ЗАДУВАННЯ І НОРМАЛЬНА РОБОТА ПЕЧІ

Після будівництва нової доменної печі, реконструкції або капітального ремонту старої настає період її задування. Задування або введення в дію печі являє собою початок кампанії.

Перед задування печі перевіряють роботу устаткування, відчувають конструкції, ретельно сушать кладку, готують сирі матеріали. Сушка необхідна для видалення вологи з швів клад­ки. Щоб уникнути утворення тріщин і спучування футеровки температуру кладки підвищу­ють поступово. Тріщини і нещільності, що утворилися після сушки, ретельно зашпаровують і підсушують, тому що від цього залежить збереження і термін служби футеровки при експлуата­ції печі.

Існує багато способів сушіння. В даний час найбільш поширена сушка доменної печі нагрі­тим повітрям і рідше – шляхом спалювання в печі коксового газу чи мазуту, парою або шляхом електрообігріву.

Останнім часом набула поширення попередня сушка кладки по ділянках без припинення футерувальних робіт з подальшою сушкою кладки в цілому. Це дозволяє скоротити трива­лість всієї сушки і прискорити пуск доменної печі.

Особлива увага приділяється сушінню поду і металоприймача, тому що вони при експлуата­ції печі знаходяться в найбільш важких умовах.

Одночасно з піччю зазвичай сушать і повітронагрівач. Закінчивши сушку, піч охолоджу­ють до температури 50 – 60°С і очищають від залишків незгорілих матеріалів, що застосовували­ся для сушки, щоб уникнути самозаймання коксу при підготовці доменної печі до задування.

Перш ніж задувати піч, задаються аналізом чавуну і шлаку, на основі якого розрахову­ють задувну шихту. При цьому беруть підвищену витрату коксу, щоб забезпечити додаткову кількість тепла для нагріву холодної футеровки і плавильних матеріалів, відновлення окис­лів, розплавлення чавуну і збільшеної кількості шлаку. У зв'язку з цим спочатку завантажу­ють кокс, а потім подають шихту з поступово зростаючим рудним навантаженням. Однак кількість коксу повинно бути такою, щоб не допустити високих температур в шахті і низьких температур в горні.

Перед задування в чавунну летку вставляють сталеву трубу діаметром 100 – 125 мм, через яку під час задування подається газ для нагріву кладки в районі чавунної льотки. Поду засипа­ють захисним шаром шлаку, завантажують в горн в певному порядку дрова і кокс. Обшива­ють шпалами кладку заплічок і розпару для захисту від руйнування, падаючою з вели­кої висоти шихтою. Фурми після установки (повітряні та шлакові) закривають глиною, щоб уникнути передчасного займання закладених дров в результаті нещільності шиберів гарячо­го дуття при випадковому попаданні вогню в піч. Сопла ставлять перед самою задуван­ня. Після заповнення горна для захисту від ударів шматків шихти фурми обкладають дерев'яними брусками.

Заповнення горна дровами, що застосовується на багатьох заводах, створює сприятливі умови для задування печі; дрова швидко згоряють, звільняють місце для опускання вище розміщеної шихти і сприяють розпалу коксу. Кокс при цьому приходить в горн розпеченим, не викликаючи його охолодження.

Задувочну шихту зазвичай розраховують на виплавку високо кременистого (4 – 5% Si) ливарного чавуну, що сприяє більш високому нагріву горна. Крім того, отримання нагрітих рідких первинних шлаків з основністю в межах 1,0 – 1,2 при переплаву такої шихти сприяє утворенню на кладці горна і заплічок захисного шару – гарніссажа. Після закінчення завантаже­ння печі приступають до задування. Для цього через фурми подають гаряче повіт­ря, поступово підвищуючи його температуру до 600 – 900°С. Спочатку, після загоряння кок­су, кількість дуття складає 35 – 40% від нормального; через добу подачу дуття поступово збільшу­ють, керуючись нагріванням чавуну, кількістю шлаку і сходом подач. Це робиться для того, щоб подовжити час перебування продуктів горіння в печі, забезпечити протікання необхідних процесів плавки і вивести піч на режим нормальної роботи, що зазвичай досягаєть­ся на 4 – 5 добу після задування.

На початку задування пускають воду в усі фурми і амбразури і наполовину в іншу охолоджуваль­ну систему; в міру розігріву шахти, керуючи температурою відходом води, підключають воду на всю систему охолодження.

Перший випуск чавуну роблять через добу, а шлаку – через 12 – 15 год. У період задуван­ня доменної печі газ через підвищений вміст окису вуглецю і водню в ньому вибухонебезпеч­ний. Тому його через клапани випускають в атмосферу і приймають до загально­го газопроводу тільки після того, як зменшується небезпека вибуху, тобто коли його склад і тиск стають нормальними. Правильне задування печі, виконання необхідних вимог при цьому, багато в чому сприяють нормальній роботі доменної печі.

Основне завдання доменників – забезпечити максимальну продуктивність, при мінімальній витраті пального і отримати чавун, що задовольняє всім висунутим до нього вимогам. Це досягається при рівному ході печі, тобто безперервному, досить швидко­му сході подач, стійкому розподілі потоку газів по перетину печі, нормальному тепловому і дуттьовому режимах печі, при сталості виносу колошникового пилу і сталості заданого хімічно­го складу чавуну і шлаку. Таким чином, нормальний технологічний режим доменної плавки повинен забезпечити форсований рівний хід печі, найкращі техніко-економічні показники її роботи, виплавку якісного чавуну і збереження профілю і конструкції печі. Ознаками стало­го рівного ходу доменної печі є:

а) безперервний, рівний і однаковий за швидкістю сход шихтових матеріалів;

б) сталість тиску дуття при заданому його кількості і температурі;

в) сталість загального та зональних перепадів тиску газу по висоті печі з коливаннями в ме­жах ± 10 кПа (0,1 кгс/см²);

г) стабільність розподілу потоку газів в печі, що характеризується кривою вмісту двоокису вуглецю по перетину колошника (вміст двоокису вуглецю повинен бути в центрі до 5%, а на периферії – 20%);

д) рівномірний нагрів горна;

е) стійкість теплового стану печі, що забезпечує отримання чавуну і шлаку заданого складу, коливання вмісту кремнію в чавуні не більше ± 0,1%, основності шлаку – не більше ± 0,05 од.;

з) сталість виносу колошникового пилу;

і) стабільність за абсолютним значенням і помірний діапазон коливань температури газу на периферії і колошнику;

к) однорідний склад чавуну по льоткам.

Нормальний технологічний режим і рівний хід доменної печі забезпечуються, насам­перед, постійністю якості шихтових матеріалів, своєчасним регулюванням процесу доменної плавки, виконанням виробничих операцій від завантаження матеріалів до випуску продуктів плавки за строго регламентованим графіком, а також при безперебійній і ритмічній постав­ці сировинних і паливних ресурсів .

У цьому випадку режим завантаження матеріалів, що включає порядок (систему) або цикл завантаження, положення рівня насипу, масу рудної частини подання та режим роботи, наприклад розподільного лотка, повинен забезпечити максимальне використання теплової та хімічної здатності газів при інтенсивному веденні плавки.

При цьому максимальне використання теплової та хімічної енергії газового потоку досягаєть­ся поєднанням оптимального розподілу залізовмісних матеріалів і забезпеченням необхідної газопроникності по всьому перетину печі. Досягти цього можна шляхом застосування матеріалів необхідного гранулометричного складу, підбору маси рудної порції, рівня насипу завантаження і режиму роботи розподільно­го лотка.

Характер розподілу матеріалів і газів в печі встановлюється на підставі даних про зміну складу і температури газів за діаметром та колом печі на верхньому горизонті шахти, розташовано­му нижче захисних кілець, за показниками термопар, встановлених в газовідво­ді, а також за показниками рівнемірів. Випадки, що викликають необхідність зміни величини подачі, рівня насипу, циклу завантажен­ня і режиму роботи розподільного лотка можуть мати місце:

- при надмірному розвитку потоку газів по периферії або центрі;

- при розвитку потоку газів каналами;

- при перекосі рівня насипу матеріалів.

Надмірне розпушення периферійної зони на широкому кільці не допускається, оскільки це призводить до зниження використання відновлювальної здатності і теплової енергії газів, до захаращення осьової зони, охолодження горна і нестійкості ходу печі, а також передчасного виходу з ладу кладки шахти. Для перерозподілу матеріалів по радіусу колошника необхідно змінити кут нахилу розподільно­го лотка. Наприклад, якщо потрібно довантажити периферію, то залізовмісні матеріали зсипають за більш пологим положенням лотка, щоб вони концентрувалися ближче до стіни колошника.

При необхідності довантажити осьову зону, для зсипання залізорудних матеріалів підбира­ють крутіші положення лотка або ж частина коксу завантажують по більш пологим положен­ням лотка. Основним показником нормальної роботи доменної печі є сталість дуттьового режиму: кількості, температури, тиску і вологості дуття, а також витрати кисню і природного газу, що забезпечують нормальний нагрів і плавність сходу шихти з виплавкою чавуну задано­го хімічного складу і необхідної кількості. Контроль інтенсивності ходу печі здійснюється за кількістю проплавлення по­дач за годину, за кількістю спаленого коксу, а також проплавлення залізовмісних матеріалів за добу.

Тиск дуття і перепад тиску газів в печі залежать від наступних факторів:

а) кількості горнових газів;

б) газопроникності стовпа шихти, яка визначається розподілом і гранулометричним складом проплавлення матеріалів;

в) організації газового потоку;

г) властивостей первинних шлаків;

д) теплового стану печі;

е) величини тиску газу під колошником;

ж) ступеня наповнення горна.

Нормальним слід вважати те найбільший тиск дуття, яке забезпечує в даних умовах робо­ти печі форсований рівний її хід і найкраще використання теплової та відновлювальної здатності газів при максимальній інтенсивності плавки.

Нормальними параметрами дуттьового режиму доменної печі є:

- тиск дуття до 430 кПа (4,3 кгс/см);

- температура дуття до 1200^оС;

- загальний перепад тиску від фурм до колошника 200 – 250 кПа (2,0 – 2,5 кгс/см);

- тиск газу під колошником до 250 кПа (до 2,5 кгс/см²).

Збільшення витрати дуття проводиться у всіх випадках, коли це не порушує рівності ходу печі. Збільшувати витрату дуття слід поступово, у кілька прийомів по 100 – 200 нм³/хв в один прийом, причому для збереження швидкості газового потоку в печі постійною, співвідношен­ня між витратою і складом дуття (вміст кисню, витрата природного газу), хо­дом процесів відновлення і тиску газу під колошником має визначатися співвідношенням:

Рк = (Qд * (1 - W)) / (50 * N₂ * SК) - 1, кгс/см²,

де Рк – тиск газу під колошником, кгс/см²;

Q – витрата дуття, нм³/хв;

W – частка кисню в дутті, од.;

N₂ - частка азоту в колошниковому газі, од.;

50 – норма виходу газу на 1 м перетину колошника, нм³/хв;

S – площа перетину колошника, м².

Зменшити витрати дуття необхідно тільки в тому випадку, якщо інші заходи з вирівнюван­ня ходу печі не дали позитивних результатів. Ступінь і тривалість зниження витра­ти дуття визначається змінним майстром печі, який зобов'язаний прийняти до уваги характер неполадки в стані печі. Відновлення дуттьового режиму до оптимального рівня проводиться тільки тоді, коли усунуті причини, що викликали його зміну і минула небезпека порушен­ня рівного ходу печі.

Температура дуття повинна підтримуватися постійною і близькою до максимального рів­ня. Тимчасове зниження температури дуття допускається тільки у виняткових випадках за наявності достатнього запасу тепла в печі.

При переведенні доменної печі на роботу з низьким тиском газу під колошником, кількість дуття слід зменшити до розмірів, що забезпечують такий же перепад тиску «фурми – колош­ник», як і до переходу на знижений тиск під колошником. Зниження тиску газу під колошником допускається у випадках:

а) стійких підвисаннь шихти;

о) аварійних випусків;

в) аварійних робіт на пилових і газових трактах.

Підвищення тиску газу під колошником проводиться за умови рівного ходу печі. Кіль­кість дуття при цьому має збільшуватися до відновлення оптимального загального перепаду тиску газів в стовпі матеріалів. Тепловий стан печі і шлаковий режим повинні підтримувати­ся постійними і забезпечувати задану інтенсивність виплавки чавуну заданого хімічного складу з найменшими коливаннями по випусках, при мінімально питомій витраті коксу. Нормальний вміст кремнію в чавуні становить 0,7 – 0,9%, а температура чавуну на випуску – 1500 – 1550°С.

При контролі за тепловим станом і шлаковим режимом печі, слід враховувати зміну:

а) якості сирих матеріалів;

б) величини рудного навантаження;

в) характеру розподілу потоку газу і матеріалу;

г) кількості подач в одиницю часу;

д) хімічного складу чавуну і шлаку;

е) температури чавуну на випуску;

ж) інтенсивності і яскравості роботи фурм;

з) температури і складу колошникового газу та інших факторів.

Регулювання теплового стану печі при відхиленнях від нормального проводиться шляхом зміни:

- витрати коксу в подачу;

- вологості дуття

- температури дуття;

- режиму завантаження;

- інтенсивності плавки.

При стійкій зміні теплового стану печі нормальний її нагрів повинен відновлюватися шляхом зміни величини рудного навантаження за рахунок регулювання коксової порції.

При збільшенні швидкості сходу шихти необхідно коригувати витрату коксу. Прискорення руху шихти на одну подачу на годину вимагає збільшення витрат коксу на 2%. Оптимальним для печі об'ємом 5000 м³ є шлак, що містить 4,5 – 5,5% магнезії і 7 – 8% глинозе­му, при основності (СаО/SiO₂) рівної 1,20 – 1,25 од.

При збільшенні витрати коксу понад 1 тони в подачу необхідно проводити коректуван­ня витрати флюсу для підтримки заданої основності шлаку. Рудне навантаження, тобто кількість проплавлених залізовмісних матеріалів (без урахуван­ня виносу колошникового пилу), що припадають на одну тонну сухого коксу, повин­не включати агломерат, окатиші, залізну руду та інші добавки, що містять залізо і марга­нець, якщо вони подаються в шихту.

Теоретична температура горіння є показником, що характеризує температурно-дуттьовий режим доменної плавки. Оптимальна теоретична температура горіння повинна бути на рівні 1900 – 2100^оС. При цьому хімічний склад і кількість шлаку повинні забезпечити рівний хід печі, нормальний тепловий стан горна та отримання кондиційного по сірці чавуну відповідно до нормативно-технічної документації. Для забезпечення рівного ходу печі необхідно виконан­ня наступних умов:

1) дотримання всіх вимог, що діють в даному цеху технологічної інструкції ведення домен­них печей, при розробці якої враховуються всі конкретні умови роботи печі, завантаження шихтових матеріалів, якість останніх і т.п.;

2) дотримання вимог зазначеної заводської інструкції по режиму завантаження і розподілу шихти в печі і підтримання сталої якості завантажених матеріалів;

3) підтримка сталого теплового і дуттьового режимів печі; своєчасне прийняття необхідних заходів для запобігання «тугого» ходу печі, канального ходу, підвисання шихти, надмірного або недостатнього нагріву газу та інших порушень нормального ходу печі; підтримання справного технічного стану печі і всього обладнання доменного цеху;

4) ретельне дотримання всіх вимог по техніці безпе­ки;

5) сучасні потужні доменні печі повністю механізовані, а багато виробничих процесів автоматизова­ні. Майстер доменної печі веде плавку, керуючись показаннями розташованих на щиті управління численних контрольно-вимірювальних приладів новітньої конструкції. Основні контрольно-вимірювальні прилади наступні:

1. За дуттьовими режимами печі. Самописні прилади кількості, тиску, температури і вологості дуття. Дуттьовий режим печі автоматизований.

2. По газовому режиму печі. Самописні прилади тиску колошникового газу, тиску в пиловловлюва­чах, різниці тисків під великим конусом і в між конусному просторі засипного апарату, температури колошникового газу, розподілу СО₂ по перетину колошника. Якщо на печі прилади, що реєструють розподіл СО₂ по перетину колошника, відсутні, то періодично проби газу для аналізу відбирають за допомогою трубок і на основі результатів будують графі­ки.

3. За завантаження шихти в піч. Самописні прилади виміру рівня насипу і сходу шихти в печі, заміру кута повороту обертового розподільника шихти.

4. По температурному режиму печі. Самописні прилади температури кладки шахти, вимірюва­ної на двох горизонтах в чотирьох точках на кожному, температури захисних сегмен­тів на колошнику та фундаменті печі.

5. За охолодженням печі. Самописні прилади витрати охолоджуючої води, її тиску і температу­ри після виходу з холодильників.

6. За повітронагрівачем. Самописні прилади витрати газу в повітронагрівачах, температури відхідних газів. Управління перекиданням клапанів перемикання повітронагрівача автоматизова­но.

7. По витраті пари. Самописні прилади витрати пари в печі і в міжконусному просторі засипно­го апарату (для запобігання потраплянню з повітря в піч і утворення гримучої сумі­ші).

При нормальній роботі печі, об'ємом 5000 м³, діаграма тиску гарячого дуття має вигляд рівної лінії з плавними відхилення­ми від середнього значення в межах ± 5 кПа (± 0,05 кгс/см²). На кривій тиску колошникового газу відзначаються невеликі коливання. Піки зміни тиску газу відсутні.

Діаграма кількості дуття, що подається в піч, являє собою рівну лінію з невеликими відхиленнями відповідно до змін тиску дуття і піками, відповідними моментам перемикання повітронагріва­чів. Діаграма температури колошникового газу в газовідводу являє собою стрічку з розкида­них точок. Нормальна різниця температур між крайніми точка­ми не повинна перевищувати 50 – 100 °С. Діаграми показань механічних зондів показують однакову і постійну швидкість опускання шихти. Рівень насипу постійний на всіх фіксуючих його приладах. Діаграма температури периферійного газу під захисними плитами являє собою пу­чок ліній з різницею температур до 150 °С. Криві зміни вмісту двоокису вуглецю в газі за діаметром колошника нижче колошниково­го захисту мають симетричний характер з досить високим вмістом СО₂ (18 – 20%) на периферії, чітко вираженим максимумом (22 – 24%) в проміжній зоні і безперервним зменшенням вмісту СО₂ від точки максимуму в осі печі не більше 5%. Діаграма, яка фіксує вихід колошникового газу, має вигляд рівної стрічки, яка не має піків, підйомів і знижень. Діаграми, що фіксують абсолютні значення приватних перепадів мають вигляд пульсуючих прямих ліній з відхиленнями від середніх значень в межах ± 3 кПа (0,03 кгс/см²). Діаграми вмісту СО₂ і Н₂ в колошниковому газі представляють собою прямі лінії баз значних знижень абсолютних значень цих параметрів.

При нормальній роботі печі всі повітряні фурми повинні працювати на повну потужність. У разі їх забиття продуктами плавки, повітряні фурми повинні бути при першій можливості очищені, а повністю «залиті» замінені.

Зменшення кількості працюючих фурм (закриття фурм) є вимушеною мірою, яка використовуєть­ся в нижченаведених випадках:

- при роботі з стійко «короткими» чавунними льотками в зв'язку з погіршенням якості запірних мас;

- підвищення теплових навантажень на кладку в локальних районах горна і поду, а також в заплечики;

- утворення стійких каналів в стовпі матеріалів через стійкі порушення розподілу шихти на колошнику;

- при глибоких розладах ходу печі, пов'язаних з погіршенням міцнісних властивостей і ситового складу сировини і палива.

При усуненні причин, що викликали необхідність закриття повітряних фурм, вони без зволікання повинні бути відкриті на повний переріз. Після відкриття фурм витрата дуття пови­нен бути збільшений на 100 – 150 нм³/хв на кожну відкриту фурму. Якщо з якихось при­чин збільшення витрати дуття виявляється неможливим, слід тимчасово знизити тиск газу на колошником, орієнтовно, на 5 – 10 кПа (0,05 – 0,1 кгс/см²) на кожну відкриту фурму з тим, щоб по можливості зберегти величину загального та приватних перепадів статичного тиску газів [3].