Отчет по практике ОАО ММК

 

Двухванные  печи

 

При интенсивной  продувке мартеновской ванны выделяется значительное количество СО, который трудно полностью дожечь в самом рабочем пространстве. Часть несгоревшего СО и большое количество пыли выносятся дымовыми газами из рабочего пространства печи. Лучшее использование СО и частичное улавливание пыли в самом рабочем пространстве достигается в двухванной сталеплавильной печи (рис. 9). Рабочее пространство такой печи разделено перевалом на две ванны. Обе ванны имеют

общий свод, так  что продукты сгорания, образующиеся в одной ванне, проходят во вторую.

Печь работает следующим образом: в одной ванне (горячей) происходят плавление и доводка с интенсивной продувкой металла кислородом, а во второй ванне (холодной) в это время идут завалка и прогрев твердой шихты. Газы из горячей части печи направляются в холодную и состоят до 35 % из СО. В холодной части печи СО догорает до СО₂ и за счет выделяющегося тепла происходит нагрев твердой шихты. Недостающее для процесса нагре-   

ва тепло получается в результате сгорания природного газа, подаваемого через горелки, установленные в своде печи. Сгорание природного газа и догорание СО совершается за счет дополнительного кислорода.

Когда готовую  сталь из первой ванны выпускают, во вторую ванну заливают жидкий чугун. После заливки чугуна тут же начинают продувку ванны кислородом. Заканчивается продувка за 5 – 7 мин до выпуска. В то же время с помощью перекидных шиберов изменяется направление движения газов. Теперь бывшая холодная ванна становится горячей. Первую ванну заправляют и производят завалку шихты, и цикл повторяется.

Двухванная печь должна работать таким образом, чтобы было равенство холодного и горячего периодов, протекающих одновременно в разных ваннах. В холодный период входят выпуск, заправка, завалка, прогрев, заливка чугуна; в горячий – плавление и доводка. Например, для печи с вместимостью каждой ванны 250 т общая продолжительность плавки составляет 4 ч, каждый период длится по 2 ч. Металл выпускается также через каждые 2 ч. Раскисление стали производят в ковше.

Металл продувают  кислородом в каждой ванне через  две-три кислородные фурмы с интенсивностью 20 – 25 м³/ч на 1 т металла. Каждая часть печи оборудована сводовыми кислородными фурмами и газокислородными горелками. Горелки необходимы для сушки и разогрева печи после ремонтов, а также для подачи дополнительного топлива.

Современные двухванные печи работают на техническом  кислороде без вентиляторного воздуха, поэтому регенераторы отсутствуют. Холодная ванна печи частично выполняет роль регенераторов, аккумулируя тепло газов, покидающих горячую часть печи с температурой ~1700°С, и частично роль шлаковиков, улавливая плавильную пыль. Тем не менее количество пыли в продуктах сгорания, покидающих печь, достигает 20 – 40 г/м³. Пыль состоит на 85 – 90 % из оксидов железа.

Дымовые газы, покидающие рабочее пространство печи с температурой около 1500°С, поступают по вертикальному каналу в шлаковик, в котором охлаждаются водой до температуры 900 – 1000 °С, а затем направляются в боров. В борове за счет подсоса холодного воздуха происходит дальнейшее понижение их температуры до 700 °С.

Преимущества  двухванных печей перед мартеновскими  следующие:

малый удельный расход огнеупоров (4 – 5 кг в сравнении с 12 – 15 кг на мартеновских печах);

меньший объем  ремонтов;

значительное  облегчение условий труда ремонтных рабочих;

в 3 – 5 раз меньший расход топлива;

более высокая стойкость, достигающая 800 – 1000 плавок.

Производительность двухванных печей в 3 – 4 раза выше, чем мартеновских; их устанавливают на месте существующих мартеновских печей без реконструкции здания и изменения грузопотоков в цехе. В двухванных печах выплавляют стали широкого сортамента, в том числе низколегированные, не уступающие по качеству сталям, выплавляемым в мартеновских печах.

К недостаткам  существующих конструкций двухванных печей следует отнести меньший выход годной стали, повышенный расход жидкого чугуна и выбивание большого количества технологических газов в цех.

Выбивание газов  из рабочего пространства происходит через завалочные окна при поднятых заслонках и по периметру закрытых заслонок, а также через стационарные желоба для заливки чугуна. Как показала практика, оптимальное с точки зрения тепловой работы давление под сводом печи составляет 30 – 40 Па. При этом нулевая линия давления располагается на уровне порога печи или несколько выше его. При этих условиях, как показывают расчеты, через одно открытое окно выбирается 6 – 8 тыс. м⁸ газа в час. В отдельные периоды плавки расчетное количество выбивающихся газов превышает 20 % всего количества газов, поступающих в дымоотводящий тракт.

На некоторых  печах вследствие недостаточной  пропускной способности дымоотводящего тракта давление под сводом при интенсивной продувке повышается до 50 – 60 Па, что приводит к еще большему увеличению количества газов, поступающих в цех. Выбивание газов ухудшает условия труда, затрудняет обслуживание печи, загрязняет воздушный бассейн. Часть пыли не удаляется через фонарь здания, а циркулирует над рабочей площадкой печного пролета и попадает в разливочный пролет. Выбивание приводит также к ухудшению тепловой работы печи, так как часть оксида углерода и физического тепла дыма не используется для нагрева лома.

Радикальный способ устранения выбивания из печи – снижение давления под сводом с 30 – 40 до 20 Па. В этом случае нулевое давление будет иметь место выше проема завалочного окна, и окно будет находиться в зоне разрежения. Выбивание дыма при этом полностью исключается. Вместе с тем, в печь подсасывается большое количество холодного воздуха. Источниками этого воздуха являются подсосы через вертикальный канал, на который действует тяга, создаваемая дымовой трубой. Кроме того, отрицательно сказываются эжектирующее действие воздушных завес, установленных на амбразурах для продувочных фурм и в задней стенке для термопары, а также подсосы через завалочные окна печи. Вследствие большого количества подсасываемого воздуха в продувочной камере дожигается с большим избытком воздуха практически весь выделяющийся из ванны оксид углерода.

Расчеты показывают, что подсос воздуха создает такую  ситуацию, когда тепла от сжигания СО недостаточно даже для нагрева дымовых газов до температуры, при которой они удаляются из продувочной камеры и, следовательно, возникает дефицит тепла на компенсацию потерь через кладку и охлаждаемые элементы печи, а также на догреб дымовых газов,  который покрывается за счет тепла, выделяющегося внутри жидкого металла.

Для 280-т двухванной печи, начиная с расхода подсосанного воздуха в количестве 20 000 м³/ч, потребное для компенсации дефицита количество тепла возрастает с увеличением количества подсасываемого воздуха. При этом все меньшая часть тепла дожигания СО используется полезно для нагрева ванны и все большее количество тепла, выделяющегося внутри жидкой ванны, затрачивается на покрытие потерь тепла. Для решения вопроса о необходимой степени дожигания СО в продувочной камере и оптимальном распределении тепла, полученного при этом, между двумя камерами были выполнены совместные расчеты уравнений газового, материального и теплового балансов продувочной камеры и камеры нагрева, которые показали, что:

1. при наличии более 28 % лома в шихте в продувочной камере 
   существует дефицит тепла, эквивалентный 20 – 100 % теплового эффекта сжигания СО;
2. количество воздуха, фактически поступающего в продувочные камеры, существенно превышает необходимое для сжигания расчетной доли СО, что еще больше усугубляет дефицит тепла;
3. при ограничении подсоса и рациональном нагреве скрапа удельный расход чугуна может быть уменьшен с 750 – 780 до 680 – 700 кг/т годной стали (содержание лома в шихте 38 – 40 %).

Как уже указывалось, большим недостатком двухванных печей является выбивание газов через окна. Для устранения этого недостатка необходимо проведение ряда мероприятий, из которых наиболее важны следующие: обеспечение на печи резерва по тяге и работа через газоочистку в течение всей кампании печи; создание дымоотводящего тракта, обеспечивающего минимальные неорганизованные подсосы; выполнение вертикальных каналов печи с охлаждаемыми поверхностями.

Для ограничения  подсоса воздуха через вертикальный канал может быть предусмотрена установка водоохлаждаемых заслонок (см. рис. 9), перекрывающих в закрытом положении более 90 % площади сечения вертикального канала. Гидравлические расчеты дымового тракта показали, что установка заслонок позволяет сократить количество воздуха, поступающего через вертикальный канал в продувочную камеру, примерно вдвое.

Подсос воздуха  в продувочную камеру уменьшается  также благодаря эжекции части воздуха (~10 000 м³/ч) из вертикального канала с подачей его в камеру нагрева шихты мимо продувочной камеры. Воздух, имеющий температуру 700 – 500 °С, отсасывают через охлаждаемую амбразуру в стенке вертикального канала, соединенную с амбразурой в своде печи между камерами футерованным воздухопроводом. Эжектируемый воздух подается в камеру нагрева шихты со скоростью 100 м/с и используется для сжигания топлива или дожигания СО, поступающего из камеры продувки. Для уменьшения эжектирующего действия струй воздуха в конструкции отдува предусмотрены сопла, подающие воздух, направленный против движения потока подсасываемого воздуха. Струи из этих отверстий создают завесу на входе в амбразуру, тем самым сокращая присос воздуха без уменьшения эффективности отдува.

При уменьшении количества подсасываемого в продувочную камеру воздуха уменьшается общее количество дыма, поступающего в камеру нагрева. Это позволяет создать пережим между ваннами и установить с каждой стороны эжектор. При этом возможно обеспечение независимого регулирования давления под сводом печи в каждой камере, что имеет большое значение для улучшения тепловой работы печи и обеспечивает хорошие условия для полного дожигания горючих составляющих дыма, поступающих в камеру нагрева.

Большие трудности вызывает уплотнение проема завалочных окон при открытой заслонке. Если окно находится под разрежением, то через него засасывается 30 000 – 40 000 м³ воздуха в час. Для обеспечения возможности работы печи при повышенном давлении под сводом предусмотрены устройства, отсасывающие выбивающийся дым (рис. 10) со сбросом его в борова или в резервную газоочистку. Наличие резервной газоочистки приводит к удорожанию строительства печи.

Таким образом, двухванная печь имеет много эксплуатационных и сантехнических недостатков. В связи с этим и несмотря на то, что двухванные печи имеют значительную производительность, их следует рассматривать как временную, промежуточную конструкцию, соответствующую сложному (в техническом и экономическом отношении) периоду полного перехода нашей металлургии с мартеновского на конвертерный способ производства стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дуговые и плазменно-дуговые  печи

Особенности  тепловой  работы

 

В дуговых  сталеплавильных печах (ДСП) и плазменно-дуговых печах (ПДП) теплогенерация возникает за счет энергетических преобразований дугового разряда, происходящего в воздухе, парах расплавляемых материалов, инертной атмосфере или иной плазмообразующей среде. Согласно общей теории печей М. А. Глинкова ДСП и ПДП представляют собой печи-теплообменники с радиационным режимом работы, поскольку энергетические условия на границе зоны технологического процесса, т. е. на зеркале ванны жидкого металла создают электрические дуг и огнеупорная футеровка рабочего пространства. Условия радиационного теплообмена определяются не только теплотехническими характеристиками внутренней поверхности футеровки – степенью черноты, температурой Т_ф и коэффициентом развития, но и условиями существования дуг – длиной столба дуги, электродинамическим выдуванием дуги из-под торца электрода (в ДСП), экранированием кусками шихты в период плавления или слоем шлака в окислительный и восстановительный периоды, химическим составом и температурой металла и шлака, влияющими на электрофизические условия формирования дугового разряда постоянного (в ПДП) или переменного (в ДСП) тока. Кроме этого, в ДСП вертикально расположенные графитированные электроды создают неравномерное излучение дуг, зависящее от диаметра электродов D_эд и параметров электрического режима, которое можно выразить в виде соотношения D_эд/l_д или D_эд/U_д, где l_д – длина дуги, зависящая от напряжения дуги U_д. Поэтому в ДСП возможно создание направленного радиационного теплообмена – прямого и косвенного.

Для ПДП с  огнеупорной футеровкой, работающих с плазменными дугами постоянного тока длиной 0,5 – 1 м, характерен косвенный направленный радиационный режим в сочетании с конвективным проточным режимом теплообмена, вызванным интенсивным потоком плазмообразующего газа вблизи анодного пятна плазменной    дуги.

 

По условиям теплообмена между дугами, поверхностями рабочего пространства и металлом, особенностям электрофизических процессов дугового разряда, энергетическому и электрическому режимам всю плавку в ДСП или ПДП от начала расплавления твердой металлошихты до слива жидкого металла делят на ряд этапов (рис. 11).

После загрузки металлошихты в печь электроды опускают до возникновения короткого замыкания с шихтой и зажигают электрические дуги (рис. 11, а). По мере оплавления шихты под электродами и вокруг них образуются «колодцы», в которые опускаются дуги и электроды. Наступает этап «закрытого» горения дуг (рис. 11, б), когда плавление шихты происходит в «колодцах», снизу путем теплопередачи излучением на близлежащие слои шихты и теплопроводностью через слой жидкого металла, накопившегося на подине. Холодная шихта на периферии рабочего пространства нагревается за счет тепла, аккумулированного футеровкой: при этом температура внутренней поверхности фу интенсивно снижается (с 1800 – 1900 до 900 – 1000 К). На этом этапе футеровка рабочего пространства экранирована от излучения дуг, поэтому целесообразно обеспечить максимальную    

тепловую  мощность Р_н с учетом электротехнических возможностей печного трансформатора (см. рис. 11, б и в).

Когда количества наплавленного жидкого металла будет достаточно для заполнения пустот между кусками твердой шихты, тогда электрические дуги открываются и будут гореть над зеркалом металлической ванны. Наступает этап «открытого» горения дуг (рис. 11, г), при котором происходит интенсивное прямое излучение дуг на футеровку стен и свода, температура Т_ф повышается со скоростью до 30 – 100 К/мин и возникает необходимость снижения электрической мощности дуг в соответствии с тепловоспринимающей способностью футеровки.

 

 

 

 

Конструкция

 

Современные ДСП (рис. 12) работают на трехфазном токе промышленной частоты. В дуговых печах прямого действия электрические дуги возникают между каждым из трех вертикальных графитированных электродов и металлом. Футерованный кожух ДСП имеет сфероконическую форму. Рабочее пространство перекрыто сверху купольным сводом. Кожух установлен на опорной конструкции с гидравлическим (реже с электромеханическим) механизмом наклона печи. Для слива металла печь наклоняют на 40 – 45°, для скачивания шлака – на 10 – 15° (в другую сторону). Печи оборудованы механизмами подъема и поворота свода – для загрузки шихты через верх печи, передвижения электродов – для изменения длины дуги и регулирования мощности, вводимой в печь. Крупные печи оборудованы устройствами для электромагнитного перемешивания жидкого металла в ванне, системами удаления и очистки печных газов.