Четкое соблюдение графика выпусков чугуна и шлака обеспечивает успешную работу доменной печи. При нарушении графика выпуска чугуна и шлака горн печи переполняется, что приводит к тугому ходу, подвисаниям и другим неполадкам. Переполнение горна продуктами плавки может служить причиной горения шлаковых фурм. Выпуск большого количества чугуна обычно происходит очень бурно, что может повлечь за собой переполнение ковшей, заливку литейного двора и железнодорожных путей чугуном или шлаком. При нарушениях графика выпуска чугуна ухудшается стойкость футляра. Большое скопление чугуна может привести к крупной аварии – прорыву горна.
Работы по подготовке к выпуску чугуна включают несколько операций, а именно: набивку главного желоба, ремонт футляра; очистку желобов от скрапа и шлака предыдущего выпуска, установку отсечных лопат; подмазку глиной сифонного отверстия; набивку перевала главного желоба; заправку сливных носков, желобов чугуна и шлака; зарядку пушки; расстановку чугуновозных и шлаковозных ковшей.
Если желоб набит свежей углеродистой массой, следует хорошо просушить ее факелом природного или коксового газов. При хорошем качестве углеродистой массы стойкость ее может достигать 5 – 8 суток. На некоторых заводах начинают применять съемные желоба. Желоб с пришедшей в негодность футеровкой снимают, а на его место ставят предварительно подготовленный, хорошо просушенный желоб. В таком случае операции по подготовке желоба длятся 30 – 40 мин вместо 1 – 1,5 ч, когда приходится ломать старую футеровку и заново набивать свежей массой. Набивка чугунных желобов, особенно главного желоба, является трудоемкой операцией и, как правило, выполняется бригадами горновых по графику.
Желоба набивают углеродистой массой на толщину 100 – 150 мм; по бокам – до 60 – 70 мм. Перед набивкой на дно желоба и по бокам подсыпают слой песка, что облегчит ломку оставшейся массы при следующей ее замене.
На шлаковой канаве, непосредственно у главного желоба, устанавливают шлаковый перевал; за скиммерной плитой – чугунный перевал. Шлаковый перевал примерно на 2/3 его высоты изготавливают из той же массы, что и набивку желоба, а затем покрывают песком. Чугунный перевал изготавливают из углеродистой массы, как и все желоба.
Шлаковый перевал расположен на 100 – 120 мм выше чугунного, что обеспечивает разделение чугуна и шлака. Головка чугунного перевала должна находиться на одном уровне с нижней кромкой леточного отверстия. Это делает футляр сухим, т. е. предупреждает поджог носка пушки в момент закрытия летки и препятствует застыванию чугуна в самом футляре.
Скиммерная лопата выполнена из чугуна с залитым в нее кирпичом. Ее устанавливают так, чтобы снизу оставалось отверстие. Величина отверстия имеет большое значение. Так, при малом отверстии чугун не будет успевать уходить в чугунный желоб и будет частично увлекаться шлаком. При большом отверстии будет плохо отделяться шлак. Обычно размер этого отверстия 150 × 150 мм. Во время подготовки желобов к выпуску чугуна заряжают пушку.
Чугуновозные и шлаковозные ковши устанавливают за 20 – 30 мин до начала выпуска. Горновой обязан проверить, правильно ли установлены ковши и достаточно ли их количество.
Выпуск чугуна начинается с открытия летки бригадой горновых (под руководством первого горнового и мастера печи). Обязанности горновых во время выпуска плавки сводятся к наблюдению за ходом выпуска и своевременному направлению струи чугуна и шлака к следующему ковшу. При слабой струе чугуна горновые обязаны прочистить летку длинной металлической пикой. Чугунную летку закрывают в тот момент, когда чугун и шлак полностью выпущены и из летки начинает вырываться струя газов, т. е. когда “печь дует”. Длительная продувка печи нежелательна, так как сильно разрушается канал летки.
При неполном освобождении горна от чугуна и шлака летку закрывают лишь в аварийных случаях. В случае слабой летки (бурном выпуске с выбросом кокса) дутье рекомендуется снижать, чтобы избежать перелива ковшей, заливки площадок и т. п. Дутье снижает газовщик или мастер печи. Один из них во время выпуска должен находиться вблизи лебедки клапана “снорт”.
Чугун, оставшийся в главном желобе после закрытия летки, по обводной канаве выпускают в чугуновозный ковш. Шлак задерживается на обводной канаве.
Во время выпуска чугуна возможны крупные неполадки и даже аварии. При возникновении неполадок устранение их должно сопровождаться наименьшими потерями производительности.
При короткой или слабой (красной) летке чугунный перевал делают ниже нормального, шлаковый перевал поднимают выше нормального, чугунную канаву с боков и шлаковый перевал подсыпают песком повыше, отверстие сифона увеличивают, чугунные носки заделывают глубоко и особенно тщательно, уровень перевалов перед носками приподнимают (особенно на первом носке). Во избежание перелива первого ковша у чугунной канавы и перевалов на чугунной и шлаковой сторонах заготавливают песок и лопаты для подсыпки и перебивки, предупреждают персонал воздуходувки и газоочистки о необходимости более внимательного наблюдения за сигналами и быстрого их выполнения. Выпуск закрывают при продувке летки, готовят увеличенный запас массы для забивки чугунной летки, выпускают наибольшее количество верхнего шлака, отверстие летки делают как можно меньше, футляр готовят особенно тщательно, дутье снижают во время выпуска (в зависимости от хода чугуна) или перед выпуском (при неуверенности мастера в нормальном выпуске чугуна), лишний инструмент на рабочей площадке у канавы и желобов убирают.
Чрезмерно длинная летка характеризуется медленным выходом чугуна из печи небольшой струей. В случае медленного выхода чугуна проверяют состояние подсифонного отверстия и не допускают его зарастания; при закрытии летки уменьшают количество леточной массы.
Необходимо избегать чрезмерно малой струи чугуна (особенно при похолодании печи), так как очень медленное заполнение ковшей чугуном приводит к быстрому их закозлению (зарастанию).
Во время каждого выпуска чугуна из канавы отбирают три пробы: в начале (при наливке первого ковша на 3/4 его объема), середине (при наливе второго ковша на 1/2 его объема) и конце выпуска (при появлении нижнего шлака). Ложка для отбора проб должна быть обмазана огнеупорной белой глиной и тщательно просушена. Отбирают также пробу нижнего шлака. Пробы чугуна и шлака после их отбора немедленно доставляют в лабораторию для анализа.
Во время выпусков чугуна каждый горновой, выполняя свои обязанности, должен соблюдать меры предосторожности, обеспечивающие безопасное выполнение работ. Переход через канаву не по специальным мосткам категорически запрещается. Не разрешается также находиться против чугунной летки в момент ее вскрытия и в конце выпуска.
Доменный шлак является жидким расплавом невосстановленных окислов, которые вносятся шихтой (в основном пустыми породами сырых материалов) и золой кокса.
Пустая порода руды и зола кокса состоят главным образом из кремнезема (Si02), глинозема (Аl2O3), извести (СаО) и магнезии (MgO). Эти примеси нужно в процессе выплавки чугуна отделить от металла и удалить в расплавленном состоянии из горна в виде шлака. Но они имеют весьма высокие температуры плавления: кремнезем 1713°С, глинозем 2050°С, известь 2370°С, магнезия 2850°С. Между тем в доменной печи только в горне (в зонах горения кокса) температура достигает 1800 – 1900°С, на остальных горизонтах она ниже.
Для того чтобы в доменной печи образовывался жидкий шлак, к шихте добавляют флюс. В настоящее время основной флюс в виде известняка и извести вводится в агломерационную шихту, и получают офлюсованный агломерат.
Процесс шлакообразования заключается в получении из невосстановленных окислов легкоплавких соединений, температура плавления которых значительно ниже (на сотни градусов) температуры плавления каждого входящего в состав соединения окисла в отдельности.
Шлаки, образующиеся в верхних горизонтах печи, называются первичными, а шлаки, удаляемые через чугунную и шлаковую летки, – конечными. В результате происходящих физико-химических процессов конечный шлак очень сильно отличается по составу от первичного.
Содержание закиси железа в первичных шлаках может достигать 25 – 30% и закиси марганца 5 – 10%, а суммарное содержание этих окислов в шлаках конечного состава при выплавке предельного и литейного чугунов не превышает 1 – 3%.
Перед тем, как начинает образовываться шлак, процессы восстановления получают достаточное развитие. Известняк печи полностью разлагается при температурах 1000°С, а при температуре около 900°С начинается шлакообразование и плавление. В области этих температур FeO может соединяться с SiO2 и образовывать силикаты железа. По мере опускания шихтовых материалов при температуре около 1100°С количество свободной извести уменьшается, так как она начинает соединяться с SiO2. При температурах выше 1300°С почти вся известь соединяется с кремнекислотой.
Образованию шлака предшествует спекание и размягчение плавильных материалов. Спекшиеся еще твердые массы по мере опускания в зоны более высоких температур нагреваются движущимися газами, начинают размягчаться, а затем плавиться. Размягчение материалов (спекшихся масс) происходит различно. В одном случае происходит размягчение отдельных частиц полностью, в другом происходит оплавление отдельных кусков, сопровождающееся деформацией их и потерей первоначальной прочности. Строго разграничить зоны спекания, размягчения и плавления нельзя, так как эти процессы зависят от многих условий, например от качества проплавляемых материалов, теплового состояния печи, вида выплавляемого чугуна и т. д. Если взять несколько однородных материалов, то их спекание и размягчение будет проходить на разных горизонтах (в зависимости от положения по сечению печи). Там, где газ движется более интенсивно, размягчение начнется раньше. Применение офлюсованного агломерата, в состав которого входят все компоненты, образующие первичный шлак (за исключением золы кокса), делает последний более равномерным.
Первичный шлак может быть сильно- и малоподвижным. Опускается вниз он одновременно с общей массой плавильных материалов или независимо от нее. В это время состав первичного шлака меняется до конечного. При опускании шлак сильно разогревается; в нем уменьшается содержание закиси желза в результате восстановления твердым углеродом. Шлаки по преимущественному содержанию окислов подразделяют на кислые, основные, глиноземистые, магнезиальные, марганцовистые. Такое условное подразделение шлаков зависит от условий выплавки чугуна. На Востоке вследствие содержания в пустых породах большого количества глинозема и низкого содержания серы в коксе шлаки поддерживают более кислыми с повышенным содержанием Аl2O3. На Юге чугун выплавляют при более основных шлаках, так как пустая порода железных руд является преимущественно кислой, а кокс – высокосернистым. Магнезиальные шлаки имеют место и на Юге и на Востоке. Для этого в шихту дополнительно вводят доломитизированный известняк или доломит, содержащие MgO. Шлаки, в которых находится более 3% магнезии, можно считать магнезиальными, а шлаки, в которых более 9% глинозема, обычно относят к глиноземистым.
Состав первичных, промежуточных и конечных шлаков и их количество тесно связаны с составом чугуна, движением книзу плавильных материалов, топливом, состоянием печи, что в значительной мере определяет производительность.
В отличие от газа, который транспортирует тепло вверх, шлак, плавясь и стекая, траспортирует тепло вниз. Чем выше нагревается шлак, тем больше тепла с ним поступит в горн.
Если шлак легкоплавкий, то он расплавится в верхних горизонтах печи и, стекая в горн, будет иметь низкую температуру. В том случае, когда температура плавления его более высокая, он плавится в более низких горизонтах печи и стекает в горн нагретым до более высоких температур.
Легкоплавкие шлаки обычно содержат больше закиси железа и марганца; поэтому они имеют больший удельный вес, вследствие чего быстрей стекают в горн, забирают больше тепла, необходимого для прямого восстановления закиси железа и марганца.
Не следует смешивать понятие о легкоплавкости шлака и текучести. Например, легкоплавкий шлак не всегда может быть жидкоподвижным и маловязким. Тугоплавкие шлаки при достаточном прогреве могут быть не вязкими, т. е. хорошо текучими шлаками.
Слишком вязкий шлак может ухудшить работу доменной печи. Медленно опускаясь, он будет задерживать движение шихты у стен, будет заполнять пустоты между кусками кокса, “склеивая” их между собой и препятствуя проходу газов. Чем больше вязкость шлака, тем больше нарушается работа доменной печи. Большое количество шлаков отрицательно сказывается на работе печи вследствие большего заполнения им пустот между кусками кокса, что затрудняет проход горновых газов кверху.
Таким образом, умеренное количество легкоплавких и хорошо подвижных шлаков благоприятствует равномерному сходу шихты, позволяет форсировать ход печи и получать чугуны с низким содержанием серы. Более тугоплавкие и менее подвижные шлаки препятствуют ускорению процессов, но способствуют получению хорошо нагретых чугунов.
Акад. М. А. Павлов указывает, что нормальными называются шлаки, которые обладают физическими свойствами и химическим составом, обеспечивающими получение чугуна требуемого состава при экономном расходе кокса.
Так как тепловое состояние печи тесно связано с тепловым состоянием шлаков, то принято плавкость шлаков характеризовать количеством тепла, необходимого для расплавления 1 кг шлака. На рис. 79 приведена тройная диаграмма теплот плавления системы SiO2 – Аl2O3 – СаО применительно к условиям доменной плавки. Поскольку, кроме этих компонентов, доменные шлаки содержат и другие, то этой диаграммой пользоваться нужно следующим образом. Допустим, необходимо определить по диаграмме теплоту плавления шлака состава: 35% SiO2, 7% Аl2O3, 48% СаО, 2% MgO, 0,5% FeO, 1,5% МnО, 6% CaS. Сумма всех составляющих равна 100%, а сумма SiO2, Аl2O3 и СаО – 90%. Принимаем содержание первых трех компонентов за 100%. Тогда
На диаграмме по сторонам отложены процентные содержания каждого из компонентов. Отыскиваем горизонтальную линию, соответствующую этому содержанию кремнекислоты, т. е. 39,0%. Затем находим линию, показывающую содержание глинозема 7,8%, и линию, указывающую на содержание СаО. На пересечении этих линий находим величину теплоты плавления принятого шлака. К какой кривой ближе будет расположена точка пересечения, такой и будет теплота плавления шлака. В данном случае она будет равна примерно 390 ккал (1632 кдж), так как расположена между линиями, соответствующими 380 (1589) и 400 ккал (1674 кдж).
Рис. 79. Тройная диаграмма теплот плавления
На рис. 80 приведена диаграмма вязкости шлака при температурах плавления 1400 и 1500°С.
Шлаки не имеют определенной температуры плавления. Переход от твердого состояния к жидкому происходит в определенном интервале температур. Для успешного хода доменной плавки шлак должен обладать хорошей подвижностью при температурах от 1400 до 1500° С. Вязкость шлака зависит от содержания в нем извести и кремнезема, поэтому отношение
является важной характеристикой шлака, которая называется степенью основности.
Шлаки, содержащие большое количество извести, застывают быстро и имеют камневидный излом. Если количество глинозема и кремнезема превышает количество извести, то такие шлаки застывают медленно и имеют стекловидный излом.
Шлаки, сохраняющие в большом интервале температур подвижность при изменении состава, называются устойчивыми. Магнезия при содержании ее в шлаке 4 – 8% сообщает шлаку устойчивость, хорошую текучесть и поэтому желательна. Глинозем также сообщает устойчивость шлаку, но в меньшей степени и при большем его содержании (10 – 15%).
Окислы железа придают шлаку бурый цвет, окислы марганца – зеленый. Таким образом, по цвету и излому шлака можно судить о степени его нагрева и о работе печи. Чем более прогрет шлак, тем горячее работает печь, окислы железа и марганца восстанавливаются в достаточной степени и шлак будет светлым. При холодном ходе печи восстановление железа и марганца ухудшается, шлак содержит большее количество их окислов и имеет темный цвет.
Получение малосернистого чугуна возможно только в том случае, когда будет создан соответствующий технологический режим, заключающийся в подборе шлака необходимого состава и соблюдении требуемого теплового режима. Поэтому основной мерой борьбы с серой в доменной печи является максимальное удаление ее со шлаками.
Степень перехода серы в шлак зависит от его температуры (нагрева) и химического состава. Чем лучше нагрет шлак, тем лучше поглощает он серу. Успешному переходу серы в шлак способствует также хороший контакт между чугуном и шлаком. Содержание в шлаках различной основности до 6% MgO улучшает обессеривание, причем для основных шлаков в большей мере, чем для кислых. Влияние магнезии на обессеривающую способность шлаков объясняется тем, что она разжижает шлак, что улучшает контакт стекающих капель шлака и чугуна.
Шлаки, быстро густеющие при небольшом понижении температуры, в случае общего похолодания печи быстро загромождают горн, что часто приводит к серьезному расстройству хода печи с тяжелыми последствиями, вызывающими массовое горение воздушных фурм, амбразур и шлаковых приборов. Из сказанного можно сделать вывод, что шлаковый режим во многом определяет нормальный ход доменной плавки.
Влияние на доменный процессПравить
Опустившись вниз, крупные куски гарнисажа деформируют воздушные фурмы и каждый раз приносят в горн значительное количество не полностью восстановленного железа, серы, коксовой мелочи, оксидов щелочных металлов и цинка. В итоге горн охлаждается, затрудняется выпуск продуктов плавки, в шлаке резко возрастает содержание К2O + Na2O. После этого обычно следует период работы печи с уменьшенным выходом оксидов щелочных металлов со шлаком и их накоплением в новом гарнисаже.
Срыву гарнисажа способствуют принудительные осадки шихты во время расстройств хода и остановки печи как для смены воздушных фурм, так и по другим причинам.
ВЫПУСК И УБОРКА ЧУГУНА
Литейный двор. Для выпуска жидких чугуна и шлака доменные печи, как отмечалось ранее, оборудованы чугунными и шлаковыми летками. Из леток чугун и шлак попадают в желоба, по которым они стекают в чугуновозные и шлаковозные ковши (на некоторых печах шлак по желобам поступает на установки припечной грануляции).
Для размещения чугунных и шлаковых желобов и оборудования, обслуживающего летки и фурменные приборы, вокруг доменной печи сооружают площадку — литейный двор, располагаемый на уровне чугунных леток; литейный двор заключен
в здание, охватывающее нижнюю половину доменной печи. Под литейным двором расположены железнодорожные пути, по которым под сливные носки (концы) чугунных и шлаковых желобов подают чугуновозы и шлаковозы, в ковши которых из желобов поступают продукты плавки.
Выпуск чугуна. На печах с одной чугунной леткой происходит 8—10 выпусков чугуна в сутки, на печах с двумя летками 10—14, на печах с тремя-четырьмя летками 15—20; при этом на печах с двумя-четырьмя летками они работают последовательно — после закрытия одной летки открывают следующую.
Чугунную летку открывают с помощью сверлильной бурма-шины, удаляющей из канала летки огнеупорную массу вращающимся буром диаметром 70—80 мм. Одна из конструкций сверлильной машины показана на рис. 60. Основа машины — колонна 4 крепится своим основанием 10 к площадке литейного двора. На колонне закреплены с возможностью вращения вокруг нее направляющая балка 3 и поддерживающий ее кронштейн 2. По балке 3 с помощью механизма 7 передвигается каретка 8, в которой закреплен сменный бур 11 и механизм его вращения 9.
Рис. 60. Поворотная сверлильная машина для вскрытия летки: 1 — защелка; 2 — кронштейн; 3 — направляющая балка; 4 ч- колонна; 5 — механизм изменения угла наклона балки и бура; б — цепь; 7 — механизм перемещения каретки; 8 — каретка; Р — механизм вращения бура; 10 — основание колонны; 11 — сменный бур
Закрытие летки после выпуска чугуна осуществляют густой огнеупорной леточной массой с помощью электропушки. Используют две разновидности леточных масс. Одна из них состоит из увлажненной глины и молотого кокса (40—70%), иногда с добавкой каменноугольного пека до 17 %. Другая — Псзводная леточная масса — включает огнеупорную глину, шамотный порошок, молотый кокс и каменноугольную смолу
Летку закрывают с помощью одноцилиндровой пушки с электрическим приводом (электропушки), одна из разновидностей которой показана на рис. 61. Пушка работает как шприц, ее основным рабочим органом является цилиндр 2, внутри которого перемещается поршень, выталкивающий легочную массу через носок 1. Пушка опирается на колонну 3,
Рис. 61. Электрическая пушка для забивки летки:
/ — носок; 2 — цилиндр; 3 — колонна; 4 — механизм, двигающий поршень; 5 — механизм движения тележки; 6 — механизм поворота пушки; 7 — привод; 8 — лафет; Р — защелка; 10 — люк; 11 — тележка
Рис. 62. Чугуновозный ковш:
1 — ходовая тележка; 2 — опорная цапфа; 3 — ковш; 4 — отверстие горловины; 5 — горловина; 6 — щека; 7 — цапфа
вокруг которой ее можно поворачивать с помощью механизма 6; колонна своим основанием закреплена на литейном дворе в стороне от летки.
Для закрытия летки пушку поворачивают, подводя цилиндр
2 и носок 1 к летке, и фиксируют ее положение, опуская с помощью привода 7 защелку 9, которая цепляется за скобу на кожухе печи. Далее включают механизм 5 движения тележ ки 11, которая своими роликами перемещается в направляю щих пазах лафета 8, обеспечивая прижатие носка 1 к летке. Затем с помощью механизма 4, двигающего поршень, выталки вают леточную массу из цилиндра через отверстие носка 1 в канал летки. После закрытия летки поворачивают с помощью механизма б пушку, отводя ее от летки. Леточную массу в цилиндр загружают через люк 10, объем цилиндра равен 0,25—0,5 м3. Управление пушкой дистанционное.
Уборка чугуна. Выходящий из летки чугун по желобам литейного двора стекает в ковши чугуновозов, транспортирующих его в сталеплавильные цехи или на разливочные машины доменного цеха. Применяют чугуновозы с открытым грушевидным ковшом и ковши миксерного типа (передвижные миксеры). Чугуновоз первого типа показан на рис.62. Он представляет собой железнодорожную тележку 1 с ковшом 3 грушевидной формы. Ковш устанавливают на тележку мостовым краном, поднимая за две цапфы 7; на тележку ковш опирается че-
тырьмя цапфами 2. Ковш футерован шамотным кирпичом, вместимость ковшей равна 90-140 т. Отверстие 4 горловины 5 служит для приемки выпускаемого из доменной печи чугуна и для слива чугуна из ковша, осуществляемого путем наклона ковша. Щеки 6 используют для опоры наклоняемого ковша на разливочной машине (см. ниже). Такие ковши служат для транспортировки чугуна в миксерные отделения сталепла-нильных цехов и на разливочные машины доменного цеха.
Ковш миксерного типа показан на рис. 91; чугун в таких ковшах перевозят в переливные отделения сталеплавильных цехов.
Разливочные машины. В случае необходимости отправлять потребителям чугун в твердом виде его разливают в чушки (слитки) на разливочных машинах. Для этого в доменном цехе предусматривают разливочное отделение, в котором устанавливают несколько разливочных машин. Разливочная машина (рис. 63) представляет собой две наклонные параллельно движущиеся конвейерные ленты 7, огибающие звездочки 2 и 10. Каждая лента выполнена из двух пластинчатых цепей, на которых закреплены формы — мульды; цепи опираются на ролики б; звездочка 10 соединена с приводом, обеспечивающим лнижение ленты.
Процесс разливки чугуна заключается в следующем. Поступивший на чугуновозе от доменной печи ковш 4 наклоняют с помощью кантовального устройства 5, при этом ковш своими щеками опирается на стенд 1. Сливаемый из ковша 4
Гис. 63. Разливочная машина:
/ – стенд; 2, 10 — огибающие звездочки; 3 — желоб для слива чугуна; 4 — копш; 5 — кантовальное устройство; 6 — ролики; 7 — конвейерные ленты; 8 — водопровод; 9 — ударное устройство; 11, 12 — перекидные желоба; 13, 14 — железнодорожные пути; 15 — обрызгиватель
чугун по желобу 3 с двумя сливными носками поступает в мульды двух движущихся вверх конвейерных лент 7. В процессе движения лент чугун в мульдах, поливаемый водой через брызгала водопровода 8, застывает.
При огибании конвейером звездочки 10 затвердевшие чушки чугуна подвергаются ударам устройства 9 для выбивания чушек и выпадают из мульд. Далее они попадают на перекидные желоба 11 и 12, позволяющие без остановки машины направлять чушки на железнодорожные платформы, стоящие на путях 13 либо 14.
Опорожненные мульды после звездочки 10 движутся вниз в опрокинутом положении и их обрызгивают известковым раствором с помощью обрызгивателя 15, что предотвращает приваривание чугуна к мульдам. Масса отливаемых чушек составляет либо 18—23, либо 45 кг, скорость движения ленты равна 11,3 м/мин, производительность машин равна 122— 204 т/ч.
§ 5. ВЫПУСК И УБОРКА ШЛАКА
Из доменных печей объемом 3200—5500 м3, имеющих четыре чугунные летки, практически весь шлак выпускают через чугунные летки вместе с чугуном в главные желоба, оборудованные устройством (скиммером) для разделения чугуна и шлака; после скиммера шлак отводится из главного желоба по отводному шлаковому желобу. Из доменных печей объемом 2700 м3 и менее, имеющих одну-две чугунные и две шлаковые летки, шлак выпускают как через шлаковые летки (верхний шлак), так и через чугунные (нижний шлак). По шлаковым желобам литейного двора шлак поступает либо в ковши шла-ковозов, устанавливаемых под сливными носками желобов (ковшевой способ уборки шлака), либо на установки припеч-ной грануляции (бесковшевой способ уборки). Ббльшую часть (~ 95 %) доменного шлака перерабатывают и используют в строительстве.
Ковшевая уборка шлака применяется на всех строившихся до недавнего времени доменных печах. При этом способе уборки выпускаемый из печи шлак по шлаковым желобам стекает в ковши шлаковозов, транспортирующих его на установки переработки жидкого шлака (грануляционные и другие) и в небольших количествах в шлаковые отвалы. Шлаковоз пока-
Рис.’64. Шлаковоз: 1 — тележка; 2 – лафеты; 3 — зубчатые секторы; 4 — цапфы; 5 — опорное кольцо; 6 — съемный шлаковый ковш; 7 — механизм поворота опорного кольца
зан на рис. 64. Он представляет собой несамоходную железнодорожную тележку, в опорном кольце 5 которой закреплен съемный шлаковый ковш 6. Опорное кольцо двумя цапфами 4 с зубчатыми секторами 3 опирается на два лафета 2 тележки /; винтовой или зубчатый механизм 7 обеспечивает поворот опорного кольца с ковшом вокруг оси цапф, и тем самым слив жидкого шлака из ковша. Шлаковый ковш (чашу) 6 отлипают из стали, объем ковшей составляет 11, 16 или 16,5м3. Большую часть шлака при ковшевой уборке от печей перерабатывают путем мокрой и полусухой грануляции, получая гранулы размером 1—10 мм; гранулированный шлак используют и качестве сырья для производства бетонов, цемента и др. Более перспективной считают полусухую грануляцию, так как она позволяет получать гранулированный шлак со значительно меньшей влажностью и с меньшим расходом воды на грануляцию.
Полусухую грануляцию осуществляют на гидрожелобных и барабанных установках. На гидрожелобной установке жидкий шлак из ковша шлаковоза сливают в стальной желоб, в который подают струями воду под давлением 0,4—0,7 МПа, раздробляющую поток шлака на капли (гранулы), которые застывают ‘ и отбрасываются на склад на расстояние до 40 м. На
барабанных установках жидкий шлак и поток воды подают на лопасти вращающегося барабана, раздробляющего шлак на мелкие капли.
Мокрую грануляцию осуществляют на бассейновых и желоб-ных установках. Бассейновая установка представляет собой заполненный водой бассейн глубиной 2—6 м и вместимостью до 5500 м3. Жидкий шлак сливают в бассейн, наклоняя ковш шлаковоза; в воде жидкий шлак в результате ее бурного испарения раздробляется на гранулы и застывает. На желобных установках жидкий шлак сливают в желоб, в который подают воду под давлением 0,15—0,5 МПа, что вызывает образование шлаковых гранул.
Часть жидкого шлака используют для получения литого щебня. При этом шлак сливают в бетонированную траншею и затем поливают его водой. Застывший шлак разрабатывают экскаватором и после дробления используют либо в качестве балласта при строительстве автомобильных и железных дорог, либо заполнителя для бетонов. Шлаковую пемзу получают, сливая шлак в траншею при орошении водяными струями, что вызывает вспучивание затвердевающего шлака и получение пористого продукта, используемого в качестве наполнителя легких бетонов.
Немного доменного шлака используют для получения шлаковой ваты. Из переплавляемого в вагранках или специальных печах шлака с помощью центробежного дутьевого устройства или многовалковой центрифуги формируют тонкие волокна (вату), применяемую для тепло- и звукоизоляции в строительстве.
Немного шлака отправляют в шлаковый отвал, сливая с насыпи, на которой проложен железнодорожный путь для шла-ковозов. Впоследствии шлак из отвалов перерабатывают, используя при строительстве шоссейных дорог. Из отвального шлака извлекают также чугунный скрап.
Новые и реконструированные доменные цехи не должны иметь шлаковых отвалов; это обеспечивает значительную экономию земельной площади, уменьшает загрязнение окружающей среды и позволяет получать из жидкого шлака более ценные продукты – гранулированный шлак и др.
Припечная грануляция. Вновь сооружаемые доменные печи оснащают установками припечной грануляции, что позволяет на 15—30 % снизить капитальные затраты и эксплуатационные
расходы, прежде всего за счет сокращения большого парка шлаковозов; уменьшить численность обслуживающего персонала; более полно использовать шлак, так как при перевозке и ковшах 15-30% шлака теряется в виде корок и настылей на ковшах; уменьшить загрязнение атмосферы в связи с размещением установок в закрытом кожухе и улавливанием в нем выделяющихся при грануляции вредных сернистых газов.
Доменную печь оборудуют двумя такими установками, располагаемыми симметрично с двух противоположных сторон печи, причем каждая установка имеет две автономные рабочие линии; к одной из них шлак от печи поступает по ответвлению 6а шлакового желоба, а к другой – по отверстию 66 (рис. 65).
Рис. 65. Установка придоменной грануляции шлака:
/ – бункер; 2 – насос; 3 – бункер; 4 – решетка; 5 – гранулятор; 6, а и б -шлаковые желоба; 7- скруббер; 8- форсунки; 9- труба выбросов газов в атмосферу; 10 – сепаратор; 11 – эрлифт (труба); 12 – обезвоживатель; 13 -секции обезвоживателя; 14 – привод; 15 – водосборник; 16 – конвейер; П -бункер; 18 — колодец
Под желобом 6 а расположен гранулятор 5, подающий струи воды под давлением, которые раздробляют стекающий с желоба шлак на гранулы. Смесь воды, пара и гранул поступает в бункер 7; решетка 4 предотвращает попадание в бункер крупных предметов. Пар и газы поступают в скруббер 7 и выбрасываются через трубу 9 в атмосферу. В скруббер через форсунки 8 подают известкованную воду, которая поглощает из пара и газов сернистые соединения. Вода, поступающая через решетку 4 в бункер 3, вновь подается в гранулятор насосом 2.
Шлаководяная пульпа (гранулы шлака с водой) из бункера 1 поступает в колодец 18, откуда ее поднимают вверх с помощью эрлифта — трубы 11, в которой подъем осуществляется за счет подаваемого в нижнюю часть трубы сжатого воздуха; для взмучивания пульпы под трубу 11 подают воду. Поднимаемая эрлифтом пульпа попадает в сепаратор 10, где происходит отделение отработанного воздуха, а затем самотеком по наклонному трубопроводу сливается в обезвожива-тель 12 карусельного типа, который с помощью привода 14 вращают по направлению стрелки А. Обезвоживатель разделен на шестнадцать отдельных секций 13, имеющих решетчатое откидывающееся дно. Пульпа последовательно поступает в каждую из секций, и за время вращения обезвоживателя вода пульпы стекает через решетчатое дно секций 13 в водосборник 15, откуда поступает в бункер 1. Днища секций 13 открываются над бункером 17 и гранулы высыпаются в него, где дополнительно осушиваются подаваемым снизу воздухом. Из бункера 17 гранулы попадают на конвейер 16 и далее на склад.
Каждая из четырех линий установки рассчитана на прием всего выпускаемого из доменной печи шлака; на больших печах интенсивность выхода шлака достигает 5—10 т/мин. Значительная часть установки (низ бункера 1, камеры 13 и колодца 18) расположена под землей.
На выходящую в горн часть фурмы (рис. 4) сверху стекают продукты плавки — жидкие чугун и шлак; поэтому для большей стойкости фурмы изготовляют из красной меди, обладающей высокой теплопроводностью, и медленно охлаждают их водой.
Рис. 4. Фурменный прибор: 1 — кольцевой воздухопровод горячего дутья; 2 — фурменный патрубок; 3 — фурменное колено; 4 — сопло; 5 — стяжной болт; 6 — охлаждаемая полость фурмы; 7 — канал фурмы; 8 — фурма; 9 — холодильник; 10 — амбразура; 11— водопроводные трубки
Взрывы в фурмах, происходящие сравнительно редко, очень опасны.
При таких взрывах открывается горн и через фурменное отверстие выбрасываются на рабочую площадку вокруг горна раскаленные кокс и газы. Последние в атмосфере воспламеняются и горят длинными языками пламени.
Взрывы в фурмах происходят по разным причинам; главнейшие из них — повышение давления пара, образовавшегося внутри полости 6 фурмы, и образование взрывоопасных газо-воздушных смесей в канале 7 фурмы.
Взрывы, вызываемые повышенным давлением пара, происходят вследствие внезапного прекращения поступления воды и полость фурмы. Такие условия наступают, если почему-либо водопроводные трубки 11 фурмы — подводящая или отводящая или обе одновременно — забиваются и не пропускают воду. Тогда вся оставшаяся в полости фурмы вода испаряется, и давление пара, не имеющего выхода, достигает величины, превосходящей прочность фурмы, и она разрывается. При таких взрываx отбрасывается часть фурменного прибора, состоящая из фурменного колена 3, сопла 4 и самой фурмы 8, и травмируются люди, находящиеся вблизи.
Образование взрывоопасных газо-воздушных смесей происходит в канале фурм при остановках доменных печей или при осадках шихтовых материалов, когда давление газов и дутья выравнивается; иногда давление газов в горне становится даже выше, чем давление горячего дутья в фурменных приборах. В такие периоды газы из горна проникают в фурменные рукава и здесь встречаются с воздухом дутья, который так же, как и газы, нагрет до высокой температуры; встреча их приводит к воспламенению и горению, которое иногда происходит со взрывом.
Особенно опасна встреча газов с воздухом дутья в присутствии воды (вследствие течи фурм). Температура газов и дутья в фурменном приборе может оказаться ниже температуры их воспламенения вследствие потери тепла на испарение воды. В результате образуются взрывоопасные газо-воздушные смеси, которые и взрываются.
Взрывы в шлаковых ковшах при сливах шлака
Взрывы в шлаковых ковшах происходят сравнительно редко. Они возникают вследствие скопления воды на дне чаши и присылки ее слоем мусора, забрасываемого из литейного двора. Вода на дне чаши может оказаться также под слоем остывшего, неслитого остатка шлака.
Вода в ковши проникает вследствие выпадения атмосферных осадков (снега, дождя) или плохой работы устройства для опрыскивания известковым раствором внутренней полости чаши, когда на дне ее скопилась вода, (“лив шлака в такую чашу приводит к контакту его с мусором или коркой шлака, которые вследствие низкой их теплопроводности нагреваются медленно; в результате, пока высокая температура достигнет воды и произойдет ее испарение, ковш заполнится значительным количеством жидкого шлака. Так как шлак плотно закрывает выход образующемуся под ним водяному пару, давление его под слоем шлака повышается и достигает значения, при котором он поднимает лежащий над ним жидкий шлак и выбрасывает его из чаши.
Па одном металлургическом заводе во время слива верхнего шлака при выпуске чугуна из доменной печи объемом 930 м3, взрыв произошел в шлаковозном ковше, когда чаша его объемом 11 м3 была наполнена шлаком на 2/3. Все содержимое чаши было выброшено взрывом и в виде раскаленных хлопьев разбросано на окружающей площади.
Как показало расследование этого случая, ковш до поставки его под выпуск несколько дней стоял на ремонте, который производился на открытой площадке. Мод выпуск ковш был поставлен утром, накануне в течение дня шел дождь и мокрый снег, ночью был мороз и вода на дне шлаковой чаши замерзла. Перед сливом шлака в ковш было заброшено несколько лопат мусора из литейного двора, и таким образом лед был посыпан мусором.
Когда начали сливать шлак в чашу, то вследствие низкой теплопроводности мусора таяние льда, нагрев воды и ее испарение происходило медленно и лишь после заполнения чаши на 2/3 ее объема давление пара под шлаком оказалось настолько большим, что он поднял шлак и выбросил его из ковша.
Взрывов в ковшах при сливах в них шлака можно избежать лишь при точном выполнении правил безопасности в доменном производстве.
Основные правила, которые необходимо строго соблюдать при сливах шлака, заключаются в следующем:
1. Чаши под слив шлака должны подаваться сухими. Нельзя допускать заброску мусора в чаши, поставленные под слив шлака.
2. Перед открытием летки мастер должен убедиться в наличии шлаковозных ковшей под носками для слива шлака и осмотреть чаши.
3. Нельзя допускать постановку ковшей под слив шлака с остывшим шлаком на дне чаши.
Состав и особенностиПравить
Основой гарнисажа в доменной печи служат перемещающиеся вдоль стенки шихтовые материалы. В составе гарнисажа в нижней части шахты доменной печи на отдельных участках в трещинах шириной 30—50 мм обнаруживаются крупные кристаллы цинкита или минералов с высоким содержанием оксидов щелочных металлов. В местах примыкания гарнисажа к огнеупорной кладке присутствуют частицы шамотного кирпича, оторванные от его основной массы. Значительная часть отложений сажистого углерода располагалась между поверхностями холодильников и гарнисажа.
Взрывы в шлаковых фурмочках
В арматуре шлаковой летки (рис. 5) фурмочка является отверстием для выпуска шлака из горна доменной печи.
Рис. 5. Арматура шлаковой летки: 1 — фурмочка; 2 — медный холодильник; 3 — чугунный холодильник; 4 — амбразура; 5 — водопроводные трубки; 6 — фланец шлаковой летки
Отливаются фурмочки из бронзы и обрабатываются на токарных станках. Через отверстие шлаковой фурмочки 1 выпускается только шлак. Если по каким-либо причинам вместе со шлаком из летки начинает выходить чугун, то немедленно произойдет прогар тела фурмочки и охлаждающая вода начнет поступать в шлаковый канал. Обычно это заканчивается соприкосновением воды с чугуном и взрывом с выбросом фурмочки.
Взрывы и выбросы шлаковых фурмочек происходят очень часто; они вызываются двумя причинами: 1) прогаром фурмочки и встречей воды с жидким чугуном и 2) порчей подводящей или отводящей воду трубок, нагреванием оставшейся в полости фурмочки воды. Выброс фурмочки может произойти также вследствие проникновения и испарения воды в шлаковом канале фурмочки. Вследствие появления воды в канале шлак в нем охлаждается, затвердевает и закрывает отверстие для прохода пара в горн. В результате пар не имеет выхода, давление его в канале повышается и достигает такого значения, при котором он преодолевает прочность крепления фурмочки и выбрасывает ее из гнезда со взрывом.
Использование в металлургииПравить
Так как шлак представляет собой многокомпонентную систему, трудно установить строгое количественное изменение свойств шлака при одновременном изменении содержания в нем нескольких составляющих.
Но как видно из таблицы, шлак в основном состоит из окислов SiO2, Al2O3, CaO. Поэтому о свойствах доменных шлаков судят по содержанию этих 3-х оксидов и для установки таких зависимостей многокомпонентный шлак принимают состоящим из этих 3-х оксидов. Для 3-х компонентных систем созданы тройные диаграммы, характеризующие зависимость некоторых свойств системы от ее состава.
Основными физико-химическими свойствами доменного шлака являются:
1. Температура расплавления шлака
3. Сульфидная емкость
Температура расплавления шлака.Шлак является многокомпонентной системой, плавление которой осуществляется в интервале температур. За температуру расплавления шлака принимают температуру, при которой шлак начинает вытекать из слоя кокса.
Температура расплавления шлака определяет температурный интервал плавления шихтовых материалов, величину зоны вязко-пластичного состояния.
При значительной протяженности зоны размягченных рудных материалов по высоте печи и высокой вязкости шлаков (размягченного рудного материала) могут образоваться крупные блоки малоподвижного конгломерата из размягченных масс рудного материала, кусков кокса и флюса, которые замедляют или даже на какое-то время прекращают опускание шихты. При таком состоянии столба плавильных материалов восходящий поток газов встречает на своем пути сильное газодинамическое сопротивление. Эта зона становится малопроницаемой для газового потока. Значительное развитие этих явлений обычно приводит к подвисанию шихты в печи, образованию канального движения газового потока, а также к нарушению нормального теплового состояния печи.
Верхняя граница зоны вязко-пластичного состояния определяется температурой размягчения железорудных материалов и зависит от их химического состава.
Нижней границей зоны можно управлять, влияя на температуру расплавления шлака, меня его химический состав посредством добавления флюсующих добавок.
Температура расплавления шлака будет, в основном, определятся соотношением трех оксидов: кремния, кальция и алюминия. Для ее определения используют соответствующие диаграммы.
Шлаки, температура расплавления которых при изменении состава меняется постепенно, называют устойчивыми, а в отличие от неустойчивых шлаков, резко изменяющих свои свойства с незначительным изменением состава.
Вязкость шлака. Вязкость и текучесть – величина, обратной вязкости, характеризуют подвижность шлака при данной температуре.
Вязкость шлака определяет газодинамику доменной печи (т.е. характер движения газов). Вязкие шлаки ухудшают газодинамику в печи. Для снижения вязкости требуются более высокие температуры, а это в свою очередь требует повышенного расхода кокса. От жидкоподвижности шлака зависит характер движения шлаков при выпуске продуктов плавки.
Вязкость (динамическая) обусловлена внутренним трением, возникающим между отдельными слоями жидкости, перемещающимися с разными скоростями. Если сила в 1 н изменяет разность скоростей двух слоев жидкости поверхностью 1 м2 на 1 м/сек, то вязкость жидкости равна 1 н×сек/м2 или 10 пуазам (реальные доменные шлаки имеют вязкость 5-7 пуазам (0,5 н×сек/м2)).
Вязкость шлаков определяют по диаграммам состояния. Пример такой диаграммы дан на рис.
Вязкость шлака зависит от его состава и определяется температурой (рис.2.3‑1). Известно, что для гомогенных жидкостей зависимость вязкости от температуры описывается уравнением Ньютона:
– энергия активации вязкого течения, кДж/моль; Т – температура шлака, К; А – постоянная (зависит от состава шлака); R – газовая постоянная, кДж/мольК.
При практическом применении уравнения Ньютона зависимость вязкости от температуры может быть аппроксимирована уравнением следующего вида (формула Ле Шателье):
где t – температура шлака, oC ; А, B – коэффициенты, зависящие от состава шлака.
Характер зависимости вязкости шлака от температуры – политермы вязкости, определяется составом шлака. Кривая 1 соответствует более кислому шлаку. Шлаки первого типа, изменяющие вязкость в широком интервале температур, называют длинными шлакам, а второго типа, резко изменяющие вязкость при незначительном изменении температур – короткими. Длинные шлаки – являются устойчивыми по вязкости, а короткие – неустойчивыми.
Шлак является многокомпонентной гетерогенной системой. В реальном шлаке могут находиться твердые частицы (карбидные и карбонитридные образования, шпинели, коксовая мелочь, крошки огнеупоров и т.п.), которые также будут сгущать шлак, делать его малоподвижным. Поэтому, понятие «вязкость шлака» имеет условное значение, а уравнение зависимости вязкости от температуры может быть использовано только в первом приближении. Но, как правило, для решения практических задач ведения доменной плавки этого достаточно. Наличие других оксидов также влияет на вязкость шлака: FeO – снижает; MgO – до определенных значений снижает, а затем повышает; TiO2 – снижает, но образование тугоплавкого, не растворимого TiC приводит к возрастанию вязкости шлака.
Сульфидная емкость.Серопоглотительная (сероулавливающая) способность шлака зависит его основности, температуры в горне печи и характеризуется коэффициентом распределения серы между шлаком и чугуном (
от состава шлака и температуры в горне печи, косвенно характеризуемой содержанием кремния в чугуне, приведена на рис.
Основность шлака является важной характеристикой шлака. Она должна обеспечить достаточную обессеривающую способность, жидкоподвижность шлака и нормальное тепловое состояние горна. Наилучшие свойства доменных шлаков достигаются при основности шлака (CaO/SiO2) 1,0-1,05, содержании Al2O3 от 8 до 12 % и содержании MgO от 8 до 12 %.
- Лякишев, 2000, с. 95.
- Лякишев, 2000, с. 349.
- Бабарыкин, 2009, с. 106—107.
- Бабарыкин, 2009, с. 111.
- Кудрин, 1989, с. 472.
- Бабарыкин, 2009, с. 110.
ЛитератураПравить
- Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО “МГТУ”, 2009. — 257 с.
- Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., и др. Металлургия чугуна : Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина. — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — — ISBN 5-94628-120-8.
- Кудрин В. А. Металлургия стали: Учебник для вузов — 2-е изд., перераб. и доп. — : Металлургия, 1989. — 560 с. — 7450 экз. — ISBN 5-229-00234-4
- . Энциклопедический словарь по металлургии : Справочное издание : в 2 т. / гл. ред. Н. П. Лякишев. — М. : «Интермет Инжиниринг», 2000. — Т. 1: . — 412 с. — — ISBN 5-89594-037-4.