 690 мм в неохлаждаемой части 805- 920 мм.

Доменная печь №2. Нижняя часть лещади выложена из одного ряда графитированных блоков высотой 1600 мм, уложенных на торец. На слой графитированных блоков также на торец укладывается слой углеродистых блоков высотой 1600 мм. Периферия лещади и горна, начиная от уровня графитированных блоков, выполнены до уровня шлаковой летки из углеродистых блоков. Центральная часть лещади выполнена из четырех рядов высокоглиноземистых блоков. Горн выше оси шлаковой летки, заплечики, распар и шахта выполнены из высокоглиноземистого огнеупора и шамотного кирпича марок ШПД - 42 и ШПД-39.

Доменная печь №4. Низ лещади выполнен из одного ряда графитированных блоков высотой 1600 мм, уложенных на торец. Периферия лещади на высоту 3706 мм выполнена из углеродистых блоков.

Выше выполнена двухстенная конструкция верха лещади и низа горна. Внешняя стена выполнена из четырех рядов блоков высота ряда 700 мм, толщина стенки 550 мм. Внутреннее кольцо выполнено из пяти рядов углеродистых блоков. Горн выше углеродистых блоков, заплечики, распар, шахта выложены из высокоглиноземистого огнеупора и шамотного кирпича.

4. Вдувание пылевидного топлива, как средства интенсификации доменного процесса

Вдувание топливных компонентов через фурмы в настоящее время является общепринятой практикой доменного производства во всем мире. Преимущества снижения потребления кокса и повышения производительности благодаря удалению азота из дутья вместе с увеличением объема обогащения кислородом были отмечены экспертами в данной отрасли промышленности. Вид используемого топлива для вдувания в фурмы, как правило, обусловлен особенностями местной экономики и историей каждой отдельно взятой доменной печи. Однако основные технические проблемы, с которыми можно столкнуться при этом, одинаковы для большинства печей.

Уголь - наиболее эффективное топливо для вдувания через фурмы, как с экономической, так и с технической точки зрения благодаря его низкой стоимости, доступности и техническим преимуществам при работе доменной печи. Ожидается рост использования угля в качестве вдуваемого топлива по сравнению с природным газом.

Сравнительный анализ угля и природного газа в качестве вдуваемого топлива. Вдувание природного газа — наиболее распространенная альтернатива технологии с вдуванием угля, особенно в печах североамериканских и восточноевропейских заводов. Основные различия между этими видами топлива — высокое содержание водорода, теплота расщепления природного газа и отсутствие зольных компонентов в отличие от угля. Эти факторы обусловливают основные технологические различия между их эксплуатационными пределами.

Анализ показал, что температура пламени при вдувании природного газа значительно меньше, чем при использовании угля. Возможность обогащения кислородом в первом случае при условии ограничения минимальной температуры на колошнике выше, чем во втором случае для аналогичного уровня, что обусловлено большим объемом газа СО2 на 1 кг природного газа, производимого в печи, по сравнению с углем.

Это ведет к лучшей производительности при более низких расходах природного газа по сравнению с углем. Однако при уровнях выше 120 кг/т чугуна необходим чрезвычайно высокий расход кислорода. При этом температура пламени также приближается к своим нижним пределам, поскольку обогащение кислородом ограничивается тепловым балансом в верхней части печи (низкие температуры на колошнике). На практике непрерывное вдувание природного газа не превышало 120 кг/т чугуна, в то время как вдувание пылеугольного топлива (ПУТ) было внедрено на постоянной основе при расходе более 250 кг/т чугуна. Более высокие уровни вдувания угля приводят к снижению расхода кокса (рисунок 1), что способствует увеличению производительности и сокращению расходов.

Более высокие по сравнению с природным газом, уровни вдувания угля, в свою очередь, ведут к повышению производительности, несмотря на преимущества ввода больших объемов водорода в доменную печь при вдувании природного газа, выражающиеся в более низкой плотности газа и более высокой диффузионной способности.

Такие факторы, как влажность сырьевого материала, химический состав угля и качество шихты, существенно влияют на рабочий баланс и зависят от местных условий на площадке. Подобный анализ можно провести для любой отдельно взятой печи, чтобы количественно определить влияние вдувания природного газа и угля на ее функционирование и установить технологический диапазон рабочих режимов.

Благодаря более низким показателям расхода кокса, достигаемым при вдувании угля, и его более низкой стоимости по сравнению с природным газом, предпочтение в большинстве случаев будет отдано углю, а не природному газу.

Рисунок 1 - Температура пламени, расход кокса, обогащение кислородом и уровень вдувания природного газа (1) и угля (2) в стандартных условиях

Опыт использования системы вдувания ПУТ на заводе Корус. С 2000г. на заводе Корус (Нидерланды) шли по пути развития и создания производства с избыточным выпуском стали и литья. Сократившееся количество остановок печи и случаев снижения уровней дутья, а также возросшая мощность кислородно-конвертерного цеха оказались идеальным стимулом для совершенствования обеих доменных печей. Возросшая потребность в чугуне и акцент на себестоимость послужили толчком к параллельной разработке режима с более низким расходом кокса и более высокой производительностью. Эксплуатационные показатели доменной печи № 6 стали мировым эталоном благодаря ультранизкому общему расходу кокса и рекордным показателям производства для печей без предварительного восстановления железа.

Вдувание пылеугольного топлива (ПУТ) началось в июле 1983 г. вместе с вводом в эксплуатацию двух дробилок для тонкого помола в комбинации с системой вдувания компании “Агmсо” для каждой доменной печи (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема установки дня подготовки и вдувания ПУТ

Третья дробилка была введена в эксплуатацию в 1996 г. после успешного испытания системы с высоким уровнем вдувания ПУТ и низким расходом кокса на печи № 6 в 1992 г. (с достижением показателей 271 кг кокса/т чугуна и 212 кг ПУТ/т чугуна). Уроки, полученные в ходе испытательного периода печи № 6, оказались весьма ценными, и понадобился всего лишь один год после строительства (1996 г.), чтобы снизить расход кокса на обеих печах до 300 — 320 кг/т чугуна, используя фактически всю доступную мощность системы вдувания ПУТ С тех пор постепенно возрастал объем приготовления угля вместе с повышением производительности и уменьшением расхода кокса в соответствии с потребностями печей (рисунок 2).

Три отдельные линии помола с бункером для хранения подаваемого угля, воздухонагревателем, установкой для измельчения и просушки, двумя циклонами и тремя рукавными фильтрами. Все установлено на открытом воздухе. Две системы вдувания с бункером для хранения угля тонкого помола и тремя питающими резервуарами для каждой печи (под азотом), подбором воздуха, статическим распределителем и линиями вдувания, подведенными к каждой фурме обеих доменных печей. Между обеими системами вдувания существуют взаимосвязи для достижения сбалансированного производства в трех контурах помола для двух доменных печей с различными мощностями.

Основной комплект оборудования с тремя дробилками и двумя системами вдувания Dаnieli Согus/Агmсо сегодня все еще находится в эксплуатации, доказал свою высокую степень надежности. Широко обсуждаемое за пределами нашего предприятия отсутствие контроля над уровнем вдувания топлива для каждой отдельно взятой фурмы не представляет особых трудностей, так как ведущим является круговое распределение, описанное в следующем разделе.

Любое повышение сопротивления шихты вследствие уменьшения расхода кокса можно преодолеть поддержанием высокого качества шихты, оптимизацией распределения шихты и принятием других оперативных мер. На практике было доказано, что повышение сопротивления шихты из-за наличия необожженного угля (гари) в зоне циркуляции не ограничивает уровни вдувания топлива. Необожженный уголь, покидая зону циркуляции, как правило, потребляется доменным процессом, чему способствует его более высокая реактивная способность по сравнению с коксом. Тем не менее, при нестабильном доменном процессе гарь и сажа могут переноситься на колошник. В качестве эффективного инструмента оптимизации потребления угля в ходе технологического процесса выступают правильный отбор и грамотное смешение различных видов угля.

Было внедрено несколько усовершенствований для повышения производительности вдувания ПУТ до 200 т/ч, что способствовало достижению расхода кокса не более 255 кг/т жидкого чугуна и угля свыше 250 кг/т чугуна. Несмотря на то, что большинство преобразований коснулось аппаратного обеспечения установки для помола и трубопровода, значительная часть изменений была также направлена на увеличение требуемого размера частиц угля тонкого помола, выбор различных видов угля и улучшение управления технологическим процессом, как системы помола, так и системы вдувания.

Конструкция бункера для хранения угля тонкого помола. Уголь из бункера самотеком движется по загрузочным трубопроводам и поступает в расположенные под ним резервуары, которые подают уголь в пневматическую транспортную систему (рис. 5). Бункер для угля тонкого помола используется для хранения резервного или избыточного количества его в случае перебоев с подачей из системы помола. Бункер должен вмещать достаточное количество угля для стандартного 8-ч рабочего цикла системы при максимальном вдувании в печь, чтобы сделать возможным регулирование расхода кокса в случае возникновения неисправностей основного оборудования в системе помола или логистике рядового угля. В зависимости от местных норм и правил бункер для хранения угля тонкого помола должен быть либо устойчивым к резким перепадам давления, либо рассчитанным на низкое давление, в то время как инертное функционирование гарантируется контролем содержания кислорода и инертированием системы при достижении аварийных уровней. Этот бункер выступает также в качестве расширительной камеры для системы выпуска и разгерметизации питающего резервуара. Для сокращения общей стоимости системы бункер для хранения угля тонкого помола может быть болтового типа вместо сварного, более распространенного, но и более дорогого.

Конструкции питающего резервуара. Питающие резервуары рассчитаны на работу в непрерывном цикле и предназначены для передачи угля тонкого помола из бункера хранения на линию транспортировки через передаточные линии и смесительный тройник. Работа с тремя питающими резервуарами обеспечивает минимальное потребление азота и возможность его регенерации. При регенерации происходит частичная герметизация питающего резервуара при помощи азота высокого давления из соседнего резервуара, уже закончившего подачу.

Отдельно стоящая конструкция питающих резервуаров позволяет устранить механическое воздействие подготовительного резервуара на систему взвешивания питающего резервуара и на расчетный поток угля. С годами воздействие внешних факторов на систему взвешивания питающего резервуара было сведено к минимуму, что оказало благоприятное влияние на работу системы вдувания:

опора питающего резервуара была изменена с целью обеспечения более гибкой конструкции линии подачи;

компенсаторы разгерметизации трубопровода также можно сделать более гибкими, смонтировав их на участке низкого давления трубопровода;

компенсаторы линии наполнения монтируются со строго неподвижной точкой над ними, что обеспечивает более гибкий тип компенсатора.

В более ранних конструкциях все патрубки (сопла), используемые для герметизации питающего резервуара, были расположены в нижней, конической части резервуара. Герметизация питающего резервуара через верхнюю часть позволила улучшить стабильность вдувания, особенно в конце рабочего цикла питающего резервуара.

Система распределения угля тонкого помола: линия вдувания угля и вдувательные трубки. Линии вдувания предназначены для транспортировки угля тонкого помола от выпускных отверстий распределителя к вдувательным трубкам. Одинаковое распределение к каждой фурме достигается по принципу равного сопротивления в каждой линии. Траектория трубопровода рассчитана на равное сопротивление.

Было разработано несколько типов вдувательных трубок, которые выбирают в зависимости от потребностей системы. Трубки бывают выдвижными или закрепленными при помощи соединительного штифта. В системе Dаnieli Согus/Агmсо, как правило, применяются два типа выдвижных трубок. В трубках первого типа используется шаровой обратный клапан, в трубках второго типа — изоляционный клапан и трубная соединительная муфта. Данная конструкция более прочная, особенно для работы при высоком давлении горячего дутья.

Вдувательная трубка со съемным наконечником до сих пор считается наиболее предпочтительной, так как позволяет сэкономить средства и поддержать безопасность системы. При высоких температурах горячего дутья целостность вдувательной трубки имеет первостепенное значение для поддержания безопасности.

Управление технологическим процессом. За последние несколько лет произошло дальнейшее совершенствование полностью автоматизированной системы с целью улучшения управления вдуванием и эксплуатационной готовности системы. Вдувание может контролироваться при помощи системы уровня 2, которая вычисляет объем ПУТ на основании расчетной производительности печи, а также учитывает содержание кремния в чугуне последних плавок, чтобы выполнить соответствующую корректировку для поддержания термоустойчивости. Система уровня 1 обеспечивает непрерывное протекание периодического процесса. К факторам, которые необходимо учитывать при управлении системой вдувания, относятся следующие:

- система рассчитана на минимальное вмешательство со стороны оператора;

- технологический процесс отображается для оператора в сжатом и понятном виде на экранах, которые включают стандартизированные пакеты сигналов тревог и трендов;

- технологический процесс может контролироваться непрерывно путем измерения различных показателей потока, давления, температуры и массы;

- при необходимости оператор может управлять основным оборудованием вручную, не влияя при этом на общий ход технологического процесса.

Использование азота/подводимых средств обеспечения. Потребление подводимых средств обеспечения системой вдувания ПУТ стабильно сокращалось с момента создания ее первоначального проекта. Цель этого сокращения заключалась в повышении уровней вдувания, выходящих за пределы оригинальной конструкции отдельных установок, а также в уменьшении расходов и износа системы.

В связи с этим совершенствование системы могло проходить с соблюдением принципа распределения, базирующегося на равном сопротивлении линий и трубок для вдувания. Данное изменение было внедрено путем уменьшения диаметра вдувательных трубок и поэтапного сокращения потоков и давления в ходе нескольких промышленных испытаний системы вдувания.

Сокращение количества транспортного газа и азота в питающих резервуарах привело к существенному увеличению плотности потока. Способность системы безопасно использовать воздух в качестве среды транспортировки через смесительный тройник питающих резервуаров также была продемонстратирована во многих системах, при этом она помогает сократить стоимость подводимых средств обеспечения.

Заключение

Проходя практику в доменном цеху Арселор Миттал Темиртау, нас ознакомили с историей цеха, с людьми которые трудятся на этом производстве, с конструкцией доменной печи и технологическими процессами доменного производства.

Чугун является преобладающим видом продукции доменного производства, на его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Производство стали и готового продукта на предприятии «Арселор Миттал Темиртау» невозможно представить без работы доменного цеха и получения чугуна.

В результате прохождения практики на базе доменного цеха «Арселор МитталТемиртау» были изучены основные технологические параметры работы доменных печей и доменного цеха в целом.

Рассмотрены основные нормативы и требования по техники безопасности, которые необходимо соблюдать при работе обслуживающего персонала.

Список используемой литературы

доменный цех плавка печь

1. Торговец А.К. Конструкции и проектирование металлургических агрегатов. Учебно-методическое пособие. МО и Н РК, КарМетИ, кафедра «Металлургия черных и цветных металлов». Темиртау, 2001, - 78 с.

2. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: Металлургия, 2005.

3. Вегман Е.Ф., Жеребн Б.Н. Металлургия чугуна. — М.: Металлургия, 1992, - 512 с..

4. Доменное производство. Полтавец В.В. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, переработ. и доп. М.: “Металлургия”, 1981. 416 с.

5. Дж. Плой, Д. Бергсма, Э. Тесселаар / Современное состояние технологии вдувания топлива в доменные печи и перспективы ее развития Сталь № 8. 2010 г. C. 29-34

Размещено на Allbest.ru