Спирин Н.А., Лавров В.В. Информационные системы в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-15

лать частые остановки доменной печи. В конечном итоге центральная часть

столба шихты становится практически непроницаемой для газов и создается так

называемый "химический холодильник".

Причины появления канального газового потока разнообразны: неров-

ный ход доменной плавки, ухудшение качества шихтовых материалов, увеличе-

ние мелочи (фракции 0-5 мм) в железорудном материале, снижение механиче-

ской прочности кокса

, несоответствие гранулометрического состава шихты

дутьевому режиму плавки, длительная работа доменной печи на воздушных

фурмах, частично залитых шлаком, неравномерное распределение дутья по воз-

душным фурмам, нарушение графика выпусков и т.д.

Тренд основных параметров доменной плавки при канальном газовом

потоке представлен на рис. 8.4.

Возникновение канального хода газов в печи сопровождается изменени

ем давления горячего дутья – оно становится непостоянным и резко колеблю-

щимся с отклонением от среднего значения в пределах 0,1-0,2 атм (10-20 кПа).

Из-за уменьшения газодинамического сопротивления столба шихты при

возникновении канального газового потока расход дутья самопроизвольно воз-

растает. Показания термопар, регистрирующих температуру колошникового газа

в газоотводах, имеют большой разброс (100-200 °С и

более). Они перестают пе-

ресекаться, при этом среди точек начинают выделяться, смещаясь в область вы-

соких температур, те точки, которые расположены ближе к "каналу".

Нарушается постоянство температур в отдельных точках по периферии

печи, увеличивается разность температур периферийных газов, а кривые темпе-

ратур меняют свой температурный уровень и, перемещаясь, могут менять вза

имное расположение.

Уровень материалов, фиксируемых зондами, становится непостоянным и

различным по сечению печи, а со стороны расположения "канала" появляются

провалы зондов: они уходят "без меры".

Давление колошникового газа становится неровным, появляются "верх-

ние пики", возникающие в моменты опускания подач, а также и независимо от

этого, вследствие чего на диаграмме исчезают "

нижние пики".

Общее содержание СО

в колошниковом газе уменьшается, а на диа-

грамме содержания СО

по радиусу (диаметру) колошника появляются миниму-

мы (впадины), если плоскость отбора проб газа проходит вблизи канала. Воз-

душные фурмы в районе канала работают интенсивно, но холодно. На них пе-

риодически появляются куски неподготовленного материала. Во время выпуска

расплавов из печи наблюдаются значительные колебания нагрева жидких про-

дуктов плавки.

Меры борьбы

с канальным ходом газа предусматривают уменьшение за-

грузки периферийной зоны печи железорудными материалами путем изменения

системы загрузки. Постепенно следует увеличивать рудную нагрузку в районе

канала путем укладки коксовых гребней по всему оставшемуся периметру ко-

лошника. Если принятые меры не приводят к ликвидации канального движения

газа, то необходимо осуществить кратковременное глубокое снижение

расхода

дутья, затем опустить уровень засыпи, догрузить доменную печь коксом до за-

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-16

данного уровня и постепенно раздувать печь с пониженным (против обычного)

перепадом давления газа.

Рис. 8.4. Тренд параметров при развитии канального газового потока

Перекос поверхности шихты на колошнике печи

При перекосе шихты в доменной печи наблюдается неравномерная теп-

ловая и восстановительная работа газа по сечению печи, происходит также од-

носторонний разгар огнеупорной кладки.

Перекос уровня шихты является результатом установившегося неравно

мерного распределения материалов и газов по сечению печи. Это может быть

вызвано рядом причин: неправильной центровкой загрузочного устройства, дли-

тельной работой печи с неисправной вращающейся воронкой распределителя

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-17

шихты (ВРШ), неравномерным распределением дутья и природного газа по воз-

душным фурмам, заливкой шлаком воздушных фурм и др.

На шомпольных диаграммах фиксируются различные уровни шихты.

Увеличивается разность температур в показаниях термопар, регистрирующих

температуру периферийных газов. Кривые температур газа в газоотводах пере-

стают перемешиваться и идут обособленными линиями. Ширина ленты разброса

температур

колошникового газа значительно увеличивается. Кривые изменения

диоксида углерода по радиусу колошника имеют значительные отличия. При

водяном охлаждении шахты в местах интенсивного развития газового потока

температура выходящей из холодильников воды повышается.

Обычно меры борьбы с перекосом шихты в печи сводятся к следующе-

му. Очистить залитые шлаком воздушные фурмы. Установить углы поворота

ВРШ таким образом, чтобы гребни материалов, сформированные на малом и

большом конусе, попадали в сторону пониженного уровня шихты. Если выше-

приведенные меры не дадут положительного результата, то на выпуске чугуна

следует приостановить загрузку печи на 5–10 минут, затем снизить давление ду-

тья (до 0,2–0,3 атм), догрузить печь до нормального уровня и осуществлять мед

ленную раздувку печи.

Нарушения теплового состояния доменной плавки

Признаки и методы борьбы с холодным ходом доменной плавки

Похолодание печи обусловлено уменьшением прихода тепла или факто-

рами, связанными с дополнительным расходом тепла или снижением степени

использования тепловой энергии. Такими причинами могут быть, в частности:

ухудшение восстановимости железорудного материала или увеличение

содер-

жания в нем мелочи (фракция 0-5 мм), ухудшение качества кокса, применение

нерациональной загрузки печи, приводящее к периферийному или канальному

газовому потоку, длительная работа печи с пониженным уровнем засыпи, систе-

матическое попадание воды в печь, ошибки при наборе и взвешивании компо-

нентов шихты, длительная работа печи с осадками шихты и др.

Основные

признаки холодного хода доменной плавки сводятся к сле-

дующему (рис. 8.5).

• Давление горячего дутья плавно уменьшается до определенного предела, а

затем резко увеличивается из-за снижения нагрева печи, нарушения режима

шлакообразования.

• Первоначально при развитии холодного хода доменной плавки наблюдается

снижение нижнего перепада давления газа.

• Расход дутья первоначально имеет

тенденцию самопроизвольного повыше-

ния, а затем резкого снижения.

• Скорость опускания шихты на колошнике (число срабатываемых подач) пер-

воначально увеличивается из-за самопроизвольного роста расхода дутья и

из-за увеличения расхода кокса на прямое восстановление оксидов железа

вследствие похолодания и возрастания степени прямого восстановления.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-18

Затем на шомпольных диаграммах фиксируется снижение числа сработан-

ных подач, появление подстоев шихты с последующим ее обрывом.

Рис. 8.5. Тренд параметров при похолодании доменной печи

• Температура колошникового и периферийных газов снижается. Вынос ко-

лошниковой пыли вследствие уменьшения температуры газа, снижение его

объема и скорости движения сокращаются.

• Нагрев шлака снижается. Понижается его основность, он меняет свой цвет,

становится

черным вследствие возрастания в нем монооксида железа (FeO).

При взятии шлака на "пику" наблюдается образование длинных нитей.

• На воздушных фурмах периодически появляются неподготовленные шихто-

вые материалы, состоящие из невосстановленных оксидов железа, первич-

ного шлакового расплава и мелких кусков кокса.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-19

• Содержание кремния и марганца в чугуне уменьшается, а содержание серы

возрастает. Увеличивается густота искр над поверхностью зеркала чугуна и

уменьшается высота этих искр над поверхностью расплава. При выпуске

верхнего шлака наблюдается наличие мелких искр, что указывает на ухуд-

шение процесса разделения металла и шлака из-за роста его вязкости.

•

При дальнейшем развитии похолодания шихтовые материалы начинают не-

прерывно подвисать, обрываясь на ходу доменной плавки. В период подви-

саний очень опасно появление на воздушных фурмах железистого шлака,

поскольку увеличивается вероятность заливки фурм шлаком с прогаром со-

пел и с неизбежными остановками доменной печи. Главной заботой техно-

логического персонала, ведущего доменную

плавку, должно быть предот-

вращение подвисаний всеми доступными средствами, в частности ценой

большой временной потери производительности печи.

При первых признаках похолодания необходимо принять следующие

меры:

• Если имеется возможность повышения температуры горячего дутья,

то необходимо ее увеличение до максимального значения.

• Уменьшить влажность дутья вплоть до полного прекращения подачи

пара.

•

Уменьшить расход природного газа и технологического кислорода с

расчетом выхода значений теоретической температуры горения не

выше 2200 °С.

• Уменьшить рудную нагрузку путем добавки кокса в подачу. Если по-

холодание развивается дальше, то целесообразно дать кокс в виде

"холостых" подач.

• Для предотвращения холодных подвисаний запрещается изменение

системы загрузки, уровня засыпи

и иные приемы регулирования хода

доменной плавки "сверху". Запрещается также увеличивать расход

известняка.

Признаки и меры борьбы с горячим ходом доменной плавки

Причины излишнего нагрева печи прямо противоположны похолоданию

доменной плавки. Отклонение доменной плавки в сторону разогрева менее

опасно, чем похолодание. Но, тем не менее, – это нарушение нормального ре-

жима плавки, которое приводит к уменьшению производительности печи и рос-

ту удельного расхода топлива.

Основные признаки разогрева доменной печи сводятся к следующему

(рис. 8.6):

• Постепенно повышаются общий и нижний перепады давления газов, а

также и давление горячего дутья.

• Сход шихтовых материалов в печи замедляется, и если не принимать

мер

к снижению перепада давления газа, то появляются обрывы ших-

ты и неустойчивое положение уровня шихты в печи.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-20

• На диаграмме давления колошникового газа появляются "верхние пи-

ки", что является признаком прорывов газа через слой шихты в мо-

менты ее подвисаний и обрывов.

• Температуры колошникового и периферийных газов увеличиваются.

Яркость свечения фурм возрастает, но интенсивность циркуляции

кусков кокса замедляется. Содержание диоксида углерода (СО

) в ко-

лошниковом газе возрастает.

Рис. 8.6. Тренд параметров при разогреве доменной печи

• Возрастает содержание кремния и марганца в чугуне, уменьшается

содержание в нем серы, возрастает температура и основность шлака.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-21

При признаках разогрева необходимо принять следующие меры:

• Если нарушение плавки обнаружено своевременно, то для ликвидации ра-

зогрева печи достаточно ограничиться увеличением влажности дутья до

установленного верхнего предела. Это является полезным и для предот-

вращения подвисаний шихты.

• Если увеличение влажности дутья недостаточно, то для ликвидации разо-

грева печи рекомендуется временное

снижение температуры дутья на 50°С

и более с постепенным ее восстановлением по мере исчезновения призна-

ков подвисания.

• Если установлено, что действие фактора, вызвавшее разогрев печи, имеет

длительный характер, то необходимо увеличить рудную нагрузку.

Нарушение ровного схода шихты в доменной печи

Подвисание шихтовых материалов в доменной печи (рис. 8.7)

Подвисанием шихты в доменной печи называют прекращение ее дви-

жения (схода) или временную задержку с последующим возобновлением дви-

жения. Подвисание шихты – одно из самых распространенных видов расстрой-

ства доменной плавки, часто имеющих тяжелые последствия (потеря произво-

дительности печи, выпуск бракованной продукции). Тяжелые случаи подвиса-

ний могут быть причиной повреждения отдельных конструкций

доменной пе-

чи. Подвисание шихты является следствием нарушения нормального распреде-

ления материалов и газов в печи, теплового состояния и шлакового режима

плавки вследствие ухудшения качества железорудных материалов и кокса, пе-

регрузки периферийной зоны печи рудной составляющей, чрезмерной основ-

ности шлака. Это может быть следствием разогрева или значительного похоло-

дания доменной

плавки, загромождения горна, а также развития канального га-

зового потока. Подвисанию материалов в печи обычно предшествует неровный

ход печи. По своему характеру подвисания разделяются на "верхние" и "ниж-

ние".

Верхние подвисания шихты в доменной печи

Эти подвисания, как правило, связаны с увеличением мелочи в железо-

рудных материалах, а также с

ухудшением механической прочности кокса.

Признаками верхнего подвисания являются (см. рис. 8.7, а):

• возрастание верхнего и общего перепадов давления газа;

• резкое возрастание давления горячего дутья на 0,1-0,3 атм (10-30 кПа)

против нормального;

• резкое замедление или полное прекращение схода шихты после не-

скольких обрывов;

• увеличение содержания диоксида углерода в колошниковом газе;

• температура газов в газоотводах первоначально снижается, затем

медленно растет;

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-22

• увеличение температуры и уменьшение разброса показаний перифе-

рийных термопар;

Рис. 8.7. Тренд параметров при верхнем (а), нижнем (б) подвисании шахты

• воздушные фурмы работают интенсивно и в большинстве случаев

равномерно.

Меры по ликвидации верхнего подвисания шихты заключаются в сле-

дующем:

• снизить температуру горячего дутья на 50–100 °С;

• уменьшить расход дутья для установления давления горячего дутья

на 0,1 атм (10 кПа) меньше по

сравнению с его давлением до момента

подвисания;

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-23

• если несмотря на принятые меры сход шихтовых материалов не во-

зобновляется, то через 10–15 минут от начала подвисания сделать ис-

кусственную осадку шихты;

• после восстановления схода шихты в печи следует постепенно вос-

становить количество дутья, поддерживая общий перепад давления

газов на 0,1-0,2 атм (10-20 кПа) ниже рабочего.

Нижние подвисания шихты в

доменной печи

Нижние подвисания чаще всего являются следствием нарушения тепло-

вого и шлакового режимов, в результате чего происходит ухудшение газопрони-

цаемости зоны шлакообразования вследствие потери подвижности шлака, воз-

растания объема зоны вязкопластичных масс и образования неблагоприятной

формы зоны когезии.

Признаки нижнего подвисания шихты в доменной печи следующие (см.

рис. 8.7, б):

• повышается общий и нижний перепад давления газов. Медленно по-

вышается давление горячего дутья в течение 1-1,5 часа перед подви-

санием;

• шомпольные диаграммы регистрируют многочисленные подстои

шихты с последующей осадкой материалов. В конечном итоге проис-

ходит полное прекращение схода материалов в печи;

• на диаграмме давления колошникового газа появляются "верхние

пи-

ки";

• кривая температуры колошникового газа имеет вид узкой зигзагооб-

разной ленты;

• воздушные фурмы во время нижних подвисаний работают вяло и не-

равномерно;

• движение шихты прекращается после одного или нескольких обры-

вов, при этом давление дутья быстро возрастает до величины на 0,2-

0,3 атм (20-30 кПа) выше нормального;

В зависимости

от нагрева печи подвисание может быть на горячем и хо-

лодном ходу доменной плавки.

Ликвидации нижних подвисаний на горячем ходу сводится к следующе-

му:

• уменьшить расход дутья с таким расчетом, чтобы снизить давление

горячего дутья на 0,1-0,2 атм (10-20 кПа) ниже того, которое было до

момента подвисания;

• увеличить влажность дутья;

•

изменить систему загрузки для развития периферийного газового по-

тока.

Холодные подвисания являются наиболее тяжелыми видами расстрой-

ства хода печи. Поэтому необходимо прилагать все усилия для того, чтобы за-

благовременно при появлении первых признаков этого расстройства предотвра-

тить его.

Глава 8. Экспертные системы в доменном производстве

8-24

Ликвидация нижних подвисаний на холодном ходу сводится к следую-

щему:

• при первых же признаках необходимо уменьшить расход дутья таким

образом, чтобы уменьшить давление горячего дутья на 0,1 атм (10 кПа)

против того, которое было до момента подвисания. Уменьшение расхода

дутья должно быть произведено в максимально короткий срок;

• загрузить в доменную печь

несколько холостых подач в зависимости

от теплового состояния печи;

• снизить рудную нагрузку;

• если несмотря на принятые меры возобновление схода шихты не про-

исходит, то через 15-20 минут сделать осадку шихты, непрерывно на-

блюдая за состоянием воздушных фурм, не допуская заливки их шлаком;

• при упорных подвисаниях шихты загрузить 5-8 холостых

подач, под-

держивая сниженный расход дутья. После повышения нагрева печи и по-

явления устойчивого схода шихты постепенно увеличивать расход дутья,

поддерживая перепад давления по высоте слоя шихты на 0,1-0,2 атм

(10-20 кПа) ниже рабочего значения.

Тугой ход доменной печи

Чрезмерное сокращение периферийного потока газов при недостаточной

газопроницаемости осевой зоны обычно становится

причиной неустойчивой ра-

боты доменной печи, склонной к подвисаням и подстоям. Подобное нерацио-

нальное газораспределение является результатом работы печи с пониженным

уровнем засыпи, применения излишне больших подач, нерациональной системы

загрузки, загрузки в печь шихтовых материалов с большим количеством мелочи.

Признаки тугого хода доменной печи сводятся к следующему (рис. 8.8):

• давление

горячего дутья повышается и становится неустойчивым;

• расход дутья уменьшается;

• давление колошникового газа становится неустойчивым, на диаграм-

ме появляются "верхние пики";

• возрастает общий перепад давления, а диапазон колебаний перепада

давления увеличивается;

• кривые температуры газа по газоотводам сходятся в узкую ленту, от-

дельные точки практически накладываются друг на

друга. Темпера-

тура периферийных газов понижается;

• сход шихты становится неравномерным, имеют место подстои шихты

и провалы шомполов;

• содержание диоксида углерода как на периферии, так и в осевой час-

ти печи на 2-4 % выше оптимального;

• интенсивность циркуляции кусков кокса на воздушных фурмах

уменьшается, и фурмы работают "вяло".

Для восстановления нормального

хода печи необходимо перейти на сис-

тему загрузки, разгружающую периферию без увеличения нагрузки на осевую

зону столба шихты.