4

Частота опасных факторов для различных технологических операций может изменяться в широких пределах. В целом она не может рассматриваться как среднеарифметический показатель частоты отдельных технологических операций. За величину частоты опасных факторов производственного процесса следует принимать наиболее высокую частоту, характерную для определенной операции.

Величина площади опасных зон определяется сферой воздействия опасных производственных факторов, т. е. факторов, воздействие которых приводит к несчастному случаю. Конфигурация и величина площади опасных зон определяются как расчетные величины, корректируемые практическими данными. На основании расчетных данных могут быть построены эпюры опасных зон с указанием напряженности и частоты опасных факторов производственного процесса.

Огромное воздействие на безопасность труда в целом оказывает безопасность производственного оборудования. Все многочисленные отклонения от нормы в работе оборудования можно разделить на отклонения, не оказывающие влияния на уровень безопасности, и отклонения, которые оказывают влияние на уровень безопасности. Первою группу отклонений можно не рассматривать. Вторая группа является источником опасных производственных факторов и, в конечном счете, травматизма.

Безопасность производственного оборудования требует детального анализа по различным параметрам. Отметим только, что факторы опасности оборудования следует учитывать при определении частоты опасных факторов, а также величины и конфигурации опасной зоны. Факторы безопасности производственного оборудования являются составной частью общей системы безопасности труда Совокупность безопасности производственного процесса и оборудования образует материальный или технический фактор безопасности производства, который на действующем оборудовании и при применяемой технологии может совершенствоваться как в результате изменений технологии и оборудования, так и путем оснащения техническими средствами безопасности и производственной санитарии Безопасность трудовых процессов складывается из условий организации труда и

квалификации персонала, составной частью которой является знание и сознательное выполнение требований безопасности и производственной санитарии Параметры безопасности производственных процессов и оборудования могут нарушаться не только в результате технических причин, но и в результате определенных действий обслуживающего персонала

Параметры безопасности в доменном производстве

Доменный процесс протекает в замкнутом пространстве доменной печи, объем которого определяет массу перерабатываемых шихтовых материалов, скорость их передвижения и время нахождения в печи. Доменная печь состоит из колошника, распара, заплечиков и горна. Поскольку определяющим фактором сохранения

5

физико-химических безопасных параметров является нормальное осуществление процесса в доменной печи, то для каждого участка печи в зависимости от ее объема

ирежима работы характерны свои нормальные и безопасные значения массы шихтовых материалов для продуктов плавки, объемов газа, скоростей их движения

иразвиваемых ими давлений на стенки доменной печи, а так же температурные условия

При нормальных параметрах работы время пребывания шихтовых материалов в доменной печи составляет 5—6 ч, газов — около 3 с. Процесс выплавки чугуна в доменной печи заключается в восстановлении оксидов железа углеродом, оксидом углерода и водородом. Углерод в доменную печь поступает в составе кокса, пылевидного топлива, вдуваемых газов, водород – в составе природного газа, мазута

идругих добавок Доменная печь является плавильным агрегатом непрерывного действия с периодическим удалением продуктов плавки. Непрерывность процесса обеспечивается своевременной подготовкой и подачей в печь железорудного сырья, флюсов, топлива и дутья. Предварительная подготовка шихтовых материалов, дутья

иинтенсификаторов необходима для протекания процессов в заданных физикохимических параметрах, поскольку их изменения приводят к снижению безопасности процесса.

Нормируемыми показателями являются не только химический состав, но и размеры шихтовых материалов, их прочностные свойства, в частности устойчивость раздавливанию, истиранию. Эти показатели влияют на распределение материалов в печи и их газопроницаемость, что связано с рациональным распределением газа, его скоростью и теплоотдачей.

Температура и состав газов по сечению печи характеризуют газопроницаемость шихты и полноту теплообменных и химических процессов. Рационально такое распределение газов, при котором максимально используются их теплосодержание

ивосстановительная способность без нарушения ровного схода шихтовых материалов. Повышение основности агломерата и снижение содержания мелочи в шихте приводят к уменьшению разности между максимальными и минимальными значениями температуры и содержания диоксида углерода в газе по радиусу печи. Равномерное распределение шихтовых материалов и газа по окружности печи дает

одинаковые кривые распределения температур и содержания СО2 в газе. Шихтовые материалы по мере опускания и нагревания претерпевают ряд изменений: удаляется гигроскопическая и гидратная влага, разлагаются карбонаты с выделением углекислого газа, развиваются процессы горения топлива, косвенного и прямого восстановления оксидов железа.

По температурным параметрам объем доменной печи по высоте условно делят на три области. В верхней области печи температуры ниже 800 °С, здесь протекают

реакции непрямого восстановления при взаимодействии с СО и Н2. В средней области с интервалом температур 800— 1100°С наряду с реакциями непрямого идут реакции прямого восстановления железа. В нижней области, где температуры выше 1100° С, протекают реакции прямого восстановления железа углеродом кокса.

6

Действительная область распространения и скорости реакций прямого и косвенного восстановления зависят от температуры среды, состава, давления и скорости газов, химических и физических свойств материалов и могут изменяться с изменением влияющих факторов.

Температурные области характеризуют также тепловое влияние процесса на элементы конструкции доменной печи — футеровку, кожух, состояние которых частично определяет безопасность процесса, а также вероятность экстремальных его отклонении от нормальных условий

Зона наиболее высоких температур расположена в нижней части доменной печи, где давление шихтовых материалов и газов максимальное. Поэтому нижняя часть шахты, заплечики, распар и горн находятся в наиболее неблагоприятных условиях, и, как показывает практика, в этих местах наиболее часто возникают экстремальные отклонения технологических процессов по параметрам безопасности.

Горение кокса происходит у фурм, через которые в доменную печь поступает воздух, нагретый до 1000—1200 °С, с избыточным давлением от 147,1 до 392,3 кПа и линейной скоростью 140—200м/с. Температура горения кокса в окислительной зоне составляет 1000— 2100° С Окислительная зона простирается от фурм примерно на 1200—1800 мм к направлению вертикальной оси печи и на 800— 1200 мм от оси фурмы. Содержание кислорода в газах по направлению к оси печи уменьшается; содержание СО2 возрастает, а затем уменьшается в результате взаимодействия с углеродом; с учетом содержания азота в дутье состав газа в горне составляет 347% СО и 65,3% N2.

Зона горения имеет очень большое значение для хода доменного процесса и делится на две нечетко выраженные области кислородную, границу которой составляет область с содержанием кислорода 1—2%, и окислительную, границу которой составляет область с содержанием СО2 1—2%. Размеры кислородной области определяются в основном величиной кинетической энергии струи дутья, а размеры окислительной области — тепловым состоянием горна: при понижении температуры окислительная область возрастает, а при повышении – сокращается.

Зона горения не должна быть слишком вытянутой к оси печи, так как это приводит к развитию центрального хода, что является нарушением параметров безопасности. Вместе с тем зона горения должна распространяться на такое расстояние от фурм, при котором в осевой части горна температура была бы не ниже 1350— 1400° С и обеспечивала сохранение чугуна и шлака в жидком состоянии, так как повышение их вяз кости или затвердевание являются серьезными нарушениями технологического процесса и параметров безопасности.

В последние годы широко применяют вдувание в горн доменной печи природного газа, а в некоторых случаях мазута или пылевидного топлива, что резко увеличивает объем газообразных продуктов в печи, так как при сжигании метана продуктов сгорания на 1 кг углерода кокса получается примерно в 1,7 раза больше. Увеличение количества газа затрудняет опускание плавильных материалов в

7

доменной печи и меняет физико-химические параметры процесса, а следовательно, и его безопасность. Безопасность доменного процесса зависит от скорости и характера опускания шихтовых материалов, скорости проплава шихты, дутьевого режима, теплового состояния доменной печи и характера распределения газов по ее сечению.

Таким образом, нормируемыми параметрами безопасности доменного процесса являются масса, состав и скорость движения шихтовых материалов, давление, состав и температура дутья. Протекание физико-химических процессов при оптимальных параметрах соответствует наиболее высокому уровню безопасности, т. е. ровному ходу печи или нормальным условиям ее работы Для обеспечения нормального хода печи в зависимости от условий плавки устанавливают оптимальные технологические параметры: количество и качество дутья, интенсивность горения кокса, основность шлака, расход при родного газа, содержание кислорода в дутье, давление газа на колошнике

На современных доменных печах резко повысились газодинамические и температурные напряжения, что повлияло на параметры безопасности доменного процесса В настоящее время максимальное избыточное давление на колошнике больших доменных печей составляет 147,1—245,2 кПа, в отдельных случаях до 392,3 кПа. Фактически доменная печь представляет собой огромный сосуд, работающий под большим давлением, что резко повышает требования к конструкции кожуха и кладки печи для сохранения заданных параметров безопасности по давлению.

При ровном ходе печи опускание материалов идет плавно, без застоев и провалов; скорость опускания шихты максимальная для тех условий, в которых работает печь, при наиболее полном использовании химической и физической энергии газов.

Снижение уровня безопасности при нарушениях технологического процесса

На практике в доменном процессе постоянно возникают отклонения от нормальных параметров, снижающие уровень безопасности процессов и приводящие к возникновению опасных производственных факторов. В доменном производстве свыше 41% несчастных случаев от общего их числа происходит во время плавки чугуна и выпуска чугуна и шлака.

При анализе аварии в доменных цехах установлено, что на кожух доменной печи приходится в среднем 12% аварий, на охладительную арматуру доменной печи 44%, на оборудование и устройства печи, обеспечивающие выпуск продуктов плавки, 7%. Основными отклонениями от нормальных параметров (видами расстройства хода печи), вызывающими снижение уровня безопасности, являются похолодание,

подогрев, тугой ход, подвисание шихты, периферийный ход, канальный ход, односторонний ход, загромождение горна тугоплавкими массами.

Похолодание или колодный ход печи — это нарушение тепловых параметров процесса, когда расход тепла в печи превышает его приход. Причинами

8

похолодания могут быть: снижение качества кокса, увеличение рудной нагрузки, изменение состава агломерата, неправильное распределение материалов на колошнике, снижение основности шлака, плохое использование энергии газов при неровном ходе печи, длительная недогрузка печи, попадание в печь воды и др. , т. е. целая совокупность физических и связанных с ними химических факторов. Первым признаком похолодания печи является уменьшение яркости свечения фурм и понижение температуры чугуна и шлака. Холодный шлак стекает по канавам почти без выделения газов.

При похолодании печи повышается вязкость шлака, что затрудняет его стекание в горн. В результате шлак накапливается у воздушных фурм, начинает их заливать и может вызвать прогар фурм, попадание воды в печь и взрыв при контакте воды с расплавленным чугуном, или шлаком. Экстремальные отклонения от нормальных физико-химических параметров могут привести к групповому несчастному случаю. Большую опасность представляет также прогар воздушных фурм, который может произойти при подвисании шихты из-за недостатка тепла и при произвольных или принудительных ее осадках. Таким образом, холодный ход печи снижает безопасность процесса.

Начало похолодания печи устанавливают по показаниям контрольно-измерительных приборовснижается давление дутья, периодически оно самопроизвольно увеличивается, скорость опускания шихты растет, снижается температура периферийных газов и в газоотводах. Однако если похолодание вызвано чрезмерным развитием периферийного потока газов, то их температура может и не понизиться. Основными мерами по предупреждению и ликвидации похолодания являются: снижение рудной нагрузки, подача дополнительного количества кокса, уменьшение количества дутья, что приводит к увеличению времени пребывания шихты в печи и повышению степени восстановления железа и других элементов газами. При сильных похолоданиях до прихода в горн холостых подач кокса прекращают подачу природного газа на несколько часов.

Перегрев или горячий ход печи — это нарушение тепловых параметров процесса, при котором расход тепла в печи меньше прихода, т. е. нарушение теплового баланса печи. Причинами перегрева могут быть уменьшение рудной нагрузки, улучшение качества и изменения количества подаваемого кокса. Основными признаками перегрева печи являются яркое свечение фурм и высокая температура чугуна и шлака. Чугун во время выпуска светится ярче, чем обычно; почти отсутствует искрение у передельного чугуна и полностью у литейного при выпуске их из печи. Шлак течет по канавам с обильным выделением газов. В чугуне увеличено содержание кремния, марганца и понижено содержание серы. Перегрев сопровождается повышением вязкости и основности шлака в связи с восстановлением кремния из кремнезема.

Начало горячего хода устанавливают по показаниям контрольно-измерительных приборов: давление дутья растет медленно, расход его самопроизвольно уменьшается, давление газа на колошнике периодически резко возрастает, шихта

9

опускается медленно, часто с подвисаниями и обрывами, температура периферийных газов и колошникового газа повышается.

Изменение газодинамических параметров процесса (количество дутья не соответствует качеству шихты (увеличение мелочи), давлению газа на колошнике) приводит к таким нарушениям процесса, как провалы и обрывы шихты, которые могут возникать также при быстром повышении температуры в печи Подвисания и последующие обрывы шихты приводят к тому, что шлаком, а иногда чугуном за - ливает фурмы|, что вызывает прогары их и попадание воды в печь.

Тугой ход — это нарушение процесса, вызванное ухудшением качества сырья и повышением вязкости шлаков. Признаками тугого хода являются: уменьшение количества подачи и заметное снижение скорости движения раскаленного кокса, наблюдаемое в фурмах; возрастание содержания кремния в чугуне. Приборы, регистрирующие уровень шихты, показывают медленное, плавное или с подстоями опускание шихты. Давление дутья может быть ровным, но несколько выше, чем при нормальном ходе. Температура колошниковых газов изменяется от подачи к подаче на 100—150°С

Тугой ход печи сопровождается подвисаниями и обрывами шихты. Часто для возобновления движения шихты производят принудительную ее осадку, иногда несколько раз подряд, что создает опасность заливки воздушных фурм шлаком. Колебания температур в горне и увеличение содержания кремния в шлаке приводят

кинтенсивному разрушению кладки, что может вызвать серьезную аварию. Наиболее частыми нарушениями доменного процесса являются периферийный,

осевой и канальный ход печи, которые регистрируются приборами по изменению распределения газового потока по радиусу печи.

Периферийный ход — это нарушение процесса, которое возникает в результате длительной работы печи со слабой загрузкой периферии рудной шихтой, а также при работе печи с недостаточным количеством дутья. Основными признаками периферийного хода являются повышенные температуры колошникового газа (на 40—60° С выше нормальной) и периферийных газов, одностороннее повышение температуры футеровки печи, снижение на периферии содержания диоксида углерода в газе по радиусу колошника. При периферийном ходе резко ухудшается использование тепловой и химической активности газов, периферийный поток газа приводит к преждевременному разгару футеровки печи, перегреву и выходу из строя холодильников, перегреву кожуха печи. Резко снижается безопасность процесса, в результате прорыва кожуха печи и выброса шихтовых материалов на литейный двор возникают экстремальные отклонения.

Канальный ход — это нарушение процесса, при котором основная масса газов движется в одном секторе печи, сопротивление шихты в котором минимальное. Канальный ход возникает вследствие увеличения содержания мелочи в шихте, неправильного распределения материалов на колошнике, неравномерного распределения дутья по фурмам. Основными признаками образования канала являются: различие температур колошникового газа на отдельных газоотводах,

10

резкие колебания давления дутья, понижение содержания углекислого газа по радиусу колошника в районе канала. Канальный ход сопровождается неравномерным опусканием шихты с подстоями и провалами.

Загромождение горна—это нарушение процесса, связанное с обильным выделением графита при неустойчивом нагреве или скоплении больших количеств коксовой мелочи. Причиной загромождения горна могут быть также продолжительная работа печи с периферийным газовым потоком, охлаждение горна в результате длительной работы печи с частыми осадками и применение чрезмерно большого расхода природного газа, попадания воды в печь и т д.

Основным признаком загромождения горна является снижение скорости опускания шихты перед выпуском чугуна: в период выпуска чугуна шихта опускается быстрее обычного, возрастают давление дутья и перепад давлений между фурмами и колошником, снижается физический нагрев чугуна, увеличивается выход графита и коксовой мелочи во время выпуска чугуна. При загромождении горна шихтовыми материалами уровень чугуна в горне повышается, что приводит к прогару шлаковых и воздушных фурм. В связи с тем, что фурмы охлаждаются водой, прогар, как правило, сопровождается взрывом, в результате чего резко повышается опасность травмирования обслуживающего персонала. Нарушения доменного процесса, связанные с изменениями физико-химических параметров, приводят к изменению технологии плавки, влияют на техническое состояние агрегата и безопасность обслуживающего персонала. Следствием нарушений являются образование гарнисажа, разгар кладки шихты, прогар холодильников, разрыв кожуха печи, перегрев засыпного аппарата, загромождение горна, горение фурменных приборов, заливка фурм шлаком, горение шлаковых леток. Это приводит к выделению через неплотности кладки и кожуха доменного газа, попаданию в печь воды, сокращению длины чугунной летки, аварийным прогарам фурм и шлаковых фурмочек, выбросам раскаленных масс через разрывы кожуха, засорению канала летки коксовым мусором во время выпуска чугуна. Все эти явления могут явиться причиной несчастных случаев.

Устранение нарушений

Для устранения нарушений доменного процесса принимают разнообразные меры. Как правило, максимальный эффект получают в том случае, если расстройство хода доменной печи выявлено в начальной стадии и принимаемые меры воздействуют на факторы, вызвавшие нарушение нормального хода процесса

Основные меры ликвидации канального хода — перераспределение материалов на колошнике, обеспечивающее равномерное распределение дутья по фурмам. При канальном ходе в район канала с помощью распределителя загружают увеличенное количество рудных материалов. Для выравнивания грузового потока используют также метод загрузки материалов на большой конус при открытом малом. Куски шихты, попадая на наклонную поверхность приемной воронки, скатываются по параболам, направленным в сторону скипового подъемника, и основная масса

11

материала сосредоточивается на большом конусе в той его части, которая находится на противоположной стороне от места высыпания шихты из скипа. Если указанные меры не дают результатов, производят глубокую осадку печи с выдержкой 3—5 мин при давлении дутья 19,6—29,4 кПа. Такую осадку делают в конце выпуска или сразу после выпуска чугуна. При осадке происходит перераспределение материалов и канал засыпается. Иногда в период ликвидации канального хода закрывают одну или две фурмы со стороны канала, а после выравнивания хода открывают.

При сильном развитии канального распределения газов возникают подвисания, провалы и обрывы шихтовых материалов. При подвисаниях шихты прекращают подачу кислорода и уменьшают расход природного газа, снижают количество дутья, а при повышенном и нормальном нагреве печи понижают температуру дутья и увеличивают его влажность. Если движение шихты не возобновляется, делают принудительную ее осадку, иногда несколько раз подряд. Перед осадкой выпускают верхний шлак, а при снижении давления дутья наблюдают за состоянием воздушных фурм и принимают меры по предотвращению заливки их шлаком.

В результате осадок в горн приходят плохо подготовленные материалы, причем после каждой последующей осадки значительно снижается уровень засыпи. Поэтому для поддержания нормального нагрева печи загружают холостые подачи кокса, количество которых определяют в зависимости от теплового состояния печи. После восстановления отхода шихты в течение 30—40 мин увеличивают расход дутья до нормального.

Для выравнивания хода печи, если провалы и обрывы вызваны ухудшением качества сырых материалов, временно разгружают периферийную зону печи путем изменения системы загрузки, уменьшают расход дутья. При «запущенном» ходе печи с провалами и обрывами шихты иногда производят осадку шихты путем резкого снижения давления до 29,4—19 МПа.

При выявлении периферийного потока газов на ранней стадии постепенно увеличивают рудную нагрузку на периферии путем соответствующего изменения системы загрузки, уменьшения коксовой подачи или понижения уровня засыпи.

Для предотвращения загромождения горна при работе на коксе с низкой механической прочностью принимают меры по поддержанию ровного нагрева печи, хорошего распределения газового потока, устанавливают тщательный контроль за охлаждением печи, не допускают попадания воды в печь. Рекомендуется периодически по установленному графику производить «промывку» горна путем загрузки в печь марганцевой руды или сварочного шлака. Печи, выплавляющие литейный чугун, периодически один раз в 3—4 месяца переводят на несколько суток на выплавку передельного чугуна.

При выпуске чугуна хорошо продувают печь через чугунную летку. Если принимаемые меры не предотвращают загромождения горна, то, кроме загрузки промывочной шихты, понижают основность шлака, повышают содержание кремния и марганца в чугуне, уменьшают содержание кислорода в дутье и увеличивают его

12

количество, сокращают расход природного газа. Для ускорения расплавления и удаления из печи тугоплавких масс повышают температуру в осевой части горна, что достигается при некотором развитии центрального хода процесса путем уменьшения величины подачи и применения систем загрузки, увеличивающих шихтовую нагрузку на периферию печи.

При устойчивой тенденции к разогреву печи повышают рудную нагрузку. Снижению нагрева способствует повышение содержания влаги в дутье. Однако при высокой основности увеличение влажности дутья может привести к загустению шлаков и подвисанию шихты на горячем ходу. В этом случае, как показывает практика, целесообразно снизить температуру дутья.

В начале похолодания печи уменьшают содержание влаги в дутье, понижают рудную нагрузку и дают холостые подачи, стремясь сохранить подвисание шихты. Этого достигают путем развития периферийного потока газов. Если похолодание усиливается и ход печи становится неровным, постепенно уменьшают расход дутья, снижая его порциями по 50—100 м3/мин с соответствующим сокращением расхода природного газа. Для сохранения в горне хорошего дренажа жидких продуктов плавки понижают основность шлака. Появление шлака на фурмах при значительных похолоданиях является опасным явлением, которое может привести к прогару воздушных фурм. При такой ситуации принимают меры по обеспечению максимального выпуска шлака через шлаковые и чугунные летки, исключают принудительные осадки, так как при наличии шлака это неизбежно приведет к прогару воздушных фурм и сопел и возникновению экстремальных отклонений процесса.

Экстремальные отклонения

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 физикохимических факторов относятся гидравлические и гидростатические напряжения,

13

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

14

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

15

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