4. Нормальный режим работы доменных печей

Нормальный технологический режим работы доменной печи должен обеспечить бесперебойный интенсивный, но в то же время ровный ее ход для получения наиболее высоких показателей по производству чугуна, удовлетворяющего требованиям ГОСТа и внутризаводских технических условий (ТУ) при минимальном расходе кокса и сырых материалов. На рис. 88 представлены диаграммы показаний приборами, характеризующие ровный (нормальный) ход печи.

Признаками устойчивого ровного хода доменной печи являются: непрерывный плавный сход шихтовых материалов; устойчивый характер распределения потока газа в печи (по характеру кривой содержания двуокиси углерода по сечению и окружности печи или по кривой температуры газов); равномерная температура в фурменных очагах горна; постоянство давления дутья; устойчивость теплового состояния печи, обеспечивающая получение чугуна и шлака постоянного заданного состава; постоянство выноса колошниковой пыли.

Нормальный технологический режим и устойчивый ровный ход доменной печи возможны, прежде всего, при постоянстве качества шихтовых материалов и соблюдении установленных для каждой печи оптимальных параметров режима работы, а также при выполнении всех производственных операций - от загрузки материалов до выпуска продуктов плавки - по строго регламентному графику, что требует в свою очередь бесперебойной работы всех механизмов и оборудования.

Дутьевой режим печи

Основным показателем нормальной работы доменной печи является постоянство дутьевого режима (количество, температура, давление, влажность, расход топливных добавок), обеспечивающего заданную для данных условий интенсивность плавки, производительность и экономичность хода печи.

Интенсивность хода печи контролируют по количеству дутья и количеству проплавленных подач за час и смену.

Давление дутья и перепад давления газов по высоте печи зависят от газопроницаемости столба шихты, которая определяется ситовым составом минералов, характером распределения шихты и потока газов по сечению печи, свойствами шлаков, тепловым состоянием печи и давлением газов. Нормальным следует считать то наибольшее давление, которое обеспечивает в данных условиях устойчивый ровный ход печи и максимальное использование тепловой и восстановительной энергии потока газов.

Оптимальная доля добавки природного газа к дутью (определяется резервом нагрева дутья в момент перехода на природный газ) колеблется, по фактическим данным, в пределах 3,5 - 5,5% по объему и уточняется для каждой печи опытным путем, а затем поддерживается постоянной с помощью автоматического регулятора. По мере дальнейшего повышения нагрева дутья оптимальный расход природного газа увеличивается.

Обязательным условием эффективного применения природного газа является равномерное поступление газа и дутья через все фурмы, что автоматически контролируется приборами, установленными в помещении КИП, по расходам через каждую фурму.

Расход дутья устанавливается, исходя из необходимости обеспечить плавный сход шихты, высоко производительную и экономичную работу доменной печи, и поддерживается постоянным. Кратковременное снижение расхода дутья допускается только для устранения отклонений от нормального хода.

Температуру дутья следует держать постоянной на максимальном уровне, обеспечиваемом мощностью воздухонагревателей.

Искусственное увлажнение дутья при работе на природном газе, как правило, не применяется, но иногда кратковременно используется как средство регулирования теплового состояния горна. Печь на природный газ переводят только при нормальном ходе и нагреве печи, а также при равномерном распределении газового потока по ее окружности (одинаковый состав и температура периферийного газа).

За 3 - 4 ч до подачи в печь природного газа следует уменьшить коксовую колошу на 3 - 5% (в зависимости от резервов повышения нагрева и снижения влажности дутья) на каждый процент газа (по отношению к объему дутья). После этого необходимо подать в горн оптимальное для данных условий количество природного газа и одновременно прекратить искусственное увлажнение. Затем постепенно (20 - 30°С за 1 ч) повысить температуру дутья до максимально допустимой по мощности и состоянию воздухонагревателей. Если имеется возможность повысить количество дутья, то его расход увеличивают в несколько приемов по 20 - 30 м³. Уменьшение количества дутья проводят в один прием. Однако снижение дутья более чем на 200 м³/мин допускается в исключительных случаях (с разрешения руководства цеха). Количество дутья уменьшают в случаях: похолодания печи, появления шлака на фурмах и опасности заливки их "на ходу", глубоких обрывов и упорных подвисаний материалов, неполноты печи, снятия высокого давления.

После снижения количество дутья восстанавливают постепенно, в несколько приемов, после устранения отклонений от нормального хода.

Кратковременно дутье через атмосферный клапан "снорт" уменьшают в случаях: ненормального выпуска чугуна и шлака; необходимости улучшить распределение газового потока в печи; невозможности загружать печь из-за отсутствия электроэнергии, неисправности оборудования или других неполадок. Степень и длительность снижения дутья определяет мастер печи. Прежний дутьевой режим во всех случаях кратковременного его снижения через клапан "снорт" восстанавливают в один прием.

При переводе доменных печей на работу с повышенного на обычное давление газа под колошником количество дутья следует уменьшить, чтобы обеспечить нормальный перепад давления между фурмами и колошником. Прежнее количество дутья восстанавливают сразу же после повышения давления на колошнике.

Изменение дутьевого режима обязательно фиксируют в журнале работы печи, причем указывают причины и длительность изменения, а также степень снижения. Воздушные фурмы должны работать через полное их сечение.

На повышенное давление доменную печь переводят при нормальном ходе печи. Количество дутья при этом должно быть увеличено до такого, когда обеспечивается нормальный для этой печи перепад давления газов в столбе материалов.

Производственные операции при переводе печи на повышенное давление или с повышенного на нормальное выполняют в соответствии со специальной инструкцией.

Увлажнение дутья (в тех случаях, когда оно применяется) достигается подачей перегретого пара в воздухопровод холодного дутья. Если необходимо изменить влажность дутья в условиях нормального нагрева печи, соответственно должна быть изменена температура горячего дутья из расчета 9°С на 1 г/м³ изменения влажности дутья.

Тепловой и шлаковый режим

Нормальное тепловое состояние печи и шлаковый режим необходимо поддерживать постоянными, так как это обеспечивает выплавку чугуна при наименьших колебаниях его химического состава по выпускам. Поэтому при контроле за работой печи и регулировании ее хода следует учитывать изменения величины рудной нагрузки, качества сырых материалов, характера распределения потока газов и материалов, состава шлака и других факторов.

Тепловое состояние печи при отклонениях от нормального регулируют путем кратковременного изменения температуры дутья, расхода пара на его увлажнение или расхода кокса в подаче. Если изменение теплового состояния печи устойчиво, изменяют величину рудной нагрузки за счет коксовой подачи.

При нормальном ходе печи температуру дутья поддерживают постоянной на максимальном уровне, обеспечиваемом мощностью и состоянием воздухонагревателей, а также трактом горячего дутья. Снижение температуры дутья корректируют добавкой кокса в подачу и изменением расхода природного газа. Повышение температуры дутья должно сопровождаться соответствующим уменьшением расхода кокса в подаче. При этом учитывают, что увеличение температуры дутья на 100°С позволяет уменьшить расход кокса примерно на 2%.

Рудная нагрузка, т. е. количество проплавляемых железосодержащих материалов (без выноса), приходящихся на 1 г кокса, должна включать агломерат, железную и марганцевую руду, а также другие добавки (сварочный шлак, окалину, металлодобавки).

Количество шлака должно быть минимальным, но обеспечивающим получение кондиционного чугуна. Основность шлака рекомендуется в следующих пределах:

Для успешной десульфурации¹ чугуна рекомендуется содержание магнезии в шлаке поддерживать на уровне 5 - 10% (путем применения доломитизированного известняка), особенно в случае низкого содержания глинозема в шлаке или повышенной его основности.

¹(Обессеривания.)

Режим загрузки материалов

Режим загрузки материалов, предусматривающий порядок (систему) загрузки материалов, положение уровня засыпи, массу коксовой подачи и схему работы засыпного аппарата, должен обеспечить максимальное использование тепловой и восстановительной энергии потока газа, что достигается оптимальным распределением железосодержащих материалов по сечению печи (главным образом в периферийной зоне).

Периферийная зона печи является решающей, поскольку через нее проходит основная часть газового потока. Поэтому рекомендуется сосредоточить на периферии большую часть железосодержащих материалов.

Однако степень загрузки периферии должна быть установлена опытным путем. В каждом случае существует наиболее выгодная степень ее загрузки, характеризуемая содержанием углекислоты в газе. Чем лучше ситовый состав материалов, тем больше можно загрузить рудой (агломератом) периферию. При удовлетворительном ситовом составе материалов содержание углекислоты в газе у стен составляет 5 - 8% и более.

Необходимая газопроницаемость осевой зоны печи достигается преимущественно изменением массы рудной части подачи, уровня засыпи, а также системы загрузки.

Нормальной системой загрузки при ровном ходе печи считается загрузка "рудой вперед" с одним опусканием большого конуса. Характер распределения материалов и газов в печи устанавливают по изменению состава или температуры газов по диаметру и окружности печи на верхнем горизонте шахты, расположенном на 2 - 3 м ниже защитных колец.

Систему загрузки изменяют только в случаях, когда необходимость в этом совершенно очевидна и имеется уверенность в том, что все элементы загрузочных устройств исправны, а технологический режим печи ведется правильно.

При своевременном регулировании не следует изменять одновременно несколько параметров режима загрузки или сочетать их с какими-либо другими мероприятиями, направленными на выравнивание хода печи.

Наиболее частыми случаями, вызывающими необходимость изменения величины подачи, уровня засыпи и систем загрузки, являются следующие: чрезмерно развитый поток газов на периферии или в центре, односторонний или канальный поток газов, загрузка кокса в печь одной стороной (ремонт коксового грохота), перекос уровня засыпи материалов в печи, изменение гранулометрического состава шихты.

Чрезмерное разрыхление периферийной зоны не допускается, так как это приводит к низкому использованию восстановительной и тепловой энергии газов, к загромождению осевой зоны, похолоданию горна и неустойчивому ходу печи.

Минимум содержания СО₂ в пределах периферийной зоны должен находиться обязательно у стен печи. Перемещение минимума от стенки к центру печи свидетельствует о зарастании профиля печи, что вызывает необходимость принять специальные меры. Максимум кривой содержания углекислоты должен находиться примерно на расстоянии ¹/₃ радиуса от стенки. Содержание СО₂ в центре печи должно быть примерно равным содержанию СО₂ у стен печи. Необходимая газопроницаемость осевой зоны печи достигается преимущественно изменением величины подачи и положения уровня засыпи.

Нормально уровень засыпи находится выше точки пересечения траектории падающих материалов с поверхностью стенок колошника, чтобы избежать скопления рудной мелочи у стен.

Основные параметры режима загрузки устанавливает руководство цеха; при этом учитываются все условия плавки.