124784 (Щелочная агрессия в доменной плавке)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Липецкий технический университет

Кафедра металлургии

Курсовая работа

По дисциплине: Металлургия

На тему: Щелочная агрессия в доменной плавке

Выполнил: студент

гр. ЭМ-07-1

Бондаренко Ю.А.

Проверил: к.т.н., доцент

Дудина В.А.

Липецк 2010

Содержание

Картотека периодических изданий по заданной тематике

Введение

Влияние щелочей на работу доменной печи

Распределение щелочных соединений в доменной печи

Влияние параметров доменной плавки на выход щелочей из доменной печи

Удаление щелочей из доменной печи через колошник

Способ доменной плавки щелочь - и цинкосодержащих руд

Заключение

Библиографический список

Картотека периодических изданий по заданной тематике

04.12-15В.89. Проявление щелочей в доменных печах ОАО "ММК". Щукин Ю. П., Терентъев В. Л., Мавров А. Л., Сединкин В. И., Гостенин В. А., Гридасов В. П.. Гибадулин М. Ф. Совершенствование технологии в ОАО "ММК": Сборник трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 7. Магнитог. Металлург. комб. Магнито горск: Магнитогор. дом печати. 2003, с. 30-41, табл. 3. Библ. 2. Рус.

Сокращение срока службы засыпных аппаратов доменных печей ОАО "ММК" закономерно. Одной из причин этого стало повышение температуры колошникового газа в течение последних лет на 32-133°С, в среднем по печам — на 80°С. Следствием этого стало перераспределение выхода щелочей и цинка через колошник и летки, повышение степени их накопления в зонах циркуляции в рабочем пространстве печей, а также и во внешнем контуре «аглофабрика-доменный цех» при утилизации шламов В этих условиях закономерно повышенное содержание щелочей и цинка в отложениях на деталях засыпного аппарата, в дефектных участках контактных поверхностей конуса и чаши. Меры борьбы с преждевременным износом контактных поверхностей засыпного аппарата заключаются не только в повышении их стойкости. Основные меры должны быть предприняты с целью уменьшения количества щелочей, находящихся или способных быть в свобод ном пространстве колошника в парообразном или жидком состоянии даже при сохраняющемся приходе их с шихтой. Для этого должна быть понижена температура колошникового газа как средняя, так и максимальная. Необходим возврат к прежним условиям тепловой работы колошника, что в настоящее время затруднительно. В создавшейся ситуации наиболее реальным способом снижения количества щелочей в парообразном и жидком состоянии может быть периодическое удаление их из доменной печи как через колошник путем разрушения контуров их циркуляции, так и через летки. Эти же меры будут способствовать уменьшению вредного воздействия щелочей на футеровку нижней части домен ной печи, горна и лещади, так как количество вторичных форм щелочей, приходящих в зону когезии и горн, также уменьшится.

05.02-15В.57. Удаление щелочей из доменной печи через колошник. Щукин Ю. П., Терентьев В. Л., Ма вров А. Л., Сединкин В. И., Гостенин В. А., Штафиенко Н. С, Гибадулин М. Ф. Совершенствование технологии в OAО "ММК": Сборник трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 7. Магнитог. металлург, комб. Магнитогорск: Магнитогор. дом печати. 2003, с. 42-51. Библ. 2. Рус.

В качестве базовых операций при разработке технологии удаления щелочей через колошник были выбраны технологии "сухой выдувки", применяющейся в доменном цехе для удаления цинка. С этой целью был проведен ряд опытно-промышленных испытаний, целью которых была оценка эффективности технологии применительно к щелочам и оптимизация ее для максимально возможного удаления щелочей через колошник. Испытывались различные варианты технологии: без опускания уровня засыпи шихты с формированием буферного слоя шихты при различном количестве фракционированного шлакового щебня и с опусканием уровня на различную глубину, с восстановлением рабочего положения уровня загрузки нормальной шихты или материалов буферного слоя. Новым элементом при опускании уровня засыпи является охлаждение колошникового газа водой, необходимое для обеспечения повышенной температуры газа на выходе из слоя.

05.01-15В.56П. Способ доменной плавки щелочьи цинксодержащих шихт: Пат. 2237721 Россия, МПК С 21 В 5/00. ОАО "Магнитогор. металлург, коллб.". Щу кин Ю. П., Тахаутдинов Р. С, Гибадулин М. Ф., Де рябин А, А., Нефедов С. Н., Пишнограев С. Н., Сединкин В. И., Смирнов Л. А., Тагилинцев В. П., Терентьев В. Л., Чаплоуский А. А. № 2003105350/02; Заявл. 25.02 2003; Опубл. 10.10.2004. Рус.

В способе, включающем загрузку шихты, содержащей цинк и щелочь, подачу дутья, контроль температуры и выхода колошникового газа, формируют буферный слой загрузкой в доменную печь фракционированного шлакового щебня и кокса, опускают уровень засыпи до горизонта с температурой газа 750-800° С, а для предотвращения перегрева металлических конструкций верха доменной печи и перевода паров щелочей и цинка в твердое со стояние на колошнике газ охлаждают до температуры 480—500°С путем подачи воды в колошниковое пространство. Использование изобретения обеспечивает эффективное удаление из печи цинка и щелочи.

06.04-15В.49. Проблемы щелочной агрессии в доменном производстве. Орел Г. И., Оторвин П. И., Костенко Г. П., Джигота А. Д., Можаренко Н. М., Бой ков Н. Г., Джигота М. Г. Теория и практика производства чугуна: Труды Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию КГГМК «Криворожсталь». Кривой Рог, 24-27 мая, 2004. Кривой Рог: Изд-во КГГМК "Криворожсталь". 2004, с. 263-266. Библ. 6. Рус.

Установлено, что основными проблемами щелочной агрессии в доменных печах КГГМК "Криворожсталь" являются: нерегламентированное и повышенное поступление "щелочей" с железо рудными материалами, коксом и отходами; негативные явления "перекачки" тепла из области дефицита тепла в область его избытка и развития циркуляционной зоны "щелочей" с их посте пенным накоплением в области температур 700-1200°С; усиление процессов деградации железорудных материалов и кокса под воздействием паров "щелочей"; снижение эксплуатационной стойкости доменных печей из-за ускоренного износа футеровки.

06.02-15В.86. Анализ причин тяжелых расстройств работы доменных печей. Косолап Н. В., Хрущев Е. И., Лукьяненко И. А., Русских В. П., Шапиро-Никитин Д. Е. Теория и практика производства чугуна: Труды Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию КГГМК «Криворожсталь». Кривой Рог. 24 - 27 мая, 2004. Кривой Рог: Изд-во КГГМК "Криворожсталь". 2004, с. 318-320. Библ. 4. Рус.

Установлено, что столб шихтовых материалов в доменной печи является огромным накопителем щелочей и цинка, циркулирующих во всем объеме и оказывающих отрицательное воздействие на процесс доменной плавки, вызывая тяжелые расстройства и аварии. Отсутствие технологий и технических средств по предварительному снижению массовой доли щелочей в шихтовых мате риалах указывает на необходимость разработки способов и технологических приемов по ограничению избыточного накопления щелочей в доменной печи. С целью предупреждения этого вида расстройств необходима отработка технологии, обеспечивающей минимальный приход этих элементов и, по возможности, максимальный их вывод из доменной печи с колошниковым газом и шлаком.

04.03-15В.122. Поведение хлора и щелочей в до менной печи и их влияние на изменение свойств агломерата при восстановлении. Behavior of chlorine and alkalis in the blast furnace and effect on sinter properties during reduction. Lectard E., Hess E., Lin R. METEC Congress '03: 3 International Conference on Science and Technology of Ironmaking, Dusseldorf, 16-20 June, 2003: Proceedings. Dusseldorf: Stahlinst. VDEh. 2003, c. 521-526, 15 ил. Библ. 3. Англ.

Специалисты института "Ирсид", группы Arselor (Франция) и завода Диллингер (Германия) провели термодинамический анализ процессов циркуляции хлора и щелочей в печи с помощью математической модели GEMINI2 (Термодата-Гренобль) с ис пользованием данных о составах более 250 проб материалов и газа с доменных печей завода Диллингер. Показано, что в зо не заплечиков образуются KCl, NaCI, HCI, СаСl2, KCN, NaCN, а также газообразные К и Na. При движении вверх через резервную зону изменений не происходит, а в районе колошника КCl переходит в конденсированное состояние при 750°С. При равновесных условиях удалению KCI и NaCI с газом способствуют: центральный газовый поток и вынос пыли. При неравновесных условиях с газом может покидать печь также и HCI. На установке BORIS в противоточном трубчатом реакторе с движущейся печью моделировали поведение щелочей и хлора в шахте доменной печи Условия опытов: содержание кокса (5...15 мм) и агломерата (5...15 мм) 50:50; нагрев до 1100°С за 2,5 ч; мольное отношение (C+H2)/Fe=2; Н2/С=0,15. Перед опытами кокс и агломерат пропитывали К2СО3, кокс пропитывали KCl. Отмечено наличие пиков KCI в зоне с температурой 800 - 950°С при стехиометрическом соотношении K/Cl, равном 1. Установлено, что в печи циркулирует определённое количество хлора, который накапливается и удаляется в зависимости от условий плавки. При этом хлор откладывается на поверхности агломерата и ухудшает его восстановимость.

Если хлор содержится в виде КCl, то при температуре 500...800° С агломерат восстанавливается быстрее. В доменную печь в ходе промышленных опытов вдували уголь с различным содержанием хлора. Анализ проб газа и материалов после доменной печи показал, что Cl-содержащий газ в основном поглощается водой при очистке в скруббере При вдувании 120...130 кг/т местного угля с 0,2% CI приход хлора в печь составил 0,54 кг/т чугуна. При вдувании импортного угля с 0,02% CI в печь поступало хлора 0,3 кг/т. Отмечено наличие двух взаимно перекрывающихся циклов циркуляции щелочей: 1) конденсированный K2СО3/жидкий К2O/газообразный К; 2) конденсированный/газообразный КCl.

Введение

Доменная печь – один из уникальных агрегатов, который человечество использует уже на протяжении нескольких веков. Трудно назвать другое техническое устройство, которое бы равнялось доменной печи по комплексу характеристик: непрерывность работы в течение нескольких лет, закрытость процесса, высокие температуры в рабочем пространстве и самое сложное по химическому составу проплавляемое сырье.

Переход от природных шихтовых материалов к подготовленным изменил соотношение полезных и балластных компонентов как в железорудной, так и в топливной части шихты, но качественно химический состав шихты практически не изменился.

При исчерпании «чистых» по содержанию железорудных мате риалов, в металлургический передел стали вовлекать руды, содержащие не только «лишние» для доменного процесса компоненты, но и весьма вредные, особенно для состояния самой доменной печи. К таким элементам металлурги относят и щелочи.

Присутствуя в шихте в не значительном количестве, они отличаются способностью накапливаться в футеровке печи, в столбе материалов и образовывать циркулирующие массы в количестве до десятков тонн. Щелочи содержатся практически во всех материалах доменной шихты. В агломерат они поступают как в первичном состоянии со свежими рудными материалами, так и во вторичном с оборотными продуктами – с возвратом, колошниковой пылью, шламами газоочисток (ВФУ) и другими добавками. В коксе щелочи являются компонентом золы.

На вынужденное поддержание циркуляции, характеризуемой циклическим изменением агрегатного состояния щелочей, переходом их от сложных соединений к элементарному виду, непроизводительно расходуется топливо.

Несмотря на многочисленные публикации о влиянии щелочных соединений на доменный процесс, до сих вор не сложилось единого мнения по этой проблеме. Одни отмечают значительное улучшение физических свойств шлаков при вводе в шихту доменных печей дополнительного количества оксидов щелочных металлов. Большинство же считают, что щелочи способствуют снижению срока службы огнеупорной футеровки особенно в нижней части доменной печи, образованию настылей, что приводит к изменению профиля печи, нарушению равномерности распределения шихты и газового потока в рабочем пространстве. В результате этих воздействий заметно повышаются энергозатраты на производство чугуна и сокращается межремонтный период работы доменных печей.

Именно это обусловливает уникальность проблемы присутствия щелочей в материалах доменной плавки. На других стадиях металлургического цикла этой проблемы не существует.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ЗАРУБЕЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ

В последнее время в связи с вводом в эксплуатацию мощных доменных печей возрос интерес доменщиков зарубежных стран к проблеме влияния щелочных металлов на показатели доменной плавки. Обусловливается это тем, что щелочные металлы (оксиды, силикаты, карбонаты натрия и калия), содержащиеся в шихтовых материалах и попадающие вместе с ними в доменную печь, являются источниками серьезных трудностей при выплавке чугуна [1]. Превышение в доменной шихте допустимого количества щелочных металлов на 1т чугуна вызывает ухудшение работы доменной печи, снижение ее производительности, уменьшение прочности кокса, приводит к подвисаниям шихты, образованию настылей и ускорению разрушения кладки печи. Предельное количество щелочных металлов в шихте зависит от состояния доменной печи и условий плавки. По данным зарубежной практики, эта величина, принимаемая как сумма Na2O + K2O, колеблется от 2,5 до 7,5 кг/т чугуна (Япония 2,5-3,1 кг/т, США 3,2-5,0 кг/т, Швеция 7,5 кг/т чугуна) [2].

Специалисты института "Ирсид", группы Arselor (Франция) и завода Диллингер (Германия) провели термодинамический ана лиз процессов циркуляции хлора и щелочей в печи с помощью математической модели GEMINI2 (Термодата-Гренобль) с использованием данных о составах более 250 проб материалов и газа с доменных печей завода Диллингер. Показано, что в зо не заплечиков образуются KCl, NaCI, HCI, СаСl2, KCN, NaCN, а также газообразные К и Na. При движении вверх через резервную зону изменений не происходит, а в районе колошника КCl переходит в конденсированное состояние при 750°С. При равновесных условиях удалению KCI и NaCI с газом способствуют: центральный газовый поток и вынос пыли. При неравновесных условиях с газом может покидать печь также и HCI. На установке BORIS в противоточном трубчатом реакторе с движущейся печью моделировали поведение щелочей и хлора в шахте доменной печи Условия опытов: содержание кокса (5-15 мм) и агломерата (5-15 мм) 50:50; нагрев до 1100°С за 2,5 ч; мольное отношение (C+H2)/Fe=2; Н2/С=0,15. Перед опытами кокс и агломерат пропитывали К2СО3, коксропитывали KCl. Отмечено наличие двух взаимно перекрывающихся циклов циркуляции щелочей: 1) конденсированный K2СО3/жидкий К2O/газообразный К; 2) конденсированный/газообразный КCl [3].

Влияние щелочей на работу доменной печи

Одной из причин усиления степени вредного проявления щелочей в последнее время является повышение температуры колошникового газа. Это приводит к увеличению протяженности зон циркуляции щелочей по высоте печей за счет перемещения ее верхней границы ближе к уровню засыпи. Циркулирующие массы щелочей и количество их в нижней части доменной печи увеличиваются, что приводит к интенсификации их воздействия на футеровку и удельный расход кокса [1].

Например, на доменной печи №10 Магнитогорского металлургического комбината (ММК) были отмечены образования щелочных соединений на поверхности большого конуса и чаши, в том числе на их контактной поверхности. Такое явление в доменном цехе раньше не отмечалось. Исследование проб футеровки доменной печи №9 после ее остановки на капитальный ремонт вследствие прогара горна показало также весьма характерную картину воздействия щелочей.

Состояние кладки из углеродистых блоков в районе чугунной летки (со стороны большого литейного двора) и набойки изменилось. Общее состояние кладки из углеродистых блоков в районе летки «большого» литейного двора отмечено как удовлетворительное [1].