1.1.4 Продукты доменной плавки

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве. Передельный коксовый чугун делится на три марки: М1, М2, М3.

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Холодный ход доменной печи обусловливается дебалансом тепла в печи и ухудшением его использования. Он может быть следствием увеличения рудных нагрузок, периферийного или канального движения газа, ухудшения качества кокса или недостатка его в связи с уменьшением подачи в горн топливных добавок и массового оползания гарнисажа или попадания воды в печь.

Чугун, отправляемый за пределы завода или на склад холодного чугуна, разливают на разливочных машинах, представляющих собой отдельную часть доменного цеха и составляющих определенный комплекс сооружений.

Комплекс включает разливочные машины, сооруженные обычно в блочном исполнении (по две машины в блоке), стенды для кантовки ковшей, кантовальные лебедки и мостовой кран, устройства для охлаждения чушек и отделения ремонта, сушки и очистки ковшей, склад огнеупоров и вспомогательных материалов.

Сама разливочная машина (рисунок 13) состоит из одного или двух конвейеров с мульдами, с приводом натяжного устройства, опрыскивателей мульд известковым молоком (раствором), водопровода с брызгалами для охлаждения мульд с чугуном и устройства для погрузки чушек в вагоны. Желоб разливочной машины, через который чугун поступает на конвейер ленты, делают из листового металла, футеруют кирпичом, носки заправляют же лобной массой и песком.

1 - стенд; 2 - разливочный желоб; 3 - спрыскиватель; 4 - разгрузочные желоба; 5 - приводы; 6 - конвейер; 7 - звездочки

Рисунок 13 – Разливочная машина

Конвейеры состоят из бесконечных цепей с мульдами, крепящимися к звеньям цепи болтами. Звенья цепи литые или штампованные из стали марки Ст5. Различают два типа конвейеров: со стационарной роликовой опорой (цепи его двигаются по роликам, смонтированным на неподвижных стойках); с подвижной роликовой опорой (ролики укреплены в звеньях цепи и при движении конвейера катятся по направляющим рельсам).

Привод конвейера состоит из двух цепных звездочек, жестко насаженных на вал, вращаемый электродвигателем через цилиндрический редуктор.

В современных конструкциях применяют конвейеры со стационарной роликовой опорой. Мульды, или корытообразные изложницы, образуют на конвейере сплошную ленту благодаря перекрытию зазоров буртами смежных мульд. Мульды можно изготавливать как из чугуна, так и из стали. Масса чушки чугуна 45-50 кг. Для предотвращения приваривания чугуна к телу мульды чушки, проходя под конвейером, смачиваются известковым раствором (молоком) при помощи установленного для этого опрыскивателя. Чушки, охлажденные водой, за время движения конвейера поступают на разгрузочное устройство, которое состоит из приемного стационарного желоба, перекидных желобов, лебедок и предохранительных устройств перед лентами, предупреждающих падение чушек мимо желоба.

Для ускорения остывания чугуна, что очень важно для оборота вагонов не только внутризаводского, но и линейного транспорта, на разгрузочном конце разливочных машин устанавливают дополнительные средства охлаждения. Заслуживает внимание опыт Кузнецкого металлургического комбината, где разливочные машины оборудованы металлическими ваннами, расположенными под лентами машин. Слиток чугуна (чушка), дойдя до конца ленты, направляется на дополнительный металлический конвейер, которым подается в ванну, наполненную водой. После прохождения его возвращают обратно к разгрузочному ковшу машины и сбрасывают в вагон. Это решает проблему отгрузки чугуна за пределы завода в вагонах МПС в любое время года.

Грануляция шлака – при ковшовой уборке шлака наибольшее применение получили установки мокрой и полусухой грануляции шлака, располагаемые вблизи доменного цеха. Мокрую грануляцию шлака осуществляют в открытых грануляционных бассейнах, представляющих собой заполненный водой бетонный резервуар прямоугольной формы. Вдоль него с одной стороны проложен железнодорожный путь, по которому подают шлаковозы с жидким шлаком, с другой стороны – два пути для железнодорожных вагонов, в которых вывозят гранулированный шлак. Над бассейном и отгрузочными путями по эстакадам перемещается мостовой кран (иногда козловый), оборудованный грейфером емкостью 3-4 м³.

Жидкий шлак сливают в бассейн, наклоняя шлаковые ковши с помощью механизма кантования, имеющегося на шлаковозе. Попадающий в воду шлак в результате ее бурного испарения раздробляется на капли размером 1-10 мм. Застывшие гранулы шлака грейферным краном грузят в железнодорожные вагоны. Недостатком этого способа является высокая влажность (15-35%) гранулята, что затрудняет его транспортировку (особенно в зимнее время) и требует сушки.

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной – полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется как частное от деления полезного объема печи V _пол (м³) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сут. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями.

1. Создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего;

2. Создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса. При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс. Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

1. совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых

материалов;

2. высокотемпературный нагрев дутья;

3. увлажнение дутья;

4. обогащение дутья кислородом;

5. вдувание в горн углеводородосодержащих добавок;

6. комбинирование дутья;

7. повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 2-7, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 1829 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150°С), показатели работы печи значительно улучшились: относительный расход горючего уменьшился на 30%, производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого дутья (350- 400°С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 25- 35%. В настоящее время дутье нагревают до 1100-1200°С и выше. За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели. Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели:

1. Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода.

2. Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода.

3. Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе.

4. Значительно возрастает температура в зоне горения.

При обогащении дутья кислородом снижается перепад давления газов между горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового газа на единицу сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов.

При вдувании природного газа в количестве 70-90 м³ на 1 т чугуна расход кокса уменьшается на 10-14%. Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет:

1. Увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления.

2. Замены части углерода кокса углерода природного газа.

3. Уменьшения прихода серы в печь, основности и выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми двумя факторами.

Комбинированным принято называть дутье, включающее добавки как в виде окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный газ, коксовый газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение получило сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием природного газа. Основной положительный эффект при вдувании природного газа состоит в значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья кислородом – в увеличении производительности печи. Но достижение возможного эффекта при вдувании природного газа ограничивается его отрицательными сторонами – увеличением количества горнового газа с понижением температуры в горне, а достижение возможного эффекта обогащенного кислородом дутья ограничивается, наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне.

Идея работы доменной печи на повышенном давлении газов была выдвинута с целью улучшения восстановительной способности газов. Однако положительное действие повышенного давления проявляется не в улучшении восстановительной способности газов, а в улучшении газодинамического режима доменной печи, при котором возможно значительное повышение производительности и снижение расхода кокса. Повышение давления газа внутри доменной печи достигается путем пережима струи газа при помощи специального дроссельного устройства, установленного в газопроводе очищенного от пыли газа. Положительное действие повышенного давления газа заключается в том, что с увеличением давления уменьшается объем газа и его скорость, вследствие чего уменьшаются подъемная сила газа и перепад давления газа между горном и колошником. Это позволяет увеличивать массовое количество дутья, не превышая его критического объема.