2.8.11 Производство принудительных осадок шихты доменной печи

2.8.11.1 Принудительная осадка, т.е. принудительное опускание подвисших в доменной печи шихтовых материалов, производится путем уменьшения расхода подаваемого в горн дутья.

2.8.11.2 Во время подвисания шихты температура колошникового газа не должна превышать 500 ^ОС. Подача технологического кислорода и природного газа должна быть прекращена перед началом принудительной осадки шихты. Для исключения чрезмерного повышения температуры колошникового газа во время подвисания шихты необходимо открыть пар под большой конус.

2.8.11.3 Задержка принудительной осадки в ожидании самопроизвольного обрыва шихты вызывает опасное для загрузочного устройства повышение температуры газа и усугубляет расстройство хода доменной печи. Время 15-25 минут до производства принудительной осадки должно выбираться с учётом возможности полной выдачи продуктов плавки и поддержания температуры колошникового газа не более 500 ^ОС.

2.8.11.4 Перед принудительной осадкой необходимо понизить давление колошникового газа до нормального, установить ключ "Осадка шихты" в положение, когда зонды постоянно находятся на шихте. Производят принудительную осадку, непрерывно наблюдая за состоянием фурм и положением зондов, стараясь уловить момент начала осадки шихты. После принудительной осадки необходимо немедленно приступить к закрытию клапана "Снорт". Расход дутья после принудительной осадки должен увеличиваться так, чтобы общий перепад давления газа в доменной печи был ниже обычного уровня не менее чем на 10 %.

2.8.11.5 После принудительной осадки в зависимости от продолжительности подвисания шихты загрузить в доменную печь дополнительное количество кокса в виде холостых подач. При возобновлении схода шихты загрузка доменной печи до заданного уровня производится постепенно, в течение 1,0-1,5 часов.

2.8.11.6 Принудительная осадка шихты при холодных подвисаниях производится особенно осторожно, чтобы не допустить заливки фурм холодным шлаком и чугуном.

2.8.11.7 О производимой принудительной осадке шихты мастер доменной печи или старший газовщик доменной печи доменного цеха обязаны поставить в известность диспетчера газового цеха и машиниста воздуходувной машины теплоэнергоцентрали паровоздуходувной станции (ТЭЦ-ПВС).

2.8.11.8 Труска колошниковой пыли во время принудительных осадок шихты запрещается.

2.8.12 Загромождение горна доменной печи

2.8.12.1 Загромождение горна является следствием неровной работы доменной печи с неудовлетворительным газовым потоком, частыми обрывами шихты. Загромождение горна происходит вследствие ухудшения работы осевой зоны доменной печи, систематических нарушений графика выпусков продуктов плавки, длительной работы доменной печи на шлаках с повышенной вязкостью, попадания воды в доменную печь, ухудшения механической прочности кокса или качества отсева его на грохотах перед весовыми воронками, чрезмерной кусковатости агломерата, неудовлетворительного смешивания дутья с природным газом. В этих случаях активная часть объема горна сокращается и происходит учащённое горение воздушных фурм.

2.8.12.2 Признаки загромождения горна:

- замедление схода шихты перед выпуском чугуна и шлака;

- увеличение общего перепада давления газов по высоте доменной печи;

- учащённое горение воздушных фурм;

- неровность выпусков чугуна по массе и химсоставу;

- увеличенный выход графита и коксовой мелочи во время выпусков чугуна;

- систематическое уменьшение, по сравнению с обычным, массы чугуна, наливаемого на выпуске до появления шлака.

2.8.12.3 При первых признаках загромождения горна необходимо:

- проверить состояние охлаждения доменной печи и устранить попадание воды в доменную печь, если оно имеет место;

- сделать "промывку" горна доменной печи;

- вводить в шихту сварочный шлак или другие промывочные добавки с соответствующей компенсацией по расходу кокса.

2.8.12.4 Для разработки горна необходимо:

- обеспечить нормальный нагрев горна; колебаний нагрева и работу с пониженным нагревом не допускать;

- уменьшить основность шлака;

- ввести в шихту сварочный шлак или другие промывочные добавки;

- принять, по возможности, меры к обеспечению доменной печи коксом лучшей прочности и кусковатости;

- произвести периодические "промывки" горна;

- дополнительно проверить состояние охлаждения доменной печи и устранить попадание воды в доменную печь, если оно имеет место;

- принять меры к выпуску из горна доменной печи коксовой мелочи и графита;

• повысить теоретическую температуру горения на 20-50 ⁰С.

3. Опишите и зарисуйте совместную диаграмму состава колошникового газа.

Для каждой температуры при определенном соотношении СО и СО₂ в газовой смеси устанавливается рав­новесие. Газовые смеси, находящиеся в равновесии с восстанавли­ваемыми оксидами, называются равновесными или нейтраль­ными смесями.

В зависимости от газообразного продукта восстановления различают прямое и непрямое (косвенное ) восстановление. В первом случае продуктом является СО,а во втором СО₂ или Н₂О.

Рисунок 1- Кривые равновесия газовых смесей СО и СО₂ с оксидами железа и железом

На горизонтальной оси абсцисс отложена тем­пература. На вертикальной оси ординат вверх отложено в объем­ных процентах содержание СО, а вниз — содержание СО₂, т. е. газовая фаза состоит только из СО и СО₂ и каждая точка на оси ординат или горизонтальная линия на диаграмме соответствуют только одному значению СО и СО₂, причем сумма их всегда равна 100.

Равновесная линия 1 реакции (1) сливается с осью абсцисс диаграммы по той причине, что равновесие реакции достигается при очень низкой (доли процента) концентрации СО в газовой смеси.

Равновесие реакций (2) и (54) с повышением температуры ха­рактеризуется восходящими кривыми 2 и 3, а равновесие реак­ции (3) — нисходящей кривой 4. Это свидетельствует о том, что при восстановлении Fe₃O₄ до Fe и FeO до Fe содержание СО в рав­новесной смеси с увеличением температуры возрастает — возра­стают значения k и п в реакциях (2) и (4), а при восстановлении Fe₃O₄ до FeO с повышением температуры содержание СО убывает — уменьшается значение т в реакции (3).

Равновесное изменение состава газовой смеси при изменении температуры, а следовательно, конфигурации кривых равновесия па диаграмме зависят от знака теплового эффекта реакции.

По знаку теплового эффекта можно заранее предсказать на­правление кривой равновесия, пользуясь правилом подвижного равновесия (принцип Ле-Шателье), которое свидетельствует о том, что всякое внешнее воздействие на равновесную систему смещает равновесие в направлении, противоположном внешнему воздействию. При повышении температуры равновесие реакции смещается в направлении образования веществ, сопровождаю­щимся поглощением тепла, и, наоборот, при понижении темпера­туры — в направлении образования веществ, сопровождающимся выделением тепла. Поэтому протекание экзотермических реакций (2) и (4) с повышением температуры затрудняется, требуя по­вышения содержания СО в газовой смеси, а протекание эндотерми­ческой реакции (3) с повышением температуры облегчается, т. е. может идти с меньшим содержанием СО в газовой фазе.

Принцип Ле-Шателье- система, находящаяся в состоянии устойчивого химического равновесия, при внешнем воздействии (изменении температуры, давления, концентрации реагирующих веществ и т. д.) стремится вернуться в состояние равновесия

Равновесные линии (рис. 1) делят диаграмму на три поля: Fe, FeO и Fe₃O₄. Четвертое поле Fe₂O₃ на диаграмме отсутствует, так как равновесная линия 1 сливается с осью абсцисс.

Любая точка на кривых характеризует положение равновесия той или иной реакции, а каждая точка вне кривых — нейтральный состав газовой смеси только для того вещества, в поле которого находится точка. Для других веществ состав газа, описываемый данной точкой, свидетельствует об удалении от равновесия и о протекании реакций в сторону образования того вещества, в поле которого находится точка. Например, если в поле устойчивого существования FeO поместить Fe, FeO и Fe₃O₄, то железо окисли­тся до FeO, Fe₃O₄ восстановится до FeO, a FeO останется без из­менения. Реакции будут протекать до тех пор, пока не израсходу­ется тот или иной реагент или пока газовая смесь не станет рав­новесной.

ассмотрим примеры.

Пример 1. В газ, содержащий 30% СО и 70% СО₂, при 1000° С (точка а на рис. 1) поместили Fe₃O₄. Так как в этих условиях устойчива только FeO, то Fe₃O₄ будет восстанавливаться, обогащая газовую смесь диоксидом угле­рода до тех пор, пока газ не достигнет равновесного состава, от­вечающего точке б на кривой 4 (83% СО₂ и 17% СО). Если же Fe₃O₄ израсходуется раньше, чем будет достигнуто равновесие, то реакция прекратится и газовая смесь будет иметь состав, соот­ветствующий некоторой точке между точками а и б.

Пример 2. При тех же исходных условиях (точка а), но при неизменном составе газа будем изменять температуру. До тех пор, пока изменение температуры происходит в поле FeO, никаких других изменений не произойдет. При понижении температуры до 750° С (точка в) газовая смесь окажется в равно­весии с FeO и Fe₃O₄. Дальнейшее понижение температуры вызовет в соответствии с принципом Ле-Шателье протекание экзотерми­ческой реакции

3FeO + СО₂ - Fe₃O₄ + CO

и изменение состава газовой смеси в сторону возрастания СО и убывания СО₂. На диаграмме это изменение выразится переме­щением состава по кривой 4 вверх. Если FeO будет израсходовано, например, в точке г, то установится постоянный состав газовой смеси. При дальнейшем понижении температуры процесс пере­ходит в поле Fe₃O₄ по горизонтали в направлении гд.

Пользуясь условиями равновесия и принципом Ле-Шателье, можно анализировать возможность протекания реакций в любой области диаграммы, а также определять численные значения коэф­фициентов к, т и п в реакциях (2)—(4). Определим, например, значение п в реакции (4) при температуре 1000° С. Равновесная газовая смесь для этой реакции при 1000° состоит из 72% СО и 28% СО₂. Определим отношение компонентов равновесной га­зовой смеси:

СО /СО₂ = 72/28= 2.57 (5)

Подставим в выражение (5) вместо СО и СО₂ коэффициенты (п — 1) и 1, стоящие при СО и СО₂ в правой части реакции (4). Тогда (п — 1) /1 = 2,57, а п = 3,57.

Это значит, что при 1000° С и п , равном 3,57, реакция (4) будет находиться в равновесии. При п > 3,57 FeO будет восста­навливаться до Fe, а при п < 3,57 железо будет окисляться до FeO. Аналогично для каждой температуры можно определить значения k и т.

В присутствии углерода между СО и СО₂ устанавливается рав­новесие в соответствии с обратимой реакцией

2СО = СО₂ + С + 165,797 МДж. (6) Поскольку реакция (6) протекает с изменением объема газо­образных веществ, то положение равновесия определяется не только температурой, но и давлением. В соответствии с принципом Ле-Шателье при повышении давления равновесие реакции (6) смещается в направлении образования веществ, сопровождаю­щемся уменьшением объема, т. е. в направлении образования СО₂ и С, и, наоборот, с уменьшением давления — в направлении образования СО.

В доменной печи восстановление железа из его оксидов и превращение оксида и диоксида углерода в присутствии избытка углерода совершается совместно. Поэтому анализ диаграммы рав­новесия реакций (1)—(4) необходимо вести с учетом кривой равновесия реакции (6). На рис. 2 кривая 5 равновесия реакции (6) на­несена на уже известную нам диаграмму (см. рис1). Из диаграммы видно, что состав газовой смеси из СО и СО₂, равно­весной с углеродом, сильно изменяется с изменением температуры, особенно в интервале 550—800° С.

Равновесная кривая 5 реакции (6) делит диаграмму на две области — левую и правую, в которых система в большей или меньшей мере удалена от положения равновесия. В левой области реакция идет в направлении образования СО₂ и сажистого угле­рода за счет разложения СО и затрудняет течение восстанови­тельного процесса. В правой области реакция идет в направлении обогащения смеси оксидом углерода за счет расходования диоксида углерода и углерода. Здесь процесс восстановления облегчается, так как образующийся газообразный продукт восстановления — диоксид углерода — непрерывно расходуется в реакции обогащая газовую смесь восстановителем СО. Эта реакция идет очень быстро при температуре около 1000° С и выше.

1. Опишите и зарисуйте диаграммы давления колошникового газа при ровном ходе печи, при обрывистом движении шихты, при канальном движении газов.

Газовый поток