Комбинированное дутье доменных печей

Оценивая преимущества и недостатки использования обога­щенного кислородом дутья и углеводородов, нетрудно убедиться в своеобразном их сочетании. Эффект воздействия на показатели до­менной плавки добавок к дутью углеводородов (I) и кислорода (II) следующий:

	I	II
Количество газов в печи (на единицу углерода, сгорающего у фурм)	+	-
Интенсивность плавки	-	+
Температура горна	-	+
Температура колошника	+	-
Степень непрямого восстановления	+	?
Производительность печи	?	+
Расход кокса	-	?

Итак, углеводороды и кислород воздействуют на различные пока­затели плавки (производительность и расход кокса), взаимно компен­сируя отрицательные последствия использования комбинированного дутья (нарушение газодинамических условий плавки, сдвиг изотерм в печи, изменение температуры горна и т. д.). Практика и расчеты пока­зали, что можно подобрать такое соотношение добавок к дутью, при котором количество газа в печи (на единицу углерода, сгорающего у фурм), а следовательно, и газодинамические условия плавки менять­ся не будут. При этом существенно не должен меняться и тепловой ре­жим горна. Рост количества вдуваемых в доменную печь кислорода и углево­дородов является мощным средством интенсификации доменной плавки. При 35% О₂ в дутье увеличение производительности агрега­тов составило 1,8—2,0% на каждый дополнительный 1% (более 21%) кислорода в дутье. Следует иметь в виду, что этот прирост с дальней­шим увеличением содержания кислорода в дутье снижается. Поэтому оптимальный состав комбинированного дутья определяется эконо­мическим расчетом путем сопоставления затрат на производство и доставку кислорода и природного газа к печи и эффективности, дос­тигаемой в процессе их использования. Исходя из этого следует учи­тывать, что оптимальный состав комбинированного дутья для различ­ных условий плавки неодинаков.

Вдувание горячих восстановительных газов

При работе домен­ной печи на сухом атмосферном дутье образующийся при горении уг­лерода кокса горновой газ содержит примерно 35% СО и 65% N₂. Гор­новой газ является основным источником тепла, необходимого для развития всех процессов, обеспечивающих получение чугуна задан­ного состава. Энтальпия горнового газа на нормально работающих доменных печах соответствует теоретической температуре горения кокса 2000-2200 °С.

Если бы развитие техники позволило вне доменной печи получить газ, состоящий из 35% СО и 65% N₂, нагреть его до 2000-2200 °С и по­дать в фурменную зону печи, то, отвлекаясь от газодинамики плавки, потребность доменной печи в коксе в этом идеальном случае ограни­чилась бы расходом его на реакции прямого восстановления и наугле­роживание чугуна. Поэтому большой интерес представляет идея вду­вания восстановительного газа, нагретого до максимально возможной температуры, в горн доменной печи. При этом вдуваемый газ может содержать больше восстановительных компонентов, чем горновой газ, что обеспечит более эффективное протекание непрямого восста­новления.

Однако в настоящее время нагрев искусственно полученного газа до теоретической температуры горения углерода кокса у фурм и дос­тавка его к доменной печи вряд ли реальны. В то же время повышение содержания восстановителей в горновом газе почти до 100% является возможным. Увеличение содержания восстановителей в фурменном га­зе позволит снизить удельный расход кокса главным образом в резуль­тате увеличения степени непрямого восстановления оксидов железа.

По сравнению с вдуванием сырого природного газа, мазута или других углеводородов использование горячих восстановительных га­зов имеет преимущество в том, что не затрачивается тепло на диссо­циацию углеводородов, а приход тепла определяется нагревом восста­новительных газов.

Для получения восстановительного газа пригодны практически любые виды твердого, жидкого и газообразного топлива. Выбор спо­соба производства восстановительного газа определяется экономиче­скими факторами и требованиями к химическому составу, главными из которых являются максимальная доля восстановителей СО, Н₂ и минимальная СО₂, Н₂О, СН₄ и сажистого углерода. Для оценки вос­становительной способности газа используют выражение степени его окисленности:

Восстановительный газ получают либо конверсией газообразных или жидких углеводородов, либо газификацией твердого топлива. Ос­новным видом газообразного топлива для производства восстанови­тельного газа является природный газ.

- В процессе конверсии происходит неполное окисление метана с образованием водорода и монооксида углерода, окислители – техн. Кислород, воздух, пар, углекислый газ.

- газификация твердого топлива может идти с участием в качестве окислителей технологич. Кислорода, вод. Пара или углекислого газа. Использование воздуха недопустимо из-за высокого содержания азота.

Профиль доменной печи

Профиль доменной печи, ограничивающий ее рабочее про­странство, так называемый «полезный объем», является важнейшей частью конструкции печей. В зависимости от его очертаний доменная печь может быть склонна к периферийному или осевому ходу, к неустойчивости заданного режима. Поэто­му исключительно важно создание так называемого «рационального» профиля, обеспечивающего стабильный ровный ход и максимальное использование восстановительной способности газа. Чем правильнее расчет профиля, тем лучше использование химической и физической энергии газов, ровнее ход печи, равномернее разгар футеровки и больше стабильность соотношений основных размеров рабочего и проектного профилей. При неравномерном разгаре футеровки, т.е. при искажении профиля, производительность печи снижается, а расход кокса увеличивается.

Профиль доменной печи (рис.) подразделяют на составные ча­сти. Горн (нижняя цилиндрическая часть печи) в свою очередь делится на верхний и нижний, или соответственно на фурменную зону и металлоприемник. Между наиболее широкой цилиндрической частью профиля — распаром и горном находятся заплечики, представляющие собой усе­ченный конус, обращенный широким основанием к распару.

Выше распара находятся шахта, имеющая форму усеченного ко­нуса, и цилиндрический колошник.

Основные размеры профиля: полезная и полная высота печи, вы­сота отдельных его частей (горна, заплечиков, распара, шахты, ко-юшника) и их диаметры. Основные размеры указанных частей про­филя определяют рабочее пространство печи, т. е. так называемый ее полезный объем (V0), равный объему печи от оси чугунной летки до кромки большого конуса или засыпного устройства аппарата в край­нем опущенном положении. Полной высотой в отличие от полезной называют расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки основного опорного кольца ко­лошника, на которое опирается засыпной аппарат. Разность полной и полезной высот определяется его высотой.

 

Футеровка доменной печи.

Кладка ДП выполняется обычно комбинацией двух размеров огнеупорного кирпича – нормального (230 мм) и полуторного (345 мм) с перевязкой швов в радиальном и вертикальном направлениях. Применяются также большемерные огнеупоры, в том числе углеродистые, в зависимости от принятой конструкции кладки. Лещадь печи сооружается из кирпича лучших марок: лещадного, высокоглиноземистого, углеродистого.

Конструктивными элементами кладки являются: лещадь, грн (в том числе металлоприемник и фурменная зона), заплечики, распар, шахта, колошник, купол печи, который иногда вместо огнеупорного кирпича предохраняется плитами с охлаждением или торкретированием огнеупорным бетоном.

По вспомогательным объектам различают футеровку: восходящих газопроводов и свечей; нисходящих газопроводов; пылеуловителей; тракта горячего дутья и фурменных рукавов.

Для различных проемов – фурменных отверстий, чугунных и шлаковых леток, а также деталей воздухопроводящих магистралей – применяют специальный арочный кирпич.

Толщина футеровки определяется проектом печи в зависимости от материалов и условий работы с учетом специальных стандартов и конструкций. При этом имеется в виду, что тепловое и химическое воздействие на кладку возрастает от верха печи к низу, а механические нагрузки, наоборот, преобладают главным образом в верхних 2/3 высоты шахты и имеют свой максимум в цилиндрической части колошника, где кладка испытывает наибольшее ударное воздействие от падающих с засыпного аппарата шихтовых материалов.

 

Охлаждение доменной печи.

Охлаждение ДП преследует цель максимального сохранения футеровки и создания такой защиты кожуха от воздействия высоких температур, при которой печь могла бы работать даже при больших местных повреждениях кладки.

Охлаждение по видам теплоносителя делится на два основных способа: холодной технической водой и кипящей (диаэрированной) водой с использованием в качестве охлаждающего фактора скрытой теплоты парообразования. Второй способ известен под названием испарительного охлаждения. Оба способа охлаждения разделяются на горизонтальное и вертикальное. В первом случае холодильники шахты, распара, заплечиков и фурменной зоны устанавливаются в массиве кладки горизонтально, а во втором – вертикально по охлаждаемой поверхности, прикрепляясь к внутренней стороне кожуха печи специальными болтами. Охлаждение металлоприемника и боковой поверхности лещади при всех условиях осуществляется только вертикальными холодильниками.

Преимущества горизонтальной системы сводятся к большей поверхности охлаждения, достигающей 3 м²/м³ кладки, возможности смены холодильников в межремонтные периоды, лучшей сохранности проектного профиля и соотношений его размеров.

Недостатком горизонтальной системы охлаждения является плохая герметичность кожуха, ослабление его вырезами для холодильников, относительная легкость их прогара при обнажении по мере износа кладки или оползания гарниссажа.

При вертикальной системе охлаждения печи имеет лучшую, по сравнению с предыдущей строительную прочность, более герметичен, не ослаблен вырезами, но имеет меньшую площадь охлаждения (2 м²/м³ кладки). В зависимости от принятого способа охлаждения теплоносителем служит вода или пароводяная смесь. Схемы охлаждения технической водой бывают прямоточными и оборотными. В оборотных схемах от­работанная вода проходит через охладительные установки и используется повторно. Естественные потери при этом компенсируются добавкой свежей воды.

 

Фурменный прибор.

Фурменное устройство состоит из: полой медной литой или штампованной из листовой меди воздушной фурмы с толщиной стеноо до 8 и 5 – 6 мм в торцевой части; полой медного (иногда бронзового) литого фурменного холодильника, называемого также воздушной амбразурой, и чугунной амбразуры с залитой в нее спиральной охлаждающей трубкой – фурменного холодильника, который крепится к кожуху горна болтами.

Кроме того, к фурменному прибору относятся: сопло, передающее дутье из подвижного фурменного колена в фурму; подвижное колено с патрубком и гляделкой в нем для наблюдения за работой фурмы и приливами для соединения с неподвижным коленом; неподвижное колено (фурменный рукав), соединяющееся через штуцер фурменного прибора с кольцевой трубкой горячего дутья (колено имеет хомут с серьгами и закрепляющими их клиньями) и, наконец, натяжной болт с пружиной. Все эти детали последовательно вставляют одну в другую в имею­щиеся внутри них конические заточки, обеспечивающие герметич­ность, и устанавливают строго на свои места - фурменный холодиль­ник в кладку печи, воздушную амбразуру (заподлицо с ней) и фурму с выступом - в рабочее пространство печи на 250-350 мм.

Охлаждение осуществляют водой, подводимой непо­средственно к торцевой части фурмы и амбразуры трубками.

Кроме того, к фурменному прибору относятся: сопло, передающее дутье из подвижного фурменного колена в фурму; подвижное колено с патрубком и гляделкой для наблюдения за работой фурмы и прили­вами для соединения с неподвижным коленом; неподвижное кольцо; фурменный рукав, соединяющийся через штуцер фурменного прибо­ра с кольцевым воздухопроводом (колено имеет хомут с серьгами и за­крепляющими их клиньями), и натяжной болт с пружиной.

При повышенном давлении газа на колошнике и обогащении ду­тья кислородом, при высоком его нагреве неплотности сочленения фурменного устройства категорически недопустимы, так как ведут к горению деталей и могут послужить причиной аварий.