Иллюстрация 13 : Прямой газоотвод

 

Отходящие газы печи после выхода из колпака направляются непосредственно в водоохлаждаемую камеру дожигания. Для дополнительной обработки отходящих газов в головную часть камеры сжигания встроены три горелки и один вентиляторю Камера состоит из четырех сегментов и футеруется огнеупорным материалом. Ниже камеры находится воронка, через которую можно регулярно опоржнять осажденную пыль.

 

3.7. Портал электродов:

Иллюстрация 14: Несущие рукава

 

Портал электродов отдельно от кожуха печи закреплен непосредственно на фундаменте. Портал включает в себя ходовые консоли электродов с токоведущими рукавами. Он отводится на сторону шлака к стенду для перепуска электродов и ремонтных работ. Консоли точно направлены с помощью призматической роликовой направляющей и позволяют обеспечивать высокие скорости регулирования. Каждая отдельная консоль перемещается в опорах с помощью гидравлических цилиндров.

Токоведущие несущие рукава выполнены из обшитой медью стали с коробчатым профилем и полностью охлаждаются водой. Электрододержатель интегрирован в рукав. Электрод зажимается с помощью тарельчатых пружин с удерживающим усилием 40 т. Размыкание контактных колодок производится с помощью гидравлических цилиндров.

 

 

3.8. Кислородные фурмы

 

Иллюстрация 15: Кислородная фурма для рабочего окна

Иллюстрация 16: Головка фурмы для рабочего окна

 

Шахтная печь оборудована двумя водоохлаждаемыми кислородными фурмами. Манипулятор, работающий через рабочее окно, находится справа возле дверцы для скачивания шлака на рабочей площадке, а вторая фурма опускается в расплав через отверстие в своде.

С главного пульта на щите управления операторы печи управляют с помощью коромысла перемещениями (гидравликой) манипулятора рабочего окна. Три возможных направления движени гидравлически преобразуются с помощью цилиндров. Кислород выходит со сверхзвуковой скоростью под определенным углом из двух сопел Лаваля (2 х 2000 Нкуб.м/час) на головке фурмы. Угольный порошок с помощью пневмотранспорта подается через интегрированную в фурму трубку в шлак.

Вторая водоохлаждаемая фурма, подаваемая через свод, непосредственно установлена на портале на третьей фазе и перемещается как несущий рукав. Объем потока кислорода рассчитан в 2000 Нкуб.м/час.

 

 

Металлургия

 

Металлургия занимается реакциями различных элементов в жидкой стали. Параметрами, оказывающими воздействие на процесс, являются: температура, содержание элементов в ванне металла, шлаковые компоненты, а также соотношение количества шлака и металла. Состав стали и образующегося одновременно шлака должны регулироваться с помощью соответствующих методов таким образом, чтобы за самое короткое время можно было получить требуемый по производственно-технологическим соображениям химический состав стали.

 

4.1. Кислород

Металлургические реакци в значительной степени осуществляются с помощью кислорода. Сталь на более чем 90% состоит из железа, которое окисляется кислородом в FrO, при этом одновременно кислород растворяется в железе. Из сопутствующих элементов железа в ванне металла посредством кислорода можно воздействовать только на те элементы, химическое сродство с кислородом которых выше чем железа. В убывающей последовательности сродства до железа реагируют сначала углерод (С), затем алюминий (AL), кремний (Si), марганец (Mn), хром (Cr). Однако эта термодинамически обоснованная последовательность реакций отдельных элементов ограничена вследствие непропорционально высокого наличия железа. На такие элементы, как, например, медь (Cu) наличие кислорода не оказывает воздействия, так как химическое сродство кислорода с этим элементом ниже чем с железом. Поэтому необходимо избегать попадания меди с ломом.

Образующиеся оксиды металлов не растворяются в жидком железе, в жидком виде они выделяются из расплава и переходят в шлак. Медь же, наоборот, остается растворенной в железе. Важнейшими реакциями являются следующие:

Si + O2 = SiO2              - 8,69 квт.час/кгSi

4 Al + 3 O2 = 2 AL2O3   - 8,63 квт.час/кгAl

2 Mn + O2 =    2 MnO      - 1,95 квт.час/кгMn

2 Fe + O2 = 2 FeO      - 1,32 квт.час/кгFe

 

Со знаком минуса отмечены экзотермические реакции: они тем самым в решающей степени способствуют внесению энергии в печь или плавке стали. Из этого ясно видно, что состав шихты (лом / чугун / металлизованные окатыши) в решающей степени оказывает воздействие на потребность в электрической энергии.

 

Образующийся вначале при окислении сопутствующего элемента углерода СО выходит из процесса с отходящими газами. Реакции происходят по следующим уравнениям:

 

2 С + О2  = 2 СО                          - 2,85 квт.час/кгС

2 СО + О2 = 2 СО2                        - 6,55 квт.час/кгС

 

Дожигание СО с помощью кислорода в СО2 дает при этом значительную долю энергии, которая используется для подогрева лома в шахте.

 

 

4.2. Шлаки

 

 

Для металлургичесих реакций, в частности, для образования пенящихся шлаков и эффективности ввода электрической энергии практика добавления извести и образующийся в связи с этим состав шлака имеет важное значение.

Известь является важнейшей добавкой для образования шлака. Остальные компоненты шлака являются результатом вышеупомянутых реакций окисления. Для удаления таких нежелательных для качества стали элементов как фосфор и сера количество извести должно быть по возможности высоким. С другой стороны, шлак может растворить только ограниченное количество извести. Оставшаяся в избытке известь присутствует в нерастворенной твердой форме и делает шлак вязкотекучим и реакционно инертным.

 

Количество извести (приблизительно 30 - 40 кг/т) должно быть поэтому установлено таким образом, чтобы шлак состоял из следующих оксидов:

СаО:                      около 40%

MgO:                     около 7%

Al2O3                      около 5%

SiO2                      около 16%

FeO                       около 20 - 35 %

MnO                      около 5%

P, S                        около 2%

 

 

Химические свойства шлака определяются соотношением между щелочными и кислотными компонентами, так называемой основностью, определяемой как В = СаО/SiO2. Благоприятной (однако не решающей) для факторов воздействия при образовании шлака является величина

В = 2,5.

Графическое отображение состояния дает трехкомпонентная система из основных компонентов СаО, FeO и SiO2. Эта основная система в значительной степени зависит от дополнительного содержания остальных компонентов шлака, поэтому происходит постоянное изменение состава шлака от начала плавки до выпуска.

 

Обобщенно шлак выполняет следующие задачи:

· Поглощение компонентов исходных веществ, присутствие которых в железе нежелательно     (сера/фосфор);

· Нейтральное отношение к огнеупорным материалам, хотя они, как многие огнеупорные материалы, в основном состоят из оксидов металлов;

· Образование слоя на ванне жидкой стали и уменьшение потерь тепла;

· Повышение электрического коэффициента полезного действия благодаря технологии пенящихся шлаков.

Решающим для технологии пенящихся шлаков являются свойства шлака. Самые важные факторы воздействия при образовании пенящегося шлака могут быть сформулированы следующим образом:

 

а) Образование газа

 

Между высотой пенящегося шлака и образованием газа СО существует линейная зависимость. Наряду с уже упомянутым окислением углерода на образование пенящегося шлака в основном влияет восстановление оксида железа (эндотермически) в шлаке или в ванне стали:

 

FeO + C  = Fe + CO

 

Наиболее благоприятное воздействие на образование пенящегося шлака оказывает мелкий графитовый порошок или высокореактивный нефтяной кокс. Вдувание угольного порошка должно начинаться с высокой мощностью вдувания, чтобы понизить температуру шлака (вязкость).

 

б) Высоковязкий шлак

 

Высокая вязкость вследствие более низкой температуры также способствует образованию пенящегося шлака:

 

                                                                                              Шлак:

n Температура шлака                                                        Тшлака < 1500°С

n Выделение твердых компонентов шлака                        MgO > 7 %

                                                                                              B = CaO = CaO / SiO2 > 2,5

                                                                                              FeO > 18 %

 

в) Незначительное поверхностное натяжение шлака

Наибольшее воздействие на снижение поверхностного натяжения оказывает Р2 О5. Поэтому внесение с чугуном некоторого количества фосфора положительно влияет на образование пенящегося шлака.

 

- Фосфор из чугуна                                                                  Р2 О5  > 0,5 %

4.3. Использование скрапа / жидкого чугуна

Весь скрап, 137 т, загружается с помощью двух бадьей. Тяжелые куски скрапа желательно грузить в середину бадьи, легкий скрап сверху. Для нормальной работы шахтной печи куски лома не должны превышать длину в 1,5 м и вес в 400 кг.

Еффективность подогрева скрапа ограничена переходом тепла от отходящих газов к скрапу. Очевидно, что крупногарбаритные куски скрапа медленее нагреваются, легкий скрап в отличие от этого очень быстро. Легкий скрап даже при коротком времени подогрева в шахте может расплавится и спекатся к пальцам. Хорошие результаты работы шахтных печей достигались смесью разных видов скрапа плотностью от 0,7 - 1,3 т/м³.

 

При соответствующем наличии скрапа - смесь скрапа состоит из:

 

Товарный скрап                                           55 %

Куски скрапа                                               20 %

Лист                                                              10 %

х.к. лист                                                        5 %

Чугун тв.                                                      10 %

 

В соответствии с объемом скрапной бадьи и объемом шахты выше пальцев, погрузку скрапа в бадьи определяют следующим образом:

 

1. бадья			2. бадья
куски скрапа       15 т	24 м3		куски скрапа      12 т	19 м3
чугун тв.              14 т	4 м3		чугун тв.              9 т	7 м3
лист                        7 т	6 м3		х.к. лист               7 т	3 м3
товарный скрап  37 т	57 м3		товарный скрап 36 т	55 м3
Сумма                  73 т	90 м3		Сумма                 64 т	85 м3

 

 

Время погрузки скрапных бадей, включая всех передвижения скраповозов и кранов определяются ходом плавки. Примерно через 24 - 28 мин необходимо загрузить бадью скрапа в шахту.

 

5. Производственная технология

Эксплуатация шахтной печи с удерживающими пальцами должна соотноситься с рядом параметров, которые предварительно рассчитываются опытным путем в материально-энергетическом балансе.

 

5.1. Материально-энергетический баланс

Иллюстрация 17: Энергетический баланс «Северстали» (при 100% использовании лома

Для составления балансса энергии необходимо учитывать потоки масс и энергии через определенную границу систем в определенном промежутке времени. Как промежуток времени выбирается длина плавки.

Основой для энергетического баланса является баланс материалов, который учитывает количество и анализ всех используемых видов скрапа, добавочных материалов, науглераживателей, легирующих и т.д.

 

Технические данные:

В этом блоке учитывают основные данные геометрии печи, подвода энергии и некоторые технологические данные.

 

Изпользуемые материалы:

Здесь учитываются изпользуемые материалы на основе банка данных и вытекающие из этого значения коэффициента выхода, а также необходимое количество извести для достижения значения основности шлака в B = 1,9 (Это значение можно менять).