11.05.2018

Стойкость воздушных фурм доменных печей


Несмотря на усилия доменщиков-эксплуатационников, а также научно-исследовательских и проектных институтов, проблема повышения стойкости фурм доменных печей до сих пор полностью не решена. Согласно статистическим данным, ежегодно на заводах России выходит из строя по 9—11 тыс. воздушных и столько же шлаковых фурм; потери производства составляют при этом 400—500 тыс. т чугуна.

Воздушные фурмы работают в наиболее тяжелых условиях (рис. 112): находясь в зоне максимальных температур, они подвергаются непрерывному истирающему действию шихтовых материалов и периодическому попаданию на охлаждаемую поверхность продуктов плавки с температурой >1400°С.

Воздушные фурмы выходят из строя под действием многочисленных факторов, кратко описанных ниже.

Их можно объединить в следующие группы.
Технологические факторы, определяемые существом доменного процесса:

1) постоянно действующий абразивный износ фурмы, выдвинутой в горн печи за пределы огнеупорной кладки, движущейся шихтой, протекающий в условиях высоких температур;

2) периодическое попадание на фурму жидких продуктов плавки, вызывающее проплавление стенки.

Конструктивно-эксплуатационные факторы:

1) технический брак при изготовлении и недостатки конструкции;

2) неправильная организация снабжения водой охлаждающей полости;

3) низкое качество охлаждения из-за наличия солей жесткости.

Практика показывает, что, несмотря на тяжелые условия работы, существующие конструкции воздушных фурм по своим техническим возможностям при нормальных условиях способны обеспечить непрерывную работу в течение длительного времени, достигающего на отдельных заводах 1,5 года.

Под нормальными условиями понимают отсутствие технического брака при изготовлении, хорошее качество охлаждающей воды, исключающее отложения накипи и зашламление полости охлаждения, ровный ход печи, сокращающий вероятность попадания жидкого чугуна на поверхность фурм.

Принято считать, что стойкость фурм можно увеличить совершенствованием технологического процесса. Даже на тех заводах, где эти условия более или менее соблюдаются (КМК, Череповецкий металлургический завод) и где отмечена рекордная стойкость фурм, основной причиной выхода их из строя является прогар от попадания жидкого чугуна и в меньшей мере истирание шихтой. Воздушные фурмы доменных печей выходят из строя главным образом из-за прогара стенок при попадании на ее поверхность жидкого чугуна — в среднем 70—75% от общего числа замененных фурм (рис. 113).
Выход фурм из строя в результате попадания жидкого чугуна в большой мере зависит от ровности хода доменной печи, определяемого рядом технологических факторов. К ним относятся уровень подготовки шихты и качество кокса, соблюдение технологических норм веления доменной плавки, конструктивные факторы, связанные с состоянием кладки, колошниковой защиты, холодильников печи и т.д.

Горение фурм в значительной степени определяется физическими свойствами шлака, зависящими от его химического состава и теплового состояния горна.

С уменьшением жидкотекучести шлака нарушается нормальное его стекание в горн и затрудняется проникновение капель чугуна через шлаковый расплав, особенно при замусоренном горне вследствие низкого качества кокса. При этом уровень жидких фаз в различных местах периметра печи может получаться неравномерным, и при контакте с жидкими фазами фурмы прогорают.

При расстройствах хода доменных печей, сопровождаемых частыми обрывами шихты, может происходить всплескивание жидких продуктов плавки, в результате чего значительные их массы попадают на стенки фурмы.

Прогар фурмы может произойти вследствие попадания на ее поверхность не только чугуна, но и шлака, так как шлаки в зоне фурм в значительной степени обогащены железом в виде запутавшихся корольков чугуна и FeO. Это весьма вредно сказывается на состоянии фурм.

Например, при исследовании причин прогара фурм на Коммунарском металлургическом заводе установлено, что кривая, характеризующая этот процесс, полностью совпадала с кривой изменения основности шлаков.

Все перечисленные причины относятся к технологическим факторам, которые являются следствием хода доменной печи; многие из них трудноустранимы, даже при четкой работе всех участков доменного цеха.

Наиболее уязвима для стекающих чугуна и шлака верхняя поверхность «высова», так как к основным тепловым нагрузкам здесь добавляется тепловой удар капель.

Часто воздушные фурмы прогорают в носовой части от соприкосновения с чугуном, подходящим в больших количествах снизу.

Исследование микрошлифов, взятых на разном удалении от мест прогара фурм, показало, что заметного образования окисных пленок не наблюдается и что механизм прогара заключается в том, что при попадании на стенку фурмы чугуна фурма мгновенно проплавляется.

Воздушные фурмы на многих заводах выходят из строя вследствие конструктивных и эксплуатационных дефектов, к которым относятся недостаточная толщина передней части и стенок фурмы, несовершенная конфигурация передней части фурмы, применение листов неодинаковой толщины для внутреннего и наружного корпусов фурмы, применение некачественной меди с большим содержанием железа и других компонентов.

Небольшая толщина передней части фурмы (5—6 мм), даже при устойчивой тепловой работе, не обеспечивает достаточной стойкости воздушных фурм против истирания.

Увеличение толщины стенок носовой части фурмы, кроме повышения износостойкости, будет способствовать также улучшению тепловой работы фурмы при попадании на ее поверхность небольших масс чугуна за счет растекания тепла.

Согласно технологии изготовления воздушных фурм на ряде заводов после сварки корпусов в носовой части часто остаются карманы и острые углы, которые в процессе работы засоряются, заполняются накипью, что значительно ухудшает теплообмен и приводит к образованию внутренних напряжений, к появлению трещин.

Кроме того, в результате ухудшения теплообмена носок фурмы легко прогорает в результате воздействия небольших количеств жидкого чугуна.

Во время сборки, если толщина листа наружного и внутреннего корпусов фурмы неодинакова, образуются разные по высоте кромки забортованных корпусов, вследствие чего необходимо перезатягивать болты, крепящие наружный фланец к внутреннему.

При большой разности в толщинах корпусов это не всегда удается, а фурма после нескольких ударов соплом при постановке в печь может дать течь по фланцу. Чтобы устранить этот дефект, необходимо для изготовления корпусов одной и той же фурмы применять медные листы одинаковой толщины или подрезать торец фурмы после забортовки на стенке.

Применение некачественной меди с большими примесями железа и других компонентов (как показал качественный и количественный анализ медных образцов) значительно ухудшает тепловую работу фурм за счет снижения теплопроводности меди, а также приводит к образованию трещин в местах загибов корпусов, иногда даже при изготовлении фурмы.

В настоящее время на доменных печах многих заводов работают воздушные фурмы с толстостенным штампованным носком (толщина носка достигает 30 мм). Такая толщина носка и его конфигурация способствуют удлинению сроков службы воздушных фурм, но не спасают их от прогаров при соприкосновении с жидким чугуном. На стойкость воздушных фурм большое влияние оказывает способ подвода охлаждающей воды. На доменных печах многих заводов подача воды в полость охлаждения фурм осуществляется с помощью трубки произвольного сечения, не доходящей до носка фурмы на 100—250 мм. В зависимости от длины этой трубки и конфигурации носка фурмы наблюдается различное движение жидкости в полости охлаждения.

Для исследования этого движения, а также замеров скоростей воды в полой воздушной фурме, была сделана модель из органического стекла в масштабе 1:1. Для визуального наблюдения распределения потоков воды в различных точках в фурму вводили краску.

Было выяснено распределение потоков воды в полой воздушной фурме в зависимости от величины погружения подводящей трубки в полость фурмы.

Для предотвращения образования застойных зон необходимо трубу подвода воды углубить в фурму на такое расстояние, чтобы между торцом «рыльной» части фурмы с внутренней стороны и концом трубы оставался просвет в 150—200 мм.

Замеры скоростей воды в различных точках полой фурмы показали, что эти скорости лежат в интервале 0,05—0,2 м/сек (при средних расходах воды на фурму 15—20 м3/ч).

Ухудшению теплообмена способствует также образование накипи, выделяющейся на стенках фурмы при применении жесткой воды.

Отложение накипи и загрязнение фурм, происходящее чаще весной и осенью в периоды половодья, приводят к неравномерной тепловой работе и, как следствие, к появлению трещин, сокращению срока службы фурм.

Качество охлаждающей воды имеет огромное значение ввиду того, что несмотря на относительно большой расход воды, подаваемой на каждую фурму (до 20 м3/ч), и небольшой ее нагрев (в среднем не выше 15°С), отвод тепла от стенок осуществляется благодаря поверхностному кипению.

Поэтому наличие солей жесткости приведет к неизбежному отложению их на стенках, ухудшению отвода тепла и сокращению длительности работы при прочих равных условиях.





Яндекс.Метрика