Задувка доменной печи: ключевые этапы и технические аспекты

Процесс задувки доменной печи

Процесс запуска доменной печи после ее строительства или перекладки называется задувкой (blowing-in). Процесс задувки выполняется в несколько этапов (рис. 1), которые состоят из: (i) сушки облицовки, (ii) заполнения печи специально подобранным высокококсовым зарядом для задувки, (iii) поджига кокса или зажигания печи, и (iv) постепенного увеличения горячего надува (скорости ветра) с частыми отливками для обеспечения нагрева נחлста печи. В период задувки соотношение заряда (руда к коксу) корректируют по заранее определенному графику до достижения нормальной работы печи и производства чугуна нормального качества.

Новостроенная или перекладченная печь должна быть тщательно просушена перед поджигом кокса. Это связано с тем, что большое количество воды, содержащейся в растворе для кладки огнеупорных кирпичей и поглощенной огнеупорной кладкой, должно быть удалено максимально возможной степенью для избежания экстремального теплового шока. Существует достаточно данных, что задувка печи может вызвать повреждение огнеупорной облицовки даже при правильной сушке. Более того, если вода из этих источников не удалена из печи перед вводом в эксплуатацию, она поглощает больше тепла, чем предусмотрено задувочным зарядом, и препятствует нагреву נחлста до желаемой температуры. В таких случаях чугун и жидкий шлак, входящие в נחлст, могут замерзнуть там, и в таком случае их удаление из печи становится невозможным.

Сушка доменной печи

Существует несколько методов сушки доменной печи и связанных с ней домн. Нормальный метод для домн, где доступно газообразное топливо (например, коксовый газ), — проложить газовую трубу в нижнюю камеру сгорания и начать с малого пламени, увеличивая подачу газа в течение многих дней, пока нельзя использовать небольшое количество доменного газа, сохраняя газообразное топливо как пилотное пламя. Желательно медленно повышать тепловую нагрузку минимум 10–14 дней в новой домне перед выходом на рабочие температуры.

Домны, имевшие предыдущую эксплуатацию, разогревали за 36–72 часа без видимых трудностей. Другой метод сушки/нагрева в прошлом — дровяной огонь в нижней части камеры сгорания. Дровяной огонь требовал постоянного внимания до достижения достаточных температур стенок для обеспечения правильного сгорания доменного газа.

Один из методов сушки печи — использование горячего надувного воздуха. Это простой метод, и сушка остается под контролем все время. При применении этого метода используется обычная система горячего надува, за исключением того, что изначально температура надува удерживают около 200–220 °C, а объем надува — на низком уровне. Температуру медленно повышают в течение нескольких дней до слегка выше 400 °C и держат на этом уровне еще несколько дней. Вся операция может быть выполнена за неделю. В некоторых местах колена и трубы устанавливают внутри нескольких дуьер печи для направления нагретого воздуха в נחлст печи. Желательно в последней части периода сушки использовать низкое давление пара в ставах охлаждения נחлста и bosh-плитах для помощи сушке. Нижний клапан герметизации верхней зарядки закрыт во время сушки, и заслонки печи регулируют для удержания максимального тепла внутри печи. Давление на манометре надува при сушке наблюдать не нужно.

На заводах с одной печью, где доменный газ недоступен, описанный метод нужно модифицировать, так как вспомогательное топливо (коксовый газ или топливное масло) используется для нагрева домн. Однако для низкого уровня тепла это можно сделать удовлетворительно.

Альтернативный метод сушки известен как метод очага в נחлсте (hearth fire method). Он заключается в дровяном, коксовом или угольном огне, разведенном в נחлсте печи, и контролируется аналогично другим методам с помощью дуйерных затворов и заслонок. Трудно регулировать температуру огня. Также требуется частое дозаправка топливом, что не только сложно, но и прерывает процесс. Если используется только для сушки, метод прост, как описано выше, но может применяться как начало контролируемого или медленного процесса задувки. После сушки заряжают очень тяжелый коксовый бланкет, за которым следует обычный задувочный заряд. Низкий дув поддерживают, и температуры נחлста и стенок медленно повышают перед увеличением объема воздуха надува до обычных задувочных скоростей. В этом методе фактическая задувка происходит через несколько дней. Однако теоретически этот метод имеет преимущество: меньше шансов повреждения огнеупорной кладки от теплового шока и сниженная склонность огнеупорного кирпича к облупливанию. Однако метод затратен по времени и дорог. Превосходная кампания получена с использованием обычных методов, и никаких доказательств превосходных результатов от медленных методов зажигания на сегодня не замечено.

Другой используемый метод — открытое газовое пламя внутри печи. Одна практика — установка газовой трубы через промоечное отверстие и поджигание газа небольшим дровяным огнем, поддерживаемым постоянно. Дuyerные отверстия оснащают затворами для регулирования подачи воздуха, и температура верха печи регулируется аналогично двум описанным выше методам. У этого метода очевидные опасности, поэтому он больше не используется. Сейчас считается устаревшим. Эта практика вытеснена использованием горелок, вставляемых через дуйеры, генерирующих горячий воздух от сгорания газообразного топлива.

Еще один метод сушки печи — использование «голландских печей» (dutch ovens). Две, три или более печей/духовок строят снаружи доменной печи, и продукты сгорания из этих печей плюс избыточный нагретый воздух направляют через трубы в промоечное отверстие и некоторые дуйерные отверстия. Остальные дуйерные и кулерные отверстия закупоривают, а тягу регулируют настройкой заслонок печи. Как и при сушке горячим надувом, нижний клапан герметизации верхней зарядки держим закрытым. Голландские печи топят коксом, углем или дровами и требуют операторов для поддержания огней, доставки топлива и очистки золы. Контроль температуры сложнее, но некоторая регулировка поддерживается интенсивностью печей и настройкой заслонок печи.

Заполнение доменной печи

После завершения сушки нижний клапан герметизации и заслонки печи открывают. Дuyerные трубы снимают, а некоторые дуйеры и кулеры демонтируют, если желательно, и убирают приспособления вокруг отливочного цеха, использованные в процессе сушки. За относительно короткое время внутренность печи достаточно остывает для входа в נחлст для подготовки к заполнению. Если для сушки использовался очаг в נחлсте, все зола и отходы удаляют. Теперь проводят осмотр системы охлаждения печи и включают воду. Нормальная практика — поддерживать постоянное наблюдение за всеми охлаждающими элементами начиная с этого момента. В случаях, когда облицовка печи не новая и печь пуста, этот осмотр дает хорошую возможность найти текущие кулеры. Если есть сомнения в кулерной пластине или признаки влаги на ней, пластину заменяют перед началом заполнения печи. Также все механическое, электрическое и физическое оборудование должно пройти тщательную проверку перед началом заполнения. Обычно готовят чек-лист, и каждый пункт отмечается по мере получения отчетов о его исправности.

Работа по другим подготовительным мероприятиям предшествовала и некоторые продолжаются в этой точке одновременно с началом операции заполнения печи. Примеры: нагрев чугунолей, заполнение бункеров сырьем в бункерах складского цеха по заранее утвержденному плану, подготовка шлаковых ковшей (если используются) к службе, осмотр газопроводов печи, открытие и закрытие вентилей по указанию. Паровые продувочные линии проверяют для обеспечения доступности пара при необходимости. Железные и шлаковые желоба в отливочном цехе также должны быть подготовлены.

Одновременно активности в электростанции для дутевых машин должны идти с равной интенсивностью. Возможно, турбины нужно открыть для осмотра и выполнить многочисленные работы профилактического обслуживания. Котели должны прогреться, турбодувки — прогреться и прокрутиться, механизмы аварийной остановки по скорости — проверить, воду включить на конденсаторы, насосы — осмотреть и поставить в работу, графики воздушнонадувной работы — разместить и согласовать с персоналом печи, водоподготовительная установка котлов — запустить, распределительный пункт и подстанцию — активировать.

Некоторые из финальных мероприятий перед запуском печи — установка и сушка облицовочных материалов для чугунных желобов и желобов, установка скиммеров и затворов и проверка правильности монтажа грязевых пистолетов и буров для промоечных отверстий, чтобы они правильно контактировали с промоечным отверстием (железным нochem). В некоторых местах, где печь работает при очень высоком давлении, печь давили холодным надувом перед запуском для определения утечек, требующих устранения перед зарядкой.

Существует множество разных схем размещения задувочного заряда в печи. Обычно он состоит только из кокса и небольшого количества флюса под мантией. Над мантией происходит постепенное увеличение рудного заряда с постепенным увеличением соотношения заряда (руда к коксу). Часто в נחлсте у промоечных отверстий укладывают деревянные швабры, чтобы обеспечить достаточное открытое пространство для выхода газа. В некоторых задувках шлак печи и известков с коксом заряжают в зоне bosh. Цель — шлак дает материал, который легко плавится и переносит тепло в נחлст. Цель известка — соединиться с золой кокса и образовать плавкий шлак. Для увеличения объема шлака в ранний период запуска иногда добавляют кремнеземистый гравий.

При заполнении печи начальным зарядом соотношение руда/агломерат к коксу увеличивают к верху печи, соотношение известняк/кокс уменьшают, а соотношение гравий/кокс слегка увеличивают. При расчете относительных количеств кокса, рудного заряда и флюса предполагают, что кремний в чугуне первых нескольких отливок обычно будет содержать 2,5–4,5% кремния. Следовательно, количество основного флюса должно быть спланировано соответственно, чтобы шлак не был слишком известковым (вязким). По мере того как печь начинает работать нормально и скорость горячего надува увеличивается, содержание кремния в чугуне снижается, и тогда дополнительный флюс должен быть обеспечен для кремнезема, остающегося невосстановленным в шлаке.

Зажигание (Lighting)

Несколько разных методов можно использовать для зажигания печи. Однако наиболее распространенный метод сейчас — поджигание кокса горячим надувным воздухом. В этом методе сначала используют относительно малый объем надува при температуре 550–650 °C, и в течение нескольких минут кокс перед этими дуьерами загорается. Для этого метода необходимо иметь разогретые домны. На заводе с одной печью или на заводе с несколькими печами, где все печи остановлены, это может быть проблемой. Часто, где доменный газ недоступен, другие топливные газы (коксовый газ или природный газ) используют для разогрева домн, пока газ от печи не станет доступен.

Другой метод, используемый реже — укладка легковоспламеняющегося материала перед дуьерами, который можно поджечь факелами или раскаленными прутьями. Естественная тяга через печь обычно обеспечивает достаточно воздуха для повышения температуры кокса у дуьер до температуры горения, а затем можно запустить легкий поток надувного воздуха.

Перед зажиганием печи газовая система изолируется от печи шберовским клапаном (goggle valve), обычно расположенным ниже газоочистной установки. Газоочистная установка продувают от этого клапана до печи паром или инертным газом. В ранние стадии задувки заслонки на верху печи держат открытыми, и продувочный газ держат в газоочистной системе до клапана, отделяющего газоочистную систему от основной газовой системы завода. Газоочистные системы могут отличаться от печи к печи, и иногда отдельные секции газоочистной системы изолируют друг от друга и продувают отдельно.

Во многих местах нет изолирующего клапана между пылеуловителем и печью, поэтому пылеуловитель продувают паром, который выходит через нисходящую трубу печи и сбрасывается через заслонки печи. Когда скорость горячего надува на печи достаточно увеличена для поддержания хорошего стабильного потока доменного газа, продувочную среду отключают и закрывают заслонки. Когда получено положительное давление газа до изолирующего шберовского клапана, его открывают и позволяют газу течь в основную газовую систему. Значительные меры предосторожности для предотвращения взрыва должны соблюдаться на протяжении всего этого периода, и зона вокруг печи, газоочистная система и клапаны должны контролироваться на предмет потенциальных утечек доменного газа.

Когда печь запускается, скорость горячего надува составляет лишь малую долю от нормальной эксплуатации. Поэтому необходимо открыть только несколько дуьер, чтобы скорость через каждый дуйер была достаточной для переноса горячего надува глубоко в печь и предотвращения канализации горячих газов вдоль стенок. Обычно это достигается заделкой неиспользуемых дуьер глиняными шарами и последующим их проколовом по мере увеличения скорости надува. В некоторых случаях вставляют втулки внутрь дуьер для уменьшения диаметра отверстия на ранних стадиях задувки. Эти втулки затем выбивают, когда нужны более высокие скорости надува. Сначала скорость горячего надува увеличивают каждые несколько часов, так что к концу первых 24 часов она составляет около 40–50% от полной. После этого увеличивают примерно на 25% в день до достижения конечной скорости.

Когда печь запущена, промоечное отверстие обычно оставляют открытым, и часть газа, образующегося при сгорании кокса, выходит через промоечное отверстие. Сначала этот газ должен быть подожжен, но по мере увеличения скорости надува он нагревает кокс в נחлсте и в конечном счете выходит при температуре, достаточно высокой для самоподдержания горения. Промоечное отверстие обычно остается открытым до появления шлака. Это проявляется снижением объема газа и пульсацией у промоечного отверстия. Когда это происходит, грязевой пистолет вводится в позицию и промоечное отверстие заделывают. Каждые несколько часов после этого промоечное отверстие снова открывают для удаления сформировавшегося шлака. На крупных печах с более чем одним отверстием обычно открывают разное отверстие при каждой последующей попытке.

Примерно через 24–28 часов после запуска ожидается первая отливка чугуна. Этот чугун обычно очень высококремнистый из-за низкой скорости работы и высокого соотношения кремнезема к оксиду железа в сырье первой части задувочного заряда. По мере увеличения скорости горячего надува и приближения соотношения заряда (руда к коксу) к нормальному эксплуатационному уровню, содержание кремния в чугуне снижается. Соответственно, соотношение флюса к остальному сырью корректируют для обеспечения достаточного основного оксида для флюсования невосстановленного кремнезема, уходящего в шлак. Обычно в период задувки желательно держать соотношение заряда (руда к коксу) в диапазоне, дающем высокотемпературный чугун около 1500 °C, чтобы гарантировать, что непредвиденная проблема не приведет к замерзанию. Температура горячего надува обычно не повышают до максимального выхода домн в этот период, так как нужен резерв для введения дополнительного тепла в נחлст в случае аварии.