Глава 10. Контроль хода доменной печи по показаниям контрольно-измерительных приборов

10.1. Признаки, по которым судят о ходе доменной печи

Протекание доменного процесса в рабочем пространстве доменной печи характеризуется рядом признаков, имеющих внешние проявления, по которым судят о ходе доменной печи. Такими признаками являются: 1) хи­мический состав и температура чугуна и шлака; 2) внешний вид чугуна и шлака в жидком и твердом состояниях; 3) яркость свечения фурм; 4) ско­рость и плавность схода подач шихтовых материалов; 5) вынос колошнико­вой пыли; 6) показания контрольно-измерительных приборов.

Содержание серы и кремния в чугуне и FeO в шлаке, а иногда и основ­ность шлака, как правило, зависят от теплового состояния печи. Чем выше нагрев печи, тем благоприятнее условия для перехода кремния в чугун, а серы в шлак. Поэтому увеличение содержания кремния и уменьшение содер­жания серы в чугуне свидетельствуют о повышении нагрева доменной печи, и, наоборот, уменьшение содержания кремния и рост содержания серы в чугуне указывают на похолодание доменной печи.

Показателем теплового состояния печи может быть содержание FeO в шлаке. Чем выше нагрев печи, тем меньше железа переходит в шлак в виде FeO. При нормальном нагреве печи содержание FeO в шлаке передельного чугуна не превышает 0,5-0,7%. Увеличение этого значения указывает на сни­жение нагрева печи. Кроме этого показателя о тепловом состоянии печи можно косвенно судить по содержанию кремния в чугуне, температурам чу­гуна и шлака и др.

Основность шлака также, в определенной мере, зависит от нагрева печи. Чем выше нагрев печи, тем больше кремнезема расходуется на восстановле­ние кремния и тем выше должна быть основность шлака. Похолодание печи сопровождается снижением основности шлака, так как при уменьшении со­держания кремния в чугуне уменьшается и расход кремнезема на его восста­новление. Однако в современных условиях работы доменных печей основ­ность шлака в значительно большей мере зависит от колебаний химического состава и соотношения загружаемых в доменную печь шихтовых материа­лов, чем от нагрева печи. Нередки случаи холодного хода печи при основ­ных шлаках и, наоборот, горячего хода при кислых шлаках. Поэтому судить о нагреве печи по изменению основности шлака можно только в сочетании с другими признаками теплового состояния печи.

Физический нагрев жидких чугуна и шлака также характеризует тепло­вое состояние печи. Чем выше температура чугуна и шлака, тем выше нагрев печи. Измеряют температуру жидких продуктов плавки во время выпуска их из печи специальными термопарами погружения, пирометрами.

О нагреве печи можно судить по внешнему виду жидких чугуна и шла­ка, а также по их виду в холодном состоянии (см. рис. 10.1, 10.2). Показате­лем содержания кремния в чугуне служат количество и вид искр над жело­бом во время выпуска чугуна (в случае отсутствия системы аспирации же­лобов литейного двора).

При содержании кремния в чугуне менее 0,5% над поверхностью чугу­на возникает сноп мелких искр, поднимающихся на высоту 0,15-0,3 м, а ход чугуна (особенно бурный) сопровождается выделением большого количе­ства бурого дыма. Излом холодной пробы такого чугуна имеет белый (свет­ло-серый) цвет с отчетливо выраженными крупными лучеобразными крис­таллами цементита (Fe₃C).

По мере увеличения содержания кремния в чугуне сверх 0,5% количе­ство искр над поверхностью чугуна в желобе уменьшается, а сами искры становятся крупнее и поднимаются на большую высоту. При содержании кремния в чугуне более 1% выделяются отдельные только крупные искры на большую (1,0-1,5 м) высоту. Ход такого чугуна сопровождается выделением графита, который в виде мелких блестящих чешуек распространяется по всему литейному двору и вокруг доменной печи. Химически горячий чугун с со­держанием кремния более 1,5% не искрит и выделяет большое количество графита. Излом холодной пробы чугуна с высоким содержанием кремния характеризуется мелкозернистой структурой темно-серого (черного) цвета с явно выраженными включениями тонкодисперсного графита.

По внешнему виду жидкого чугуна в желобе определяют и содержание серы. Опытный технолог визуально определяет содержание серы в чугуне с точностью до 0,005%, а содержание кремния - с точностью до 0,05%.

По виду шлака можно судить о его основности, что особенно важно в условиях постоянного колебания качества шихтовых материалов. Ярко све­тящийся шлак, свободно вытекающий из летки, свидетельствует об удовлет­ворительном нагреве печи. Такой шлак выделяет большое количество газа с сильным запахом горящей серы. Излом пробы остывшего шлака при нор­мальном и повышенном нагреве всегда имеет чистый тон, а цвет зависит от основности. Сильно основной шлак быстро застывает в белую с голубова­тым оттенком плотную камневидную массу. При полном остывании иногда рассыпается и превращается в тонкую пудру белого цвета.

Кислый шлак застывает медленно и может вытягиваться в длинные нити. Излом кислого (горячего) шлака блестящий, стекловидный, темно-ко­ричневого цвета.

Нормальный по основности и нагреву шлак передельного чугуна в изло­ме примерно наполовину стекловидный с полупрозрачной и блестящей поверх­ностью, а наполовину камневидный с матовой поверхностью белого с голубо­ватым отливом цвета. Такой шлак называют половинчатым (см. рис. 10.2).

При понижении нагрева печи яркость свечения и подвижность вытека­ющего из летки шлака уменьшаются. Выделение газа почти полностью пре­кращается. Цвет застывшего шлака всегда грязных тонов: от темно-ко­ричневого до черного вследствие повышенного содержания FeO. При похо­лодании исчезает блеск излома кислого шлака. Структура застывшего шлака в большинстве случаев пористая, ноздреватая.

Яркость свечения фурм позволяет судить о нагреве печи и о равно­мерности работы печи по окружности. Яркое свечение фурм (устанавлива­ется опытным путем для данной доменной печи) и отсутствие темных кус­ков перед ними является признаком ровного хода и нормального или повы­шенного нагрева печи. Потускнение фурм или появление перед ними тем­ных кусков агломерата свидетельствует о нарушении ровного хода и сниже­нии нагрева печи. Иногда перед фурмами появляется жидкий шлак. Это уже признак серьезного расстройства хода доменной печи.

При значительном уменьшении скорости схода материалов куски кок­са перед фурмами движутся медленнее, чем при нормальной работе, а при подвисании шихты кокс перед фурмами почти неподвижен.

Скорость схода шихтовых материалов определяется числом подач, загру­жаемых в печь в течение 1 часа, а равномерность движения шихты - интер­валами времени между загрузкой смежных подач. Для каждой доменной печи число загружаемых в печь за 1 час подач устанавливается опытом, исходя из условий режима работы печи, после чего оно должно быть постоянным и равномерным. Увеличение скорости схода подач является, как правило, при­знаком начинающегося похолодания печи, и наоборот, уменьшение скорос­ти схода подач свидетельствует об увеличении нагрева печи, что часто со­провождается тугим ходом. Нарушение равномерности интервалов между опусканиями подач - признак неровного хода печи.

Вынос колошниковой пыли из печи газовым потоком зависит от каче­ства шихтовых материалов и ровности хода печи. Обычно, с увеличением количества мелких фракций в шихте нарушается распределение газового по­тока в печи, ход печи становится неровным, и большое количество пыли выносится в пылеуловители. Поэтому вынос пыли за определенный проме­жуток времени характеризует качество шихты и ровность хода печи. Увели­чение выноса материалов может привести к росту нагрева доменной печи, сопровождающемуся понижением производительности и увеличением рас­хода кокса. Определяют вынос путем взвешивания выпущенной из пылеуло­вителя пыли.

В связи с тем, что пыль из пылеуловителей на многих заводах выпус­кают обычно один раз в сутки (иногда один раз в смену), этот признак хода печи не может быть использован должным образом из-за чрезмерного за­паздывания полученной информации. Поэтому сейчас разрабатываются и испытываются автоматические устройства для непрерывного контроля выноса колошниковой пыли Измерители плотности газового потока, установ­ленные в наклонных газоотводах, успешно эксплуатируются на 3-й и 4-й до­менных печах в Дюнкерке (Франция) и дают мгновенную количественную информацию о выносе колошниковой пыли.

Рассмотренные выше признаки являются большей частью чисто внешни­ми. Они свидетельствуют об уже происшедших изменениях в протекании доменного процесса и поэтому недостаточны для управления ходом домен­ной печи. Чтобы своевременно предотвратить отклонения от нормального хода печи, необходимо получать сигналы о самом начале изменений. Эти сигналы на современных доменных печах получают при помощи контрольно-измерительных приборов. Анализ показаний приборов позволяет устано­вить зарождение изменений задолго до их проявления в рассмотренных выше внешних признаках и своевременно применить соответствующее воздействие на ход печи.

Контрольно-измерительные приборы доменной печи разделяются на три группы: указывающие, регистрирующие и регулирующие.

Для оценки хода доменной печи используются показания указываю­щих и регистрирующих приборов.

Современные пульты управления доменной печью (пост мастера и га­зовщика) оборудуются компьютерами, на мониторы которых от датчиков и измерительных устройств (1500-2000 шт.) выводятся все параметры, харак­теризующие ход печи, в том числе - результаты расчетов комплексных пока­зателей плавки Указывающие и регистрирующие приборы (кроме мнемосхем) отсутствуют. Основные показатели работы доменной печи накапливаются в базе данных, из которой можно получить сведения о том, как работала печь в предшествующие периоды - от нескольких часов до нескольких месяцев. Такие системы контроля эксплуатируются на доменных печах металлурги­ческих комбинатов «Запорожсталь» и «Криворожсталь», намечено их внедре­ние и на других предприятиях.