Экстремальные отклонения. Изменения физико-химических параметров доменного процесса, ча­ще всего локальные, приводят в ряде случаев к экстремальным от­клонениям

Изменения физико-химических параметров доменного процесса, ча­ще всего локальные, приводят в ряде случаев к экстремальным от­клонениям, устранение которых связано с необходимостью оста­новки доменной печи и проведением ее капитального ремонта или заменой отдельных конструктивных элементов К этим отклонениям относятся прорывы горна и шихты печи в результате интенсивного износа футеровки или вызванные другими обстоятельствами выход из строя фурменных и шлаковых приборов и т д.

Наиболее часты следующие экстремальные отклонения:

- прорывы чугуна в зонах горна и чугунной летки;

- поднятие чугуна и шла­ка до уровня воздушных фурм и их прогорание;

- взрывы при кон­такте расплавленных металла и шлака с водой при нарушении це­лостности охлаждаемой системы фурм;

- охлаждение фу­теровки печи в зонах шахты, распара, заплечиков или горна печи.

Виды экстремальных отклонений доменного процесса можно систематизировать по определенным признакам, главными из которых являются физико-химические факторы, обусловливающие возникно­вение таких отклонений. К числу физико-химических факторов от­носятся гидравлические и гидростатические напряжения, газодина­мические напряжения и удары, температурные напряжения, фазовые и химические превращения.

Возникновение экстремальных отклонений является результа­том проявления либо одного, либо зачастую двух и более факторов одновременно, причем температурные и гидростатические напряже­ния, химические превращения являются постоянно действующими, а остальные—периодически действующими факторами. Например, разрушение футеровки горна доменной печи происходит под по­стоянным влиянием гидростатического воздействия жидкого чугуна из-за значительного различия плотности металла и огнеупоров. К разрушению приводят температурные напряжения, возникающие даже при незначительных колебаниях температуры жидкого чугуна. Поверхностный слой огнеупорной кладки вступает в химическое взаимодействие с чугуном и шлаком и постепенно переходит в шлак.

Периодические повышение и понижение уровня чугуна в горне оказывают изменяющееся гидростатическое давление на огнеупор­ные материалы: движение чугуна при выпуске, перемещение шлака размывают стенки горна. Проникший в трещины чугун затвердева­ет: с изменением фазового состояния меняется его объем, что созда­ет статические напряжения.

Признаком систематизации экстремальных отклонений могут явиться технологические нарушения параметров процесса: перифе­рийный, канальный, тугой, холодный или горячий ход, загроможде­ние горна и т. д. При такой систематизации проявляется взаимо­связь экстремальных отклонений с предшествующими им наруше­ниями процесса. Периферийный и канальный ход вызывают ин­тенсивный износ футеровки доменной печи в зонах шахты и заплечиков, что приводит к нагреву кожуха и нарушению его целостности Загромождение горна шихтовыми материала­ми приводит к заливке воздушных фурм шлаком и чугуном, прогоранию фурм и попаданию воды в печь; возникающий при этом взрыв вырывает фурму, а в образовавшееся отверстие выбрасыва­ются на рабочую площадку печей раскаленные шихтовые матери­алы.

Топография экстремальных отклонений помогает раскрыть взаимосвязь отклонений процесса с состоянием конструкций доменных печей, а в некоторых случаях и с их прочностью и надежностью.

Наиболее часто местами проявления экстремальных отклонений являются горн доменной печи, особенно в районе чугунной или шла­ковой леток, воздушные фурмы и нижняя треть шахты печи. Экстремальные отклонения доменного процесса являются ре­зультатом технологических нарушений или их накопления в резуль­тате изменений физико-химических параметров. Наибольшая часто­та возникновения экстремальных отклонений наблюдается в ста­диях технологического процесса с наиболее часто меняющимися параметрами или возникающими нарушениями. Максимальное число экстремальных отклонений наблюдается в фурменной зоне доменной печи, где развиваются высокие темпера­туры и под действием чугуна, шлака и газов огнеупорная футеровка быстро выходит из строя. На расстоянии 200—300 мм от поверх­ности холодильников образуется гарнисаж, защищающий холо­дильники фурменной зоны Воздушные фурмы не имеют практически защиты от попадания на них расплавленных чугуна и шлака, часто подвергаются их воздействию, прогорают, после чего охлаждающая вода начинает поступать внутрь печи. Зачастую при этом происхо­дят взрывы и выброс раскаленных шихтовых материалов на ли­тейный двор. Механизм такого вида экстремумов широко известен в практике доменного производства и получил всестороннее осве­щение в технической литературе. Менее распространенным явля­ется экстремальное отклонение — прогар шлаковых фурм. Следует отметить, что происходящие иногда взрывы при прогаре шлаковых фурм вызывают тяжелые последствия.

Наиболее сложны по своей сущности и последствиям прорывы чугуна и шлака в зоне лещади и горна доменной печи, а также нарушения целостности брони в зоне шахты с выбросом раскален­ных шихтовых материалов.

Продолжительность действия экстремальных отклонений в зонах лещади и горна зависит от влияния на футеровку изменяющихся физико-химических параметров процесса и стойкости огнеупоров. В зоне лещади химический состав чугуна и температурные условия изменяются крайне медленно. По мере приближения к поверхности кладки лещади температура чугуна снижается и у самой поверхно­сти, вероятно, становится близкой к температуре затвердевания чугуна. Снижение температуры чугуна и обусловленное этим увели­чение вязкости чугуна являются одной из причин недостаточной циркуляции чугуна в зоне лещади.

Разрушение огнеупорной кладки лещади доменной печи про­исходит вследствие химического воздействия чугуна, а также про­никновения чугуна в швы кладки и трещины, возникающие в огне­упорах из-за местных температурных напряжений. Жидкий чугун, проникший в трещины или швы огнеупорной кладки, затвердевает, что сопровождается графитизацией и увеличением объема чугуна, составляющим 0,10—0,25%. Затвердевание чугуна в швах огне­упорной кладки и в трещинах кирпича вызывает возникновение расклинивающих усилий, а действующие при этом напряжения при­водят к образованию новых трещин. Расплавление затвердевшего чугуна вызывает проникновения в кладку новых объемов чугуна. Повторение таких явлений в случае неровного хода печи обуслов­ливает существенное разрушение огнеупорной кладки. Разрушение огнеупорной кладки в зоне лещади вызывает высокое ферростатическое давление жидкого чугуна, под действием которого часть ог­неупорного кирпича, не имеющего прочной связки, отрывается от кладки и всплывает. Разница плотностей жидкого чугуна и огнеупорного кирпича создает большую выталкивающую силу, которая действует в том случае, когда огнеупорный кирпич или блок лишь частично подмыты чугуном.

Длительность службы футеровки, лещади и горна зависит и от исходных характеристик футеровочных материалов: огнеупорности, прочности, плотности, химического состава, а также способа кладки и интенсивности охлаждения футеровки. Комбинированная кладка горна и лещади с использованием углеродистых блоков и высоко-глиноземистого кирпича повысила надежность работы горна домен­ной печи.

Применение высокотеплопроводных углеродистых блоков для футеровки лещади и горна обеспечивает более интенсивный отвод тепла, позволяет увеличить толщину огнеупорной кладки между охладительной системой и жидким чугуном, что повышает надеж­ность футеровки, исключает неожиданный подход чугуна к холо­дильникам при кратковременных перебоях в охлаждении и при сильных разогревах печи. В зарубежной практике имеется опыт за­мены углеродистых блоков хромомагнезитовым кирпичом с такой же высокой теплопроводностью и стойкостью к действию окисли­телей.

Под воздействием температурных и химических факторов футе­ровка горна быстро разрушается, а оставшаяся часть, примыкаю­щая к холодильникам, имеет незначительную толщину. На внешней стороне кирпичей образуется гарнисаж, толщина которого в зависи­мости от условий плавки то увеличивается, то уменьшается. Обыч­но толщина оставшейся кладки и гарнисажа составляет около 500 мм.

Стойкость огнеупоров в нижней части доменной печи и образо­вание гарнисажа зависят от вида выплавляемого чугуна и техно­логии плавки. При выплавке горячего непередельного чугуна на шлаках умеренной основности и при выплавке ферромарганца раз­рушение огнеупоров обычно более значительное, чем при выплавке литейного чугуна или ферросилиция, когда на поверхности металлоприемника и ямы лещади происходит обильное отложение чешуй­чатого графита, который является хорошим гарнисажем.

При интенсивном разрушении футеровки лещади наблюдается постоянный выход кусков кирпича с продуктами плавки. Иногда, если огнеупоры усваиваются шлаком, в нем повышается содержа­ние глинозема. Об образовании значительных углублений в лещади можно судить по увеличению количества чугуна, выходящего после появления нижнего шлака, который выдавливается из углублений по ходу выпуска. При быстром разрушении лещади или уходе чу­гуна в фундамент возможны случаи, когда количество выданного чугуна значительно меньше, чем оно должно быть согласно рас­чету проплавленных подач. Разгар лещади и образование углубле­ний сопровождаются заметным повышением температуры фундамен­та. Скорость повышения температуры сигнализирует об интенсив­ности изменения нижней части печи. Износ футеровки и отсутствие достаточного слоя устойчивого гарнисажа приводят к повышению тепловой нагрузки на холодильники и увеличению разности темпе­ратур поступающей и исходящей воды. В нормально работающих холодильниках горна и лещади при удовлетворительном состоянии футеровки или хорошем гарнисаже перепад температур не превы­шает 1—2°С; при сильно изношенной футеровке и отсутствии на­дежного гарнисажа перепад температур повышается.

Опасным явлением, свидетельствующим о неудовлетворитель­ном состоянии низа горна и возможности прорыва, является появ­ление трещин в кожухе и фундаменте и просачивание через них газа. Выход из строя футеровки иногда обусловлен конструктив­ными недостатками футеровки, охлаждения и кожуха горна. Недо­статочная толщина футеровки, небольшие зазоры под набивку, ус­тановка холодильников не по всей высоте лещади, отсутствие кожуха в нижней части лещади и другие конструктивные недостатки могут явиться причиной возникновения трещин в кожухе, через которые просачивается газ и в районе которых возможен прорыв горна

К числу конструктивных недостатков футеровки следует отнес­ти неудачную в ряде случаев перевязь швов, в результате чего могут образовываться сплошные горизонтальные или вертикальные швы, облегчающие проникновение чугуна, который, застывая, расклинивает огнеупоры и приводит к их всплыванию. К появлению трещин в кладке может привести и слишком быстрая сушка печи. Недостаточ­ная сушка футеровки и интенсивная раздувка печи также могут быть причиной возникновения трещин и разрушения огнеупоров. Перегрев чугуна способствует более энергичному взаимодействию компонентов чугуна с огнеупорами.

В процессе эксплуатации печи причиной прорыва горна, осо­бенно при сильно изношенной футеровке печи, могут явиться неэф­фективное охлаждение вследствие зарастания змеевиков отложив­шимися солями, недостаточное количество воды или незамеченные вовремя перебои в поступлении воды.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 261; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!