Процесс продувки доменной печи

Процесс продувки доменной печи

Процесс пуска доменной печи после ее строительства или после замены футеровки называется задувкой. Процесс дутья осуществляется в несколько этапов (рис. 1), которые состоят из (i) сушки футеровки, (ii) заполнения доменной печи специально устроенной высокококсовой дутьевой шихтой, (iii) поджига кокса или зажигания доменной печи, и (iv) постепенное увеличение горячего дутья (скорости ветра) с частыми разливками для обеспечения повышения температуры горна доменной печи. В период продувки шихтовку (соотношение руды и кокса) регулируют по заданному графику до тех пор, пока не будет достигнута нормальная работа доменной печи и доменная печь не начнет выдавать чугун нормального качества.

Рис. 1. Этапы процесса продувки доменной печи  

Вновь построенная или модернизированная доменная печь должна быть тщательно высушена перед воспламенением кокса. Это связано с тем, что большое количество воды, содержащейся в растворе, используемом для кладки огнеупорного кирпича, и вода, поглощаемая кладкой из огнеупорного кирпича, должны быть максимально удалены во избежание сильного теплового удара. Имеются достаточные данные о том, что продувка доменной печи может привести к повреждению огнеупорной футеровки, даже если она была должным образом высушена. Кроме того, если вода из этих источников не удаляется из доменной печи до ее пуска в работу, она поглощает тепла больше, чем предусмотрено для дутья, и, следовательно, препятствует достижению желаемой температуры горна. В таких случаях чугун и жидкий шлак, поступающие в горн, могут там замерзнуть и в таком случае их удаление из доменной печи становится невозможным.

Сушка доменной печи

Существует несколько методов, которые можно использовать для сушки доменной печи и воздухонагревателей, связанных с доменной печью. Обычный метод для воздухонагревателей, где имеется газообразное топливо, такое как коксовый газ, состоит в том, чтобы поместить газовую трубу в нижнюю камеру сгорания и начать с небольшого пламени и увеличивать подачу газа в течение многих дней до тех пор, пока не будет достигнуто небольшое количество газа. можно использовать доменный газ, сохраняя газообразное топливо в качестве пилотного факела. Желательно медленно повышать температуру в течение по крайней мере от десяти дней до двух недель в новом воздухонагревателе, прежде чем начинать доводить воздухонагреватель до рабочих температур.

Воздухонагреватели, которые ранее эксплуатировались, прогревались в течение от 36 до 72 часов без видимых затруднений. Другим методом сушки или нагревания в прошлом было использование дров, встроенных в нижнюю часть камеры сгорания. Дровяной огонь требовал постоянного внимания, пока температура стен не стала достаточной для обеспечения надлежащего сгорания доменного газа.

Одним из способов сушки доменной печи является использование горячего дутья. Это простой метод, и сушка всегда находится под контролем. При применении этого метода используется обычная система горячего дутья, за исключением того, что первоначально температура дутья поддерживается на уровне примерно от 200°C до 220°C, а объем горячего дутья поддерживается на низком уровне. Температуру медленно повышают в течение нескольких дней до чуть выше 400°С и поддерживают на этом уровне температуры еще несколько дней. Всю операцию можно провести за неделю. В некоторых местах внутри нескольких фурм доменных печей установлены колена и трубы для направления нагретого воздуха вниз к горну доменной печи. Желательно, чтобы во время последней части периода сушки в горн подавал пар низкого давления охлаждающие посохи и тарелки для боша для облегчения сушки. Нижний запорный клапан верхней загрузки закрывается во время сушки, а воздуховыпускные устройства печи регулируются таким образом, чтобы удерживать как можно больше тепла внутри доменной печи. Во время сушки не нужно следить за показаниями давления на манометре струйной очистки.

На заводах с одной доменной печью, где доменный газ недоступен, только что описанный метод необходимо модифицировать, поскольку для нагрева доменных воздухонагревателей необходимо использовать вспомогательное топливо в виде коксового газа или мазута. Однако при низком уровне требуемого тепла это можно сделать удовлетворительно.

Альтернативный метод сушки доменной печи известен как метод подового огня. Он просто состоит из топки дровами, коксом или углем, встроенной в горн печи и управляемой аналогично другим методам с помощью фурменных заслонок и воздухоотводчиков. Трудно регулировать температуру огня. Также требуется частая дозаправка топливом, что не только сложно, но и прерывает процесс. При использовании только для сушки этот метод так же прост, как описано выше, но его можно применять в качестве начала контролируемого или медленного процесса продувки. Несколько операторов продувки утверждают, что с помощью этой техники достигается улучшенный прогрев. После сушки загружают очень тяжелую коксовую заготовку, а затем обычную продувочную шихту. Затем поддерживается низкое дутье, а температура в очаге и в стенках медленно повышается, прежде чем объем воздушного дутья увеличивается до обычных скоростей дутья. В этом методе фактическое вдувание происходит по прошествии нескольких дней. Однако теоретически этот метод имеет преимущество, заключающееся в меньшей вероятности повреждения футеровки из огнеупорного кирпича в результате теплового удара и сниженной склонности огнеупорного кирпича к растрескиванию. Однако метод трудоемкий и дорогостоящий. Увеличенная продолжительность кампании была достигнута за счет использования обычных методов, и на сегодняшний день не было замечено никаких свидетельств, указывающих на превосходные результаты от медленных методов прижигания.

Другой метод, который используется, заключается в открытом газовом пламени внутри доменной печи. Одна из практик состоит в том, чтобы установить газовую трубу через летку и зажечь газ от небольшого дровяного огня, поддерживаемого постоянно. Отверстия фурмы снабжены заслонками для регулирования подачи воздуха, а температура колошника регулируется аналогично тому, как это делается в двух описанных ранее способах. Этот метод имеет очевидные опасности и, следовательно, больше не используется. В настоящее время считается устаревшим методом. Эта практика была заменена использованием горелок, вставляемых через фурмы, которые производят горячий воздух при сгорании газообразного топлива.

Еще одним способом, применяемым для сушки в доменной печи, является использование голландских печей. Две, три или более топки/печи сооружают вне доменной печи и продукты сгорания от этих топок/печей плюс избыточный нагретый воздух направляют по трубам в летку и некоторые фурменные отверстия. Остальные фурменные и охладительные отверстия перекрыты, а тяга регулируется регулировкой воздухоотводчиков доменной печи. Как и при сушке горячим дутьем, нижний запорный клапан верхнего загрузочного оборудования остается в закрытом состоянии. Голландские печи топятся коксом, углем или дровами, и им нужны операторы для обслуживания огня, вывоза топлива и очистки от золы. Температурный контроль в этом случае более сложен, но некоторая регуляция сохраняется за счет интенсивности огня в печи и регулировки воздухоотводчиков печи.

Заполнение доменной печи

После завершения операции сушки открывают нижний запорный клапан и выпускные клапаны доменной печи. Демонтируются дутьевые трубы и, при желании, снимаются некоторые фурмы, а также некоторые охладители, а оборудование вокруг литейного двора, используемое в процессе сушки, очищается. За относительно короткое время внутреннее пространство доменной печи достаточно охлаждается, чтобы можно было войти в горн для подготовки к заполнению. В случае, если для сушки использовался очаг, вся зола и мусор вычищаются. Произведен осмотр системы охлаждения печи и включена вода. Это нормальная практика – постоянное наблюдение за всеми охлаждающими элементами, начиная с этого времени. В тех случаях, когда футеровка печи не новая и печь пуста, этот осмотр дает хорошую возможность обнаружить негерметичные охлаждающие элементы. В случае сомнений в отношении охлаждающей плиты или при наличии признаков влаги на охлаждающей плите охлаждающая плита должна быть заменена до начала заполнения доменной печи. Также все механическое, электрическое и физическое оборудование должно пройти тщательную проверку перед началом заполнения доменной печи. Обычно составляется контрольный список, и каждый пункт контрольного списка проверяется по мере получения отчетов о том, что этот пункт является удовлетворительным.

Работа над другими подготовительными работами предшествовала, и некоторые из них продолжаются в этот момент, совпадающий с началом операции по заполнению доменной печи. Примерами являются нагрев чугуновозных ковшей, заполнение бункеров сырьем в бункерах склада по заранее составленному плану, подготовка шлаковозов (если они используются) к обслуживанию, осмотр газопроводов доменной печи и др. открытие и закрытие вентиляционных отверстий в соответствии с направлением. Линии продувки паром проверяются, чтобы убедиться, что пар доступен, когда это необходимо. Также необходимо подготовить чугунные и шлаковые желоба в литейном дворе.

Одновременно с такой же интенсивностью должны проходить работы в силовой установке для воздуходувок. Возможно, придется вскрывать турбины для осмотра и проводить многочисленные профилактические работы. Прогреть котлы, прогреть и перевернуть турбонагнетатели, проверить механизмы отключения, включить воду в конденсаторы, осмотреть и ввести в работу насосы, графики продувки должны быть вывешены и согласованы с персоналом доменной печи, должны быть запущены установки по очистке котловой воды, а также должны быть введены в действие распределительное устройство и подстанция.

Некоторыми из заключительных действий перед пуском доменной печи являются установка и сушка футеровочных материалов желобов и желобов для жидкого металла, установка скиммеров и заслонок, а также проверка правильности установки буровых растворов и леточных сверл, чтобы они правильно соприкасайтесь с отверстием для летка (железной выемкой). В некоторых местах, где доменная печь должна работать при очень высоком давлении, перед запуском доменная печь нагнетается холодным дутьем, чтобы определить, есть ли какие-либо утечки, которые необходимо устранить перед загрузкой.

Существует множество различных способов размещения пусковой загрузки в доменной печи. Обычно он состоит только из кокса и небольшого количества флюса под мантией. Над мантией происходит постепенное увеличение рудной нагрузки с постепенным увеличением отношения рудной нагрузки (руды к коксу). Очень часто в топке у леток укладывают деревянные шпалы, чтобы оставалось достаточное открытое пространство для выхода газа. При некоторых дутьях доменный шлак и известняк загружают вместе с коксом в зазорной зоне. Целью этого является то, что шлак представляет собой материал, который будет легко плавиться и отводить тепло в горн. Назначение известняка состоит в том, чтобы соединиться с коксовой золой и образовать легкоплавкий шлак. Для увеличения объема шлака в начальный период пуска иногда добавляют силикатный гравий.

При заполнении печи исходной шихтой отношение руды/агломерата к коксу увеличивается к верхней части доменной печи, отношение известняка к коксу уменьшается, а отношение гравия к коксу немного увеличивается. При расчете относительных количеств кокса, рудной шихты и флюса ожидается, что содержание кремния в жидком чугуне первых нескольких отливок обычно будет составлять от 2,5 % до 4,5 % кремния. Следовательно, количество основного флюса необходимо планировать соответствующим образом, чтобы шлак не был слишком известковым (вязким). По мере того, как доменная печь начинает нормально работать, а скорость горячего дутья увеличивается, содержание кремния в чугуне падает, и тогда необходимо обеспечить дополнительный флюс для кремнезема, который остается невосстановленным в шлаке.

Освещение

Для розжига доменной печи можно использовать несколько различных способов. Однако в настоящее время наиболее часто используемым методом является воспламенение кокса горячим воздухом дутья. В этом методе сначала используется относительно небольшой объем дутья при температуре от 550°С до 650°С, и в течение нескольких минут воспламеняется кокс, находящийся перед этими фурмами. Для использования этого метода необходимо предварительно разогреть воздухонагреватели. На одной доменной печи или на установке с несколькими доменными печами, где все доменные печи выключены, это может представлять проблему. Часто там, где доменный газ недоступен, другие горючие газы, такие как коксовый газ или природный газ, используются для предварительного нагрева печей до тех пор, пока не можно будет использовать газ из доменной печи.

Другой метод, используемый реже, заключается в размещении перед фурмами легковоспламеняющегося материала, который можно поджечь факелами или раскаленными стержнями. Естественная тяга через доменную печь обычно обеспечивает достаточное количество воздуха для повышения температуры кокса возле фурм до температуры горения, после чего можно запустить легкий поток дутьевого воздуха.

Перед розжигом доменной печи газовая система изолируется от печи запорным клапаном, обычно расположенным после системы газоочистки. От этого запорного клапана в доменную печь паром или каким-либо инертным газом продувается система газоочистки. На начальных стадиях продувки воздуховыпускные отверстия в верхней части печи остаются открытыми, а продувочный газ поддерживается в системе газоочистки до клапана, отделяющего систему газоочистки от основной газовой системы завода. Системы газоочистки могут различаться от доменной печи к доменной печи, и иногда отдельные секции системы газоочистки изолированы друг от друга и продуваются отдельно.

Во многих местах между пылеуловителем и доменной печью нет запорного клапана, поэтому пылеуловитель продувается паром, который выпускается через слив доменной печи и выводится через воздуховыпускные отверстия доменной печи. Когда скорость горячего дутья в доменной печи увеличивается в достаточной степени для поддержания хорошего, устойчивого потока доменного газа, продувочная среда отключается, а воздуховыпускные отверстия закрываются. Когда избыточное давление газа достигается до запорного клапана, его открывают, и газ пропускают в основную газовую систему. В течение всего этого периода должны быть приняты серьезные меры предосторожности во избежание взрыва, а территория вокруг доменной печи, система газоочистки и клапаны должны контролироваться на предмет потенциальных утечек доменного газа.

Когда доменная печь запущена, скорость горячего дутья составляет лишь малую часть того, что должно быть при нормальной работе. Следовательно, необходимо открыть только несколько фурм, чтобы скорость через каждую фурму была достаточной для того, чтобы горячее дутье попало в доменную печь и чтобы горячие газы не поднимались вдоль стенок. Обычно это достигается путем закупоривания неиспользуемых фурм глиняными шариками и открывания их позже, когда скорость горячего дутья увеличивается. В некоторых случаях внутрь фурм помещают втулки для уменьшения диаметра отверстия на ранних стадиях вдувания. Затем эти втулки выбиваются, когда необходимо использовать более высокие скорости горячего дутья. Сначала мощность горячего дутья увеличивается каждые несколько часов, так что к концу первых 24 часов она составляет от 40 % до 50 % от полной мощности горячего дутья. После этого она увеличивается примерно на 25 % в день, пока не будет достигнута максимальная скорость.

Когда доменную печь запускают, летку обычно оставляют открытой, и часть газа, образующегося при сгорании кокса, выходит через летку. Сначала этот газ необходимо зажечь, но по мере увеличения скорости горячего дутья он нагревает кокс в горне и в конечном итоге выбрасывается при достаточно высокой температуре, чтобы оставаться горящим. Летка обычно остается открытой до тех пор, пока не начнет появляться шлак. На это указывает уменьшение объема газа и пыхтение или пульсация у летки. Когда это происходит, буровой пистолет поворачивается в нужное положение, а летка закрывается. После этого каждые несколько часов летку снова открывают для удаления образовавшегося шлака. В более крупных доменных печах с более чем одной леткой обычно при каждой последующей попытке открывается новая летка.

Ожидается, что в течение приблизительно от 24 до 28 часов после запуска будет разлит первый чугун. Этот чугун обычно имеет очень высокое содержание кремния из-за низкой скорости работы и высокого отношения кремнезема к оксиду железа в исходных материалах в первой части шихты доменной печи. По мере увеличения скорости горячего дутья и приближения отношения шихты (руды к коксу) к нормальному рабочему уровню содержание кремния в чугуне снижается. Соответственно, отношение флюса к другим сырьевым материалам должно быть скорректировано, чтобы обеспечить достаточное количество основного оксида для флюса невосстановленного кремнезема, который идет в шлак. Как правило, в период продувки рекомендуется поддерживать соотношение шихты (руда/кокс) в диапазоне, при котором образуется высокотемпературный чугун около 1500°C, чтобы гарантировать, что какая-либо непредвиденная проблема не приведет к замерзанию. Температуру горячего дутья в этот период, как правило, не поднимают до максимальной мощности воздухонагревателей, так как необходимо иметь резерв, позволяющий ввести дополнительное тепло в горн в случае аварийной ситуации.