Оптимизация операций в литейном доме доменной печи для эффективности и надежности

Литейный дом доменной печи и его эксплуатация

Литейный дом доменной печи (ДП) — рабочая зона, где горячий чугун и жидкий шлак выпускаются из печи и либо разливаются в ковши (торпедо или открытого типа), либо направляются на отверждение (заливка чугуна и гранулирование шлака) или обработку (десульфуризация в литейном доме).

Хорошая безаварийная работа литейного дома — важное требование для высокопроизводительной ДП при низких затратах. Функциональный дизайн, эксплуатационная практика, огнеупорная технология, автоматизация и экологические требования — ключевые вопросы для обеспечения большей надежности и производительности литейного дома. В любой ДП литейный дом — самая трудоемкая зона во всей эксплуатации. Его дизайн должен быть полностью интегрирован с ожидаемым выпуском чугуна, объемом дна и сливной практикой при минимизации труда, обслуживания, материалов и улучшении рабочей среды. Главная цель — удалять жидкое железо из печи со скоростью и числом сливов в сутки, определяемыми скоростью плавления, эффективным объемом дна и стремлением держать дно в «сухом» состоянии, а не доступностью желобов, лотков и оборудования литейного дома. Типичная планировка литейного дома ДП показана на рис. 1.

Дизайн и эксплуатация литейного дома должны улучшать эффективность работы ДП по параметрам:

• Улучшение условий труда рабочих, занимающихся сливом чугуна и шлака;
• Снижение тепловых потерь чугуна за счет поддержания его температуры;
• Уменьшение потерь чугуна вместе с жидким шлаком;
• Значительное снижение объема загрязнителей, образующихся при сливе.

Литейный дом должен иметь определенное число входов, проходов и выходов для эвакуации персонала в авариях. Должен быть спроектирован и расположен так, чтобы рабочие всегда могли покинуть любую зону без прохода перед сливными отверстиями или переступая через желобы.

Размер литейного дома зависит от производительности печи, но важно обеспечить достаточное пространство для людей и техники. В частности, нужно максимум свободного места рядом с печью и по обе стороны от сливного отверстия. Идеально — желобы максимально короткие. С наклонными или поворотными желобами и высокоемкими ковшами условия труда улучшаются, слив облегчается. Тщательное открытие и закрытие сливного отверстия — ключевой фактор успеха ДП.

Для эффективной пыле- и газоочистки в литейном доме железные желобы должны быть закрыты. Однако процесс слива и обслуживание сливного отверстия требуют свободного доступа к передней зоне желоба. Различные конструкции манипуляторов крышек желобов дают гибкие решения.

Полы литейного дома на стороне чугуна и шлака должны быть гладкими, с легким уклоном в некоторых участках. Угол наклона не выбирают только для легкого удаления шлака и чугуна. Если уклон слишком крутой, работа станет излишне утомительной, риск падений вырастет.

Глубина желобов должна быть достаточной для максимального возможного потока чугуна с учетом огнеупорной облицовки.

Особое внимание к системе соединения сливного отверстия с главным желобом, чтобы не было разрыва между печью и сливным полом.

Отверстия в сливном полу для удаления жидких продуктов и шлака должны быть защищены, чтобы рабочие не могли в них упасть.

Взрыв шлакового ковша редок, но возможен. Для каждого типа установки нужны меры защиты от брызг шлака.

Другая опасность — пролив или утечка чугуна из металлических ковшей на рельсы и вокруг. Если грунт влажный, может произойти взрыв. Нужны меры предотвращения просачивания воды (грунтовых, дождевых, от печи) в зону. Должны быть дренажи для воды, которая может скапливаться между рельсами.

Литейный дом должен быть спроектирован и оборудован так, чтобы рабочие могли контролировать наполнение ковшей чугуном и шлаком без опасности.

При выборе и размещении установки гранулирования шлака нужно исключить попадание пара из охлаждающей воды в литейный дом. Необходима система защиты рабочих и оборудования от взрывов при случайном сливе чугуна со шлаком.

Транспортная и манипуляционная техника в литейном доме должна выбираться тщательно, так как ручная работа должна быть сведена к минимуму, и каждая часть сливного пола должна быть доступна. Оборудование: один или несколько мостовых кранов или иных подъемников, вилочные погрузчики и другие погрузчики. На сливном полу должна быть пандус и маневренное пространство для погрузчиков.

Опасности, которым подвержены рабочие литейного дома при сливе:

• Высокая температура материалов и тепловое излучение чугуна и шлака;
• Взрывы и брызги чугуна и шлака;
• Переливы и проливы;
• Прорыв печи;
• Дымы, пыль, газ и пар;
• Использование кислорода для ланзирования сливных отверстий;
• Использование машин: сливные пушки и буры, пневмо-, гидро- и электрооборудование;
• Ручной инструмент;
• Перемещение материалов и отходов;
• Горючий газ для сушки желобов;
• Рисовая шелуха для теплосохранения и песок;
• Шум.

Современные доменные печи имеют в литейном доме следующее оборудование, инструменты и расходники:

• Бур для сливного отверстия;
• Устройство смены буровых стержней;
• Пушка для сливной массы;
• Погрузчик сливной массы в пушку;
• Крышка желоба и манипулятор крышки;
• Система измерения уровня в торпедо-ковшах;
• Наклонный желоб;
• Бур для джек-даммы (временной заглушки);
• Управляющие кабины;
• Измерение температуры и отбор проб;
• Огнеупорные расходники;
• Другие расходники: песок, рисовая шелуха, ланзировочные трубы, прокольные стержни;
• Кислород для ланзирования и горючий газ для сушки желобов.

Некоторые из них подробнее:

Буры для сливных отверстий

Экономичный слив требует высокопроизводительного сливного канала. Помимо выбора подходящей сливной массы и оптимальной стратегии открытия, важны оптимальные настройки параметров слива и их воспроизводимость. Буры должны сочетать максимальную гибкость с проверенными высокопроизводительными буровыми молотами для эффективного бурения. Основные требования к конструкции и установке буров:

• Бур должен быть достаточно мощным и жестким для точного бурения сливного отверстия;
• Должна быть возможность фиксации бура в определенных позициях;
• Все движения и маневры бура должны быть дистанционно управляемыми;
• Должна быть возможность остановить их в любой момент;
• Станок должен иметь автоматический сирену/зумер, срабатывающий перед движением;
• Установка должна позволять рабочим свободно перемещаться вокруг неработающего бура и ремонтировать его. Должен быть проход для одного человека между станком и препятствием;
• Средства защиты для персонала вокруг станка и защиты самого станка;
• Силовые линии защищены от тепла и пробойков, имеют хорошую механическую прочность;
• При электропитании желательно иметь как минимум два независимых контура, один — аварийный;
• При гидро-/пневмоуправлении устанавливать аккумулятор подходящего размера.

Пушки для сливной массы

Закрытие печи в любых условиях — ключевое требование безопасности. Требует крайней надежности и прочности пушек сливной массы. Основные требования:

• Пушка должна быть достаточно мощной для выдавливания сливной массы в отверстие против полного внутреннего давления печи, даже при давлении выше нормы;
• Станок должен уметь правильно позиционировать ноззл пушки в сливном отверстии несмотря на препятствия шлака или другого материала;
• Станок должен выдавливать весь объем массы, необходимый для заглушки;
• Должна быть возможность фиксации пушки в разных позициях;
• Все движения и маневры пушки дистанционно управляемы, с возможностью остановки в любой момент;
• Автоматическая сирена/зумер перед движением;
• Установка для свободного доступа рабочих к неработающей пушке и ее ремонту; проход для одного человека между станком и препятствием;
• Средства защиты персонала и станка;
• Силовые линии защищены от тепла и пробойков, хорошая механическая прочность;
• При электропитании — минимум два независимых контура, один аварийный;
• При гидроуправлении — аккумулятор подходящего размера.

Управляющие кабины

Кабины управления для пушек и буров должны быть расположены, защищены и оборудованы для работы даже в авариях. Основные особенности:

• Расположение кабин должно полностью защищать персонал от риска пробойков или взрывов и обеспечивать идеальный обзор операций;
• В конструкции не использовать горючие материалы;
• Хотя бы два разных и независимых входа, один — на аварийную эвакуационную платформу снаружи, которая должна быть всегда свободной;
• Нет дверей от кабин к желобам;
• Наблюдательное окно над сливной зоной должно: (i) быть минимально возможным, но давать оператору полный обзор зоны операций и расположения пушки/бура, (ii) иметь триплекс-стекла на раме, открывающейся наружу, защищенные решеткой, (iii) органы управления рядом с окном для удобной работы при наблюдении. Предупреждение случайного нажатия органов управления, (iv) связь кабин с другими местами, связанными с работой ДП, минимум двумя независимыми системами устной связи (внутренний телефон, интерком, радиотелефон и т.д.);
• Кабина должна иметь вентиляцию, забирающую воздух из не загрязненной зоны;
• Если кабина не может быть размещена в защищенной от брызг/взрывов зоне, меры безопасности усиливаются. В частности, двери должны быть устроены так, чтобы взрыв 경향но закрывал их, а не открывал; стены, двери и крыша покрыты огне- и теплостойкими материалами.

Прокол сливного отверстия кислородом

Оборудование для прокола: гибкие трубопроводы для подачи кислорода, держатель ланзы, кислородные ланзы. Ланзы состоят из одной или нескольких стальных труб. Важно, чтобы оператор всегда был достаточно далеко от сливного отверстия, чтобы избежать искр и брызг. Советуем не допускать сгорания ланз слишком глубоко, а использовать несгоревшие участки для сборки труб исходной длины. Большая осторожность при соединении таких труб, чтобы предотвратить утечку кислорода через сварные швы. Трубы в плохом состоянии отбраковывать. Трубы должны быть обезжирены при поставке в литейный дом. Жирные трубы не использовать. Хранить в защищенных от масла, жира, пыли и погоды местах. На повторное использование допускать только участки, соответствующие минимальным требованиям безопасности.

Огнеупорные расходники литейного дома

Для сливных отверстий ДП, где периодически сливают железо и шлак, используют готовые сливные смеси (сливная глина) для заглушки отверстия после слива. Эти теплоотвердевающие материалы затем бурят для следующего слива. Для желобов и лотков, где разделение железа и шлака и направление железа к ковшу, используют гидравлически связанные литуые материалы как основную облицовку и напыляемые материалы для ремонта.

Сливная глина

Сливная глина — материал для заглушки сливного отверстия после слива, чтобы ничего не вытекало, и удержания заглушки до следующего открытия. Сегодня выбор и применение сливной глины коррелируют со многими факторами:

• Эксплуатационные условия ДП, зависящие от размера и режима — глины участвуют в процессе как ключевые элементы для обеспечения надежности и безопасности, не нарушая производительность печи.
• Особая компоновка сливной зоны и ее управление — требует, чтобы глины не только выдерживали атаку расплава, но и позитивно влияли на дренаж дна и периферийный поток железа через длину отверстия.
• Экологические аспекты — как политика улучшения условий труда на литейном доме, так и общая охрана окружающей среды.
• Экономические аспекты — для предложения оптимальной единичной стоимости на тонну горячего чугуна, так как затраты на сливную глину остаются одной из существенных статей расходов литейного дома.

Сливная глина должна иметь свойства для стабильного и безопасного выполнения функций:

• Течь при выдавливании пушкой, чтобы заглушить отверстие. Глина должна быть достаточно пластичной для правильного впрыска.
• Отвердевать в отверстии за время от заглушки до слива, но без усадки для гарантии герметичности.
• Быстро твердеть, чтобы выдерживать давление изнутри печи.
• Буриться за приемлемое время.
• Обеспечивать стабильный, контролируемый поток при сливе без брызг.
• Выдерживать эрозию и химическую атаку горячего чугуна и шлака при сливе.
• Образовывать стабильную подложку для следующей заглушки.
• Давать стабильную и контролируемую длину сливного отверстия.
• Быть достаточно пористой для выхода дистилляционных газов.
• В некоторых случаях подходить для поддержания сливного отверстия и восстановления его нормального состояния при ухудшении.

Требования к сливной глине:

• Повышенная пластичность — для лучшей технологичности;
• Высокая коррозионная и абразивная стойкость — для постоянного диаметра и длины сливного отверстия;
• Хорошая спекание — для высокой прочности;
• Прилипающая прочность — для надежного сцепления новой массы со старой;
• Хорошая газоотдача — для снижения газового давления внутри;
• Легкое бурение/открытие.

Бесводяные глины более износостойкие, чем содержащие воду. Последние нельзя использовать для современных ДП, с ними нужны особые меры предосторожности. Сырье для сливной глины: сплавленная алюмина, обожженный боксит, шамот, огнеупорная глина, глинистые минералы, пирофиллит, силица, тонкий песок, кианит, тонкая обожженная алюмина, дымная силица, цирконий, хромиты, карбид кремния, углерод, нитрид кремния, металлические порошки, кокс, ультратонкий углерод, смола, резина, специальные масла.