Шлакообразование и отработка продуктов плавки
Изюминкой шлакообразования в замечательных доменных печах есть обеспечение хорошей фильтрующей свойстве шлаков и их устойчивости (сохранении жидкоподвижности) в широком диапазоне трансформаций температурного поля в печи в связи с отдалением диаметра и увеличением горна осевой территории от фурменных очагов горения с большой начальной температурой газов. Уверены в том, что достаточно устойчивыми особенностями владеют шлаки с критической температурой кристаллизации не выше 1300-1350 °С при вязкости1 Па-с. Наряду с этим температура, при которой шлак делается гомогенным и прекрасно подвижным (вязкость
Несоблюдение этих условий при работе замечательной доменной печи 5000 м3 комбината “Криворожсталь” нарушало устойчивость ее хода. Характерным для работы данной печи в начальный период эксплуатации являлась низкая большая процесса неравномерность и стабильность шлакообразования формирования шлака по диаметру и окружности печи, что было обусловлено неравномерным распределением материалов.
Свойство шлака фильтровать через коксовую насадку во многом определяет бесперебойную работу замечательных доменных печей. Вследствие этого особенный интерес воображают изучения по изучению поведения железистых шлаков в коксовых насадках, поскольку существовавшие догадки были противоречивы. Высказывалось вывод о стремительном стекании таких шлаков в горн ввиду низкой вязкости и большого удельного веса железистых расплавов.
Иначе считалось, что эти шлаки будут задерживаться в коксовой насадке из-за образования и закиси интенсивного восстановления железа малоподвижных вспененных весов.
Влияние разных факторов на фильтрацию шлаков через коксовую насадку изучали С.В. Шаврин, И.Н. Захаров и др. в лабораторных условиях в Университете металлургии Уральского филиала АН СССР. Установлено, что в условиях противотока газов зависимость скорости истечения шлака от концентрации FeO в расплаве имеет экстремальный темперамент.
Наличие максимума разъясняется понижением вязкости расплава с повышением FeO в области их низких значений и ухудшением жидкотекучести в области высоких концентраций FeO благодаря образования процессов и интенсификации восстановления неоднородных газошлаковых смесей. На основании исследований сделали вывод о большом влиянии капиллярных сил на режим фильтрации шлака вслое коксовой мелочи. Выдвинута догадка о том, что главная масса шлака, остающегося в насадке, удерживается силами поверхностного и межфазного натяжения, каковые определяются особенностями расплава, его сотрудничеством с веществом насадки.
На базе статистической обработки показателей работы разных доменных печей продемонстрировано, что чем меньше размер горна, тем больше скорость фильтрации шлака и выше предельные нагрузки насадки (рис. 49). Такая зависимость обусловлена в основном трансформацией порозности слоя кокса в радиальном направлении. Как мы знаем, что порозность кокса в территориях разрыхления существенно выше, чем в центре печи.
Исходя из предположения, что у оси печи порозность кокса равна 0,45-0,50, а в зоне разрыхления слой кокса близок к состоянию полной утраты связности, вычислены скорости фильтрации. Их величина существенно выше в зоне разрыхления, чем в центре печи. Потому, что с повышением диаметра горна доменных печей, относительная величина территорий разрыхления уменьшается, то скорости фильтрации расплава и предельные нагрузки коксовой насадки уменьшаются.
Установленные закономерности говорят о необходимости принятия особенных мер по организации условий шлакообразования на печах громадного количества, в первую очередь связанных с протеканием восстановительно-теплообменных процессов и распределением температурного поля в радиальном направлении, и газодинамическим режимом в нижней части печи.
В ИЧМ на особой установке изучили процессы формирования жидких фаз из железорудных материалов, предварительно прошедших восстановительно-тепловую обработку. Установка разрешает машинально фиксировать температуру реакционного пространства и величину усадки слоя, и делать выводы о скорости фильтрации расплава через коксовый слой по количеству протекшей в ячейки графитового приемника жидкой фазы.
Установлено, что темперамент трансформации усадки железорудных массовой скорости и материалов вытекания расплава зависит от скорости их нагрева (рис. 50). Ускоренный нагрев смещает процесс начала образования жидкой фазы в область более больших температур, фактически не меняя характера их вытекания.
Отличительной изюминкой исследований явилась возможность изучения процесса формирования жидких фаз с предварительной восстановительно-тепловой обработкой, разрешивших повысить адзкватность имитации процессов настоящим условиям доменной плавки.
Рис.1. Влияние размера горна на скорости фильтрациии газа (н, м/с) и расплава (и, м/с): 1-7 – для печей с диаметром горна соответственно 4,7; 8,1; 9,1; 9,74; 10,5 и 11 м; А и Б – экстраполяционные значения скоростей в разрыхленной территории и центральной части горна
Рис.2. образования и Характер размягчения жидких фаз (ДМ – количество вытекшей жидкости,%: а – при разной скорости нагрева проб агломерата, °С/мин:
При однообразных условиях восстановительно-тепловой обработки громаднейшее количество FeO в первичном расплаве содержится в окатышах основностью 0,5. У таких окатышей жидкоподвижная фаза образуется при температуре.1340-1350 “С, тогда как у магнезиального агломерата (2,6-2,8% MgO) с основностью 1,42 при 1480-1500 °С. Материалы сильно отличаются по количеству- профильтровавшего расплава.
С повышением основности окатышей степень их восстановления увеличивается, содержание FeO в первичном расплаве понижается, возрастает температура начала фильтрации, понижается температурный промежуток течения расплава.
Смещение образования жидких фаз с увеличением степени офлю-сования окатышей вниз печи, в зону более больших температур, сокращает жидкостную нагрузку на коксовую насадку, поскольку больше оксида железа восстанавливается в жёстком состоянии и меньше его будет в первичном расплаве, лучше прогреваются материалы до отекания в горн. Понижение концентрации FeO в первичном шлаке сокращает кроме этого и возможность образования громадных количеств вспененных весов на коксовой насадке из-за бурного протекания неоднородной реакции восстановления оксида железа, что дополнительно усиливает гидродинамические условия нижней части печи. Полученные результаты говорят о хорошем влиянии увеличения основности окатышей на протекание процессов шлакообразования в доменных печах.
Рис.3. Изменение содержания FeO и количества вытекающего расплава (2А/шл) при нагреве на коксовом слое: а – агломерат основностью 1,42; б – окатыши основностью 0,5; в – окатыши основностью 0,7; г – смесь окатышей и агломерата основностью 0,7 (соответственно 70% и 30%)
На формирование жидких фаз благоприятно отражается смешение окатышей и агломерата. Начало фильтрации расплава из смеси происходит в диапазоне температур между началом вытекания жидких весов из окатышей и агломерата; смеси вытекают лучше, чем их составляющие, на слое кокса остается меньше шлаковых составляющих.
В значительной степени работа замечательных доменных печей определяется особенностями конечных шлаков, определяющих уровень десульфурации чугуна, условия дренажа в горне и выпуска продуктов плавки. Оптимизация шлакового режима для обеспечения достаточной жидко-подвижности шлака в широком диапазоне вероятных трансформаций температур, высокой десульфурирующей и фильтрующей способности есть одним из наиболее значимых условий высокоэффективной работы больших доменных печей.
В наше время доменной плавки громаднейший интерес воображают магнезиальные шлаки, снабжающие изложенные выше требования к их особенностям. Но наряду с этим направляться иметь ввиду, что влияние магнезии на особенности шлаков более сложное, чем извести.
На ЧерМК совместно с ЛПИ им. Калинина изучили металлургические особенности магнезиальных шлаков в широком диапазоне трансформации их состава. Наличие магнезии, и глинозема в шлаках обусловлено применением в агломерационной шихте ковдор-ского железорудного концентрата с магнезиальной безлюдной породой, в которой содержится и глинозем.
Из рис. 4 видно, что прирост десульфурационной способности шлаков на любой процент введенной магнезии неодинаков и зависит от общей концентрации магнезии и величины основности. Для обнаружения обстоятельств установленных закономерностей была изучена кристал-лохимическая структура шлаков способом инфракрасной спектроскопии на спектрофотометре UR-20.
Рис. 4. Зависимость между содержанием в шлаке MgO и коэффициентом распределения серы между чугуном и шлаком при разной основности шлака (цифры у кривых – Ca0/Si02)
Шлаки, которые содержат 0-4% MgO, по диаграмме состояния совокупности Ca0-Mg0-Si02-Al203, при 10% AI2O3 находятся в области первичной кристаллизации псевдоволластонита. Но шлаки с основностью 1,1 значительно отличаются по характеру полос поглощения от остальных шлаков, находящихся в данной области, поскольку практически не им^ют характерных для псевдоволластонита полос поглощения в длинноволновой части спектра и имеют слабо выраженные полосы в коротковолновой части.
Увеличение содержания в шлаках от 0 до 4-5% MgO, ведет к заметному росту десульфурационной способности. Это разъясняется происходящей перестройкой структуры расплава от целых пол-имеризованных к более несложным алюмо- и кремнекислородным анионам, соответствующим структуре мелилита. Наряду с этим растет количество и активность ионов Mg2+, Са2+, О2”, что ведет к росту скорости процесса и химической активности шлака десульфурации.
Шлаки с основностью 1,1 при 5-11% MgO находятся в области первичной кристаллизации мелилита и мервинита и имеют по большей части несложную структуру. Добавка MgO увеличивает в этом случае активность ионов Mg2+, Са2+, О2”, определяющих десульфурационную свойство шлаков.
Добавка10-11% MgO к шлакам с основностью 1,1 сопровождается понижением темпа роста десульфурационной способности. По диаграмме состояния четырехкомпонентной совокупности эти шлаки’ находятся в области .первичной кристаллизации мервинита. Но, как продемонстрировали изучения, в их спектрах имеются полосы, характерные двухкальциевому силикату – ларниту Ca2Si04.
Выделением из мервинита при его плавлении ларнита и разъясняется отмеченное понижение темпа роста обессеривающей способности шлака. Наряду с этим в расплаве понижается активность ионов Са2+, О2-, определяющих по большей части скорость процессов десульфурации. Влияние состава шлака на десульфурацию чугуна оценивали в настоящих условиях методом статистической обработки производственных информации о составе шлака и чугуна на выпусках.
Громаднейший интерес воображают зависимости концентрации серы в чугуне от глинозёма и содержания магнезии, каковые сложен.
Оценивая результаты лабораторных и промышленных изучений, необходимо подчернуть, что в ковдорском концентрате MgO присутствует в виде магнезиоферрита и магне-зиовюстита. Помимо этого, в магнетите возможно растворено большое количество шпинели MgO • AI2O3, т.е. оксиды алюминия и магния частично связаны в прочное и тугоплавкое соединение.
Вследствие этого в настоящих условиях доменной плавки активность магнезии оказывается более низкой и ее влияние на десульфурационную свойство меньше, чем в лабораторных изучениях с применением синтетических шлаков. Установленные закономерности поведения шлаковых расплавов разрешили выяснить оптимальные шлаковые режимы для замечательной доменной печи 5500 м 3 ЧерМК в раздувочный период и при обычной эксплуатации.
Действенная работа больших доменных печей в значительной степени определяется организацией отработки продуктов плавки. С повышением диаметра горна осложняется их выдача из удаленных от выпускных отверстий районов, большей возможностью заму-соренности горна. В этих условиях нужны особенные меры по газификации коксовой мелочи и повышению радиуса действия летки.
Рис.5. Зависимость содержанием в чугуне [S] от содержания MgO (а) и глинозема AJ203 (б) в шлаке
Вработе указано,что местами газификации коксовой мелочи являются локальные количества под очагами горения и верхний слой шлака на всей площади горна. С данной точки зрения целесообразно поддерживать более большой уровень жидких продуктов плавки в горне, ограничением которого есть отрицательное влияние переполнения горна на газодинамический режим и стойкость фурм.
Помимо этого, согласно точки зрения автора, на больших доменных печах нужно соответствующим перераспределением рудных материалов на колошнике увеличивать поток чугуна, проходящего через окислительные очаги у фурм, что усиливает окисление химических элементов чугуна и выгорание коксовой мелочи. Увеличение уровня металла в горне благоприятно воздействует на выпуск жидких продуктов плавки и в следствии повышения ферростатического давления. При низком уровне металла и недостаточном ферростатическом давлении часть шлака и чугуна из центральной территории печи может не выходить через летки и охлаждаться, создавая условия для образования “тотермана”.
В работе на модели изучили влияние накопления в горне продуктов доменной плавки на газодинамический режим. Установлено, что при заполнении горна менее чем на 90% до отметки фурм перепад давления газа значительно не изменяется. При превышении этого уровня он начинает быстро расти, что ухудшает ровность хода доменной плавки. Замечали отдув шлака от фурм в центр печи.
Обстоятельством увеличения перепада давления газов есть подпор жидкими продуктами плавки струй газового потока и повышение трения молекул газа о жидкость. Подобные результаты взяли в экспериментальных изучениях, совершённых на действующих доменных печах в ФРГ.
Так, существует оптимальный уровень жидких продуктов плавки в горне, что особенно принципиально важно поддерживать на замечательных доменных печах. Из этого следует, что с повышением количества доменных печей обязан изменяться и режим отработки продуктов плавки.
В случае если для среднего объёма и печей малого нужным условием успешной их работе считалось полное освобождение горна на выпуске (продувка печи), то для больших доменных печей все чаще используют закрытие чугунной летки при частичной выдаче продуктов плавки с переходом на другую летку. Наряду с этим часто производится неприрывный выпуск шлака и чугуна.
