yandex.metrica
Электрометаллургия

Стеновые фурмы

Более эффективна система подачи кислорода и углеродсодержащих порошков в расплав в нескольких местах стеновыми водоохлаждае­мыми фурмами. Фурмы для введения кислорода и углеродистых по­рошков устанавливают в медных «скоростных» панелях, расположен­ных в нижней части стеновой водоохлаждаемой панели (рис. 5.4). Фурмы для подачи порошков кокса или угля обычно размещают рядом с кислородными фурмами или ниже их. Истечение кислорода из кисло­родной фурмы осуществляется через сопло Лаваля, что обеспечивает сверхзвуковую скорость струи кислорода на выходе из фурмы и соот­ветственно достаточную глубину проникновения струи в расплав и хо­рошее его перемешивание. Конструкции стеновых кислородной фурмы и фурмы для подачи порошка угля или кокса показаны на рис. 5.5.

Установка фурм в стеновой панели Фурмы для вдувания углеродсодержащего порошка (а) и кислородная(б)

В последние годы на современных дуговых печах вместо стеновых кислородных фурм часто устанавливаются комбинированные фурмы-горелки. Комбинированная фурма-горелка представляет со­бой комбинацию газокислородной горелки и кислородной фурмы (рис. 5.6). В такой фурме-горелке подача кислорода и регулирование его расхода осуществляются по двум независимым трактам.

Комбинированная фурма-горелка

Характерной особенностью работы комбинированной фурмы-горелки является режим подачи кислорода в ванну в когерентной струе. Когерентная струя кислорода получается следующим образом: основной поток кислорода по оси сопла направлен в ванну и окружен потоком природного газа по внешнему контуру сопла. Окружающий струю кислорода природный газ выполняет роль своеобразной рубаш­ки и уменьшает подсос газов в основную кислородную струю, благо­даря этому обеспечивается сверхзвуковая скорость кислородной струи на большом (до 1,5…1,8 м) расстоянии от сопла фурмы. Такая ско­рость обеспечивает глубокое проникновение струи кислорода в рас­плав, усиливает его перемешивание, ускоряет окисление компонентов металла и повышает эффективность использования кислорода.

Комбинированные фурмы-горелки выполняют в современной ду­говой печи следующие операции: подогрев шихты при работе в режи­ме горелок, подрезка нагретой шихты кислородом, вспенивание шлака и обезуглероживание металла. В начале плавки фурма-горелка работа­ет в режиме газокислородной горелки, нагревая и частично оплавляя лом в зоне своего действия. Затем расход газа уменьшается, а расход кислорода увеличивается, и начинается «мягкая» продувка кислоро­дом, чтобы обеспечить подрезку лома в пределах действия фурмы. Ра­бота в таком режиме обеспечивает быстрое проплавление лома в зоне действия горелки и создает условия для «жесткой» продувки расплава со сверхзвуковой скоростью и быстрого обезуглероживания металла, исключая угрозу рикошета струи кислорода от нерасплавившегося ло­ма на стеновые панели. Одновременная подача в расплав углеродсо­держащего порошка обеспечивает поддержание пенистого шлака.

Тепловая мощность одной фурмы-горелки обычно колеблется в пределах 3…5 МВт, расход кислорода во время продувки составляет 1500…2500 м3/ч. Возможная интенсивность подачи углеродсодержа­щего порошка в расплав — в пределах 30…80 кг/мин. Общее количест­во кислорода и углеродсодержащего порошка, вводимых через фурмы, зависит от состава шихты и требуемого содержания углерода в метал­ле перед выпуском плавки.

Чтобы исключить забивание сопел комбинированных фурм-горелок брызгами металла и шлака в периоды отключения фурм, через каждую из них постоянно вдувают природный газ с интенсивностью 100 м3/ч и кислород с интенсивностью 200 м3/ч. Через каждую от­ключенную «угольную» фурму подается сжатый воздух с интенсивно­стью 100… 150 м3/ч.

Природный газ и кислород подаются к фурмам через вентильные стенды, оснащенные необходимой отсечной и регулирующей армату­рой, а также средствами измерения параметров энергоносителей. Управление режимами работы комбинированных фурм-горелок произ­водится в ручном или автоматическом режиме.

Стеновые комбинированные фурмы-горелки размещают, как и сте­новые кислородные фурмы, в нижней части стеновых водоохлаждае­мых панелей (рис. 5.7). Известны случаи установки комбиниро­ванных фурм-горелок ниже уровня водоохлаждаемых панелей, на уровне шлакового пояса футеровки (KT-система, Koster Technology). Фурмы для подачи углеродистого порошка также располагают в зоне шлакового пояса внутри огнеупорной футеровки стен (рис. 5.8). Такие фурмы обеспечивают снижение расхода кислорода и углеродистого порошка при выплавке стали благодаря близкому расположению к расплаву и лучшему усвоению ванной кислорода и углерода. Возмож­ность близкого к расплаву расположения сопел фурм обеспечивается за счет безопасной системы охлаждения при расходе охлаждающей воды менее 1,5 м3/ч на одну фурму.

Установка комбинированной фурмы-горелки в стеновой панелиУстановка фурмы для вдувания углеродсодержащего порошка в стене ДСП

Обычно на 100-…125-тонных дуговых сталеплавильных печах ус­танавливают три-четыре комбинированные фурмы-горелки и две-три фурмы для подачи порошка углерода. Схема установки комбинирован­ных фурм-горелок и фурм для подачи порошка углерода на 120-тонной отечественной дуговой печи показана на рис. 5.9.

Схема установки стеновых средств интенсификации плавки на 120-тонной ДСП

Углеродсодержащий порошок, вводимый в рабочее пространство печи (в шлаковый расплав), расходуется в основном на восстановление оксидов железа печного шлака. Их содержание в печном шлаке прак­тически поддерживается на одном уровне за счет непрерывного окис­ления железа шихты вдуваемым в металлический расплав кислородом. В результате протекания реакции (FеО) + С → Fе + СОгаз — Q в шлаке образуется большое количество мелких пузырьков СО, шлак вспени­вается, объем шлака увеличивается, мощные длинные дуги в значи­тельной степени экранируются, перераспределяются тепловые потоки в рабочем пространстве печи. Увеличивается доля тепла, передаваемо­го от дуг непосредственно расплаву, и соответственно уменьшается количество тепла, излучаемого дугами в свободное пространство и на футеровку печи. Доля тепла дуг, усваиваемого непо­средственно расплавом, с 40 % при работе без вспенивания шлака уве­личивается до 90 % при работе с вспененным шлаком. По нашему мнению, значения доли тепла, усваимого ванной, нуждаются в уточнении.

Следует отметить, что слишком большое увеличение содержания оксидов железа в печном шлаке (∑FеО > 25…30%) крайне нежела­тельно, так как при этом снижается температура плавления шлака и его вязкость, затрудняется вспенивание шлака, усиливается агрессив­ное воздействие шлака на огнеупорную футеровку печи. Если увели­чение содержания оксидов железа шлака происходит за счет окисления железа шихты газообразным кислородом, то снижается и выход годно­го металла. Поэтому при интенсивной подаче кислорода в печь прихо­дится увеличивать количество вдуваемого в рабочее пространство уг­леродсодержащего порошка. Кроме того, при содержании углерода в металлическом расплаве 0,3 % и больше основной печной шлак, содержащий 20…25% оксидов железа, способен с заметной скоростью окислять углерод металла по схеме (FеО) + [C] → Fе + СОгаз. В ре­зультате уменьшается содержание углерода в металле и количество оксидов железа в шлаке и требуется корректировка интенсивности по­дачи углеродсодержащего порошка и кислорода в печь. В течение окислительного периода плавки за короткое время существенно меня­ется распределение вводимого в расплав кислорода по статьям его рас­хода. В начале окислительного периода при достаточно высоком со­держании углерода в металле большая часть введенного кислорода расходуется на окисление углерода металла, а немного кислорода рас­ходуется на окисление железа. В конце периода при низком содержа­нии углерода в расплаве в связи с трудностями окисления углерода большая часть введенного кислорода расходуется на окисление железа и повышение количества оксидов железа шлака. Сказанное достаточно наглядно иллюстрируется рис. 5.10. В прин­ципе для уменьшения угара железа по ходу окислительного периода следовало бы уменьшить расход кислорода, но без принятия мер для улучшения перемешивания расплава это приведет к увеличению дли­тельности окислительного периода и некоторому уменьшению произ­водительности печи. В большинстве случаев такой прием не применя­ется.

В связи с тем, что реакция восстановления оксидов железа шлака порошком углерода идет с поглощением тепла, значительный допол­нительный приход тепла от экзотермических реакций в современной сверхмощной дуговой печи получается за счет окисления значительно­го количества железа шихты (при довольно большом приходе тепла за счет прямого окисления кислородом углерода шихты). В результате выход годного металла при плавке в современных дуговых печах обычно составляет 90…92% от массы загруженных железосодержа­щих материалов. Если принять содержание железа в ломе равным 98%, можно утверждать, что 6…8% железа шихтовых материалов теряется во время плавки, причем значительное количество железа теряется именно за счет интенсификации плавки. С электропечной пылью выносится из печи до 1,5 % железа шихты. При кратности печ­ного шлака порядка 0,10…0,12 и среднем содержании оксидов железа в шлаке 25 % в виде оксидов железа шлака теряется до 2,5 % железа шихты. Остальные 2…3 % железа шихты теряются в виде корольков и скрапин металлического железа, содержащихся в шлаке. Поэтому весьма актуальной становится проблема вторичного использования железа, содержащегося в печных пыли и шлаках.