Выброс металла из печи

Обновлено: 18.05.2024

Работающие в электросталеплавильных цехах должны соблюдать правила техники безопасности, которые разработаны для каждого участка.

К выполнению работ нельзя допускать без сдачи правил техники безопасности и проведения инструктажа для конкретно выполняемой работы.

Подготовка металлического лома связана с разделкой крупных кусков на более мелкие под копром, взрывом, автогеном, ножницами и т. д. и должна осуществляться в специальных копровых цехах.

Особое внимание необходимо уделять моменту выгрузки и погрузки лома; не следует находиться в зоне действия электромагнита. Необходимо полностью устранить подправку лома в мульдах вручную. Это возможно, если разделывать лом так, чтобы размеры его кусков были меньше ширины мульды. Необходимость в ручной подправке лома в мульдах отпадает также при.использовании пакетов.

В процессе плавления шихты возможны ее обвалы, выбросы шлака и металла из рабочего пространства, сильное выбивание пламени. Поэтому в период плавления не следует находиться против рабочего окна. Выбросы металла и шлака наиболее вероятны при подвалке шихты. Вторую порцию шихты, если это требуется, нужно заваливать на неполностью расплавленную шихту при закрытом окне.

В окислительный период присаживают относительно большое количество шлакообразующих и твердых окислителей. Во избежание выброса металла и шлака количество одновременно присаживаемой руды необходимо определять в зависимости от температуры металла. При подаче в печь сыпучих материалов лопатами рабочие должны подходить к окну сбоку и после, забрасывания материала быстро отходить в сторону. При этом следует строго соблюдать очередность подхода к печи и интервал между рабочими.

Вводимый в печь инструмент должен соприкасаться с ломиком, укладываемым на гребенку рабочего окна; несоблюдение этого требования может привести к поражению током. Инструмент должен быть тщательно просушен.

Во время продувки ванны кислородом при помощи металлических трубок, вводимых через рабочее окно, необходимо использовать переносной предохранительный щит с прорезью для трубки. В окислительный период нужно следить за нормальным состоянием порога рабочего окна печи, предупреждая возможность выбрасывания металла и шлака на рабочую площадку подсыпкой на порог сухого материала.

Одной из необходимых, но трудоемких операций в восстановительный период является скачивание шлака и перемешивание металла. При выполнении этих операций вручную работающие, кроме очков, должны надеть густую металлическую сетку, которая предохраняет лицо от излучения, а также брызг металла и шлака. В последние годы эти операции механизированы. Шлаковые чаши для спуска шлака должны подаваться сухими.

При обслуживании индукционных печей необходимо иметь в виду возможность появления разрядов. Поэтому прикосновение к индуктору или к наружному витку высокочастотного трансформатора может вызвать сильный ожог. Для предотвращения несчастных случаев и выхода из строя оборудования отдельные элементы индукционных печей сблокированы. Не следует забывать открывать краны, подающие воду на охлаждение конденсаторной батареи, индуктора печи и высокочастотного трансформатора.

При проведении ремонтных работ, требующих открывания дверей шкафов или снятия обшивочных листов, установка должна быть полностью обесточена путем отключения главного рубильника. На рубильнике в период ремонта вывешивается плакат «Не включать, работают люди!».

Кроме правил техники безопасности, которые необходимо соблюдать при эксплуатации высокочастотных установок, следует в целях безопасности обслуживания индукционных печей иметь в виду следующие моменты. Во избежание ожогов от проскакивающих искр инструмент сталевара (ломик для осаживания шихты, стержень для помешивания металла, ложка для отбора проб и т. д.) должен иметь изолированные ручки. Во избежание выплесков металла материалы перед загрузкой в жидкую ванну нужно предварительно подогреть.

В течение всей плавки необходимо следить за состоянием тигля. В случае появления покраснения следует немедленно выпустить металл. Для охлаждения тигля и высокочастотной установки желательно, кроме основного источника водоснабжения, иметь резервный источник подачи воды. В случае прекращения подачи воды в индуктор и отсутствия резервного источника снабжения водой необходимо выключать установку и охлаждать индуктор компрессорным воздухом. Если металл в печи был жидким, то его следует либо выпустить, либо заморозить присадкой холодной шихты.

При работе печи возможно короткое замыкание между витками. Во избежание прожигания индуктора при коротком замыкании печь необходимо отключить. Перед выпуском металла из печи следует убедиться в отсутствии посторонних предметов на каркасе печи, выключить ток и лишь после этого начинать наклон печи.

Правила технической эксплуатации дуговых электропечей

Нормальная высокопроизводительная работа дуговых электропечей во многом определяется правильной технической их эксплуатацией. Особое внимание необходимо обращать на состояние огнеупорной кладки. В процессе плавки возможно нарушение состояния рабочего слоя подины, откосов и стен электропечи. Срыв подины и откосов в течение плавки вызывает увеличение вязкости шлака, что обычно является следствием затяжного характера плавки при высоком содержании углерода по расплавлении, задержке выпуска. В случае повторения срыва подины и откосов печи необходимо форсировать плавку, приняв меры к быстрейшему ее выпуску. После выпуска металла из печи необходимо тщательно осматривать подину и откосы. При обнаружении на подине ям следует принять меры к удалению из них металла и шлака.

В случае образования глубоких.ям на любом участке подины и отсутствия возможности очистки их гребками металл в яме следует полностью окислить кислородом и выдуть. Кислород подается через трубку диаметром 19 мм. Очищенная таким образом яма заполняется магнезитовым порошком. При проведении плавки на поврежденной подине не следует допускать перегрева металла и образования излишне жидкоподвижного шлака. В этом случае необходимо ограниченно пользоваться электромагнитным перемешиванием.

Для увеличения стойкости откосов печи их заправку следует производить после каждого выпуска плавки и перед подвалкой. Особенно эффективна заправка перед подвалкой, когда заправочный материал ложится по поясу, опираясь на нерасплавившуюся шихту, В качестве заправочного материала применяют магнезитовый порошок и обожженный доломит в смеси с каменноугольным пеком или жидким стеклом.

При тенденции к зарастанию подины следует включить на полную мощность установку электромагнитного перемешивания, оставив ее включенной на продолжительное время. Повторять включение нужно до тех пор, пока ванна не примет нормальных параметров.

При появлении бугров на подине их травят песком или плавиковым шпатом в смеси с ферросилицием. В случае сильного зарастания подины после выпуска на нее забрасывают плавиковый шпат, чугун и металлическую стружку, затем включают ток. После образования в печи жидкого шлака присаживают песок и железную руду. Через 5—15 мин шлак сливают, а поврежденные участки подины и откосов заправляют. Подину по мере ее износа наваривают. При большом углублении ванны подварка подины магнезитовым порошком осуществляется под током. После этого следует провести две-три плавки методом переплава для закрепления подины.

В процессе эксплуатации печи иногда разрушаются стены. При выпадании кирпичей из стен кожух печи в этом месте быстро краснеет. На покрасневшее место кожуха направляется струя сжатого воздуха, а после выпуска плавки необходимо провести частичный или полный ремонт стен.

Сравнительно редко в процессе плавки обваливается значительная часть свода. Чаще всего из него выпадают отдельные кирпичи. В этом случае отверстие необходимо немедленно заделать кирпичом и форсировать плавку.

Для предотвращения преждевременного включения печи после ремонта в цепи привода главного выключателя устанавливают контрольную бирку — штепсельную вилку. После выключения печи дежурный на пульте должен вынуть и передать ее сталевару. Только после этого сталевар разрешает работу на своде. После окончания работ сталевар проверяет отсутствие на своде печи людей и посторонних предметов, возвращает бирку дежурному на пульте и дает команду на включение печи.

Инструкция по охране труда для сталеваров и их подручных, работающих на открытых индукционных печах

К работе в качестве сталевара допускаются лица мужского пола, достигшие 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, обученные по специальностям сталевара и стропальщика, и аттестованные (имеющие удостоверение стропальщика), допущенные к самостоятельной работе распоряжением по цеху. Сталевар кроме этого должен быть обучен и аттестован по правилам безопасности в газовом хозяйстве «ПБ 11-401-01».

1.2. Периодическая проверка знаний инструкций по охране труда проводится ежегодно, повторный инструктаж - не реже одного раза а три месяца.

2.1. Принять рабочее место от предыдущей смены в чистоте и порядке. Проверить, чтобы не было загромождено рабочее место и подходы к нему. Убедиться в наличии и исправности всех ограждений и в отсутствии на площадке и около печи легковоспламеняющихся материалов.

2.3. Проверить давление воды и исправность водоподводящих, и водоотводящих рукавов в системе охлаждения печи.

2.4. Убедиться в наличии и исправности всего комплекта специальной одежды: каска с закрепленными на ней очками со светофильтрами, суконного костюма на выпуск, сапог или ботинок, брезентовые рукавицы или вачеги, войлочная шляпа.

2.5. Убедиться в том, что все металлические предметы (банки, шихта, стружка и т.д.) находятся на расстоянии не менее 0,8м от каркаса работающей печи.

2.6. Проверить исправность деревянного настила на рабочей площадке, ограждения, вентиляции, проверить отсутствие воды и масла в кессоне. Запрещается работа на печи с наличием воды и масла в кессоне. Корпус и конструкция злектропечи должны быть надежно заземлены.

2.7. Проверить исправность инструмента. Инструмент должен быть сухим. Металлический инструмент, применяемый при обслуживании индукционных печей, должен иметь электроизолированные ручки. При проведении на печи работ, связанных с применением не изолированного металлического инструмента, печь должна быть отключена.

2.8. В случае обнаружения неисправности и недостатков сообщить об этом мастеру и приступать к работе только после устранения недостатков по указанию мастера.

3.1. Загружать шихтовые материалы, отходы, стружку в тигель, производить очистку рабочего пространства печи только при обесточенном индукторе во избежание короткого замыкания и поражения электротоком.

3.2. Не допускать подвисания шихты, т.к. это может привести к перегреву металла в данной части тигля, его разрушения и выбросу металла из печи,

загрузка влажной шихты может привести к выбросу металла из печи. Подвалка шихты должна производиться на не полностью расплавленную шихту,

при необходимости дошихтовки печи при расплавленной ванне необходимо применять специальные совки и лопаты с длинными ручками, печь при этом должна быть отключена. Все работающие не задействованные при выполнении данной операции должны быть удалены на безопасное расстояние.

3.4. При проведении на печи работ, связанных с применением неизолированного инструмента, печь должна быть отключена.

3.6. После слива металла визуально осмотреть тигель. Трещины или разъеденные места в футеровке тигля исправляются по указанию мастера, сталеваром или подручным сталевара.

3.9. Чистить кессон только по указанию мастера при отключенном электропитании. На пульте управления должен быть вывешен аншлаг "Не включать работают люди".

3.10. В случае прекращения подачи воды на охлаждение печи, а также в случае превышения температуры воды свыше допустимой, Сталевар обязан немедленно выключить печь, сообщить об этом мастеру и в его присутствии принять следующие меры:

если ванна металла расплавленная, nbsp;то необходимо подать на печь разогретый сталеразливочный ковш и выпустить туда металл из печи или слить металл в

- если ванна металла нерасплавленная, то отключить печь и принять меры противопожарной защиты деревянных конструкций печи.

3.11. Во время работы Сталевар должен руководствоваться утвержденными технологическими инструкциями по электросталеплавильному участку.

4.2. Принимает меры по выводу людей из помещения и приступает к ликвидации аварии (в соответствии с планом ликвидации аварии).

4.3. При срабатывании аварийной сигнализации либо блокировок включения печи Сталевар обязан вызвать дежурного электрика и мастера. Запрещается включать печь после срабатывания сигнализации и блокировки до устранения неисправности и без разрешения мастера.

Технологические взрывы в металлургическом производстве

Взрывы, возникающие в ходе технологического процесса производства металлов и сплавов, называются техноло­гическими. К ним относятся взрывы при контакте рас­плавленного металла и шлака с водой, взрывы газо- и пыле-воздушных смесей, а также порошков металлов и сплавов. Высокая вероятность возникновения взрыва су­ществует во всех основных металлургических цехах. Так, в доменном производстве взрывы возникают при кон­такте расплавленных металла и шлака с водой, при о воде доменного газа и подаче в доменную печь природ­ного газа (взрывы газо-воздушных смесей). При приме­нении в ряде случаев угольной пыли и вдувании ее в доменную печь возможны взрывы пылевоздушных сме­сей и т. п.

В сталеплавильном производстве возможны взрывы газов, порошков металлов и сплавов-раскислителей, экзо­термических смесей, утепляющих засыпок; в прокатном производстве — взрывы паров смазочных материалов, газо-воздушных смесей и др. Взрывы паров смазочных материалов, строго говоря, нельзя отнести к категории технологических, однако они влияют на ход технологиче­ского процесса.

Технологический взрыв отличается рядом характер­ных особенностей от других видов взрывов, даже если последние вызывают аварийную остановку оборудова­ния или технологического процесса. При возникновении технологического взрыва в нем непосредственно участву­ют компоненты технологического процесса, обусловли­вающие обычно нормальное протекание процесса и ра­боту оборудования. Технологический взрыв приводит к резкому изменению параметров процесса, неустойчивой работе оборудования, что вызывает необходимость его остановки. Экономические потери вследствие технологи­ческого взрыва в связи с потерями производства во мно­го раз выше затрат на восстановление оборудования и ликвидацию последствий разрушения.

Технологические взрывы органически связаны с тех­нологией производства и работой оборудования, поэто­му их следует рассматривать как экстремальные откло­нения параметров безопасности производственного процесса.

1. Взрывы при контакте расплавленных металла и шлака с водой

1.1 Механизм и кинетика взрыва

При контакте расплавленных металла и шлака .с водой происходит взрыв, что объясняется физико-химическими свойствами воды, изучение которых позволяет раскрыть сущность механизма и кинетику такого рода взрыва. Со­прикосновение воды с расплавленным металлом и шла­ком приводит к мгновенному испарению ее, сопровож­дающемуся резким увеличением объема и давления.

При атмосферном давлении вода закипает при 100° С и весь процесс парообразования идет при температуре кипения. При нагревании воды выше 100° С в замкнутом пространстве интенсивность испарения несколько сни­жается, что объясняется свойством воды при высоких температурах изменять режим кипения. Так, в интерва­ле 100—300° С режим кипения имеет пузырьковый харак­тер, т. е. на поверхности идут образование мелких пузырьков пара, их отрыв, поднятие на поверхность и пе­реход в газовую фазу. При более высокой температуре режим кипения усиливается и переходит в пленочный; при этом паровые пузыри сливаются в сплошную паро­вую прослойку между поверхностью нагрева и водой, что препятствует передаче тепла другим слоям воды.

Температура кипения воды зависит от давления над ее поверхностью: с ростом давления температура кипе­ния повышается. Так, при давлении 490 кПа вода начина­ет закипать при температуре 151,1° С. Если внезапно давление над поверхностью воды снизится до атмосферно­го, вода окажется перегретой на 51°С и мгновенно пре­вратится в пар, объем которого примерно в 1600 раз больше объема воды. Такое превращение носит взрывообразный характер.

Энергия взрыва при контакте расплавленного метал­ла или шлака во много раз превышает энергию рабоче­го пара при расширении даже при коэффициенте полез­ного действия, равном 100%. Это объясняется физико-химическими свойствами воды. Соотношение масс водорода и кислорода в воде составляет 11,19 и 88,81%, т. е. содержание кислорода в воде больше, чем в любом другом соединении. При нормальных условиях (атмо­сферном давлении и температуре 20° С) диссоциация во­ды не протекает. При повышении температуры до 1500° С скорость разложения воды возрастает, однако до 2000° С интенсивность разложения незначительна, так как вода является химически стойким соединением. Лишь при достижении 4000° С вода разлагается на газо­образные водород и кислород, что сопровождается взры­вом. В этом случае содержание водорода значительно больше, чем при диссоциации воды, в связи с тем, что взаимодействие водяного пара с железом, нагретым до высоких температур, приводит к выделению свободного водорода: Fe+H₂O=FeO+H₂.

Эта реакция протекает достаточно энергично уже при температуре нагрева железа 350° С, а при более высокой температуре — практически мгновенно. В производствен­ных условиях при контакте расплавленных металла и шлака с водой одновременно протекают процессы испа­рения, диссоциации воды и ее взаимодействия с желе­зом, сопровождающиеся выделением водорода, который при определенных условиях образует с кислородом взрывчатую смесь. Воспламенение этой смеси приводит ко взрыву, энергия которого изменяется в широких пре­делах и зависит от многих факторов. При этом взрыв происходит только при взаимодействии жидких фаз — расплавленных металла, шлака и воды. Контакт воды с металлом или шлаком в твердом состоянии при темпе­ратуре, близкой к температуре солидуса, взрыва не вы­зывает.

При взаимодействии расплавленных металла и шлака с водой контакт может быть поверхностным и внутрен­ним. В первом случае возможны два варианта: взаимо­действие незначительных масс расплава и воды либо больших масс. В первом случае при контакте наблюда­ется интенсивное кипение и свободное удаление пара, а также образовавшихся в результате диссоциации воды и реакции окисления железа водорода и кислорода в окружающую среду. Такой контакт металла с водой взрыва не вызывает.

Во втором случае, когда взаимодействуют большие массы металла и воды, у поверхности контакта образу­ется парогазовая прослойка, содержащая пары воды, во­дород и кислород, выделяю­щиеся вследствие диссоциации воды и окисления железа. Контактирующая с водой часть расплава в твердой фазе в результате действия охлаж­дения при испарении воды и возникновении напряжений может растрескиваться, что приводит к контакту расплав­ленного металла с водой. Это явление усугубляется при на­личии на поверхности металла расплавленного шлака, кон­такт которых с взрывоопас­ной газовой смесью повышает вероятность взрыва. Критическими параметрами в этом случае являются масса металла или шлака, масса воды и продолжительность контакта металла с во­дой.

Потери тепла металлом складываются из тепла, вы­деляющегося при охлаждении металла от начальной температуры до температуры плавления, и тепла, выде­ляющегося при затвердевании металла. Так как масса жидкого металла незначительна, процесс образования твердой фазы в пограничном слое необратим.

В данном случае массы металла и воды находятся в соотношении, обеспечивающем взаимодействие между ними без возникновения взрыва.

Внутренний контакт расплава с водой возможен в двух случаях: при поступлении жидких металла или шлака в воду и при поступлении материалов, содержа­щих воду, в расплав. Отметим, что капельное тонко-струйное поступление жидкого металла в воду взрыва не вызывает. Увеличение массы жидкого металла, по­ступающего в воду, приводит к взрыву. При контакте с водой жидкого шлака взрывоопасность значительно ни­же. Вероятность взрыва при поступлении жидкого шла­ка в воду резко возрастает при наличии в шлаке жидко­го металла. Контакт жидкого металла и шлака с водой, вызванный попаданием в расплав пористых материалов, пропитанных влагой, как правило, приводит ко взрыву.

1.2. Виды взрывов и их предотвращение

В металлургических цехах возможны случаи, когда жидкий металл или шлак попадают на влажные пол, почву, материалы или конструкции. Такие явления обычно со­провождаются взрывами с выбросом жидкого металла или шлака. Взрывы происходят также и при выпуске ме­талла по непросушенным желобам или при сливе в ковш с плохо просушенной футеровкой. Причины этих взрывов — образование пара вследствие контакта жид­ких раскаленных масс с водой и взрывоопасных смесей.

Если расплавленный металл касается влажного пес­ка, между ним и поверхностью песка образуется паровая прослойка, через которую в дальнейшем и будет проис­ходить переход тепла от металла к влажному песку.

Пар имеет очень низкую теплопроводность. При таких условиях потери тепла металлом во влажный песок бу­дут относительно небольшими и на поверхности метал­ла, прилегающей к песку, корка будет образовываться очень медленно. Давление пара в прослойке из-за отсут­ствия свободного выхода для него все время повышается.

В любой точке, лежащей в центре паровой прослойки между металлом и влажным песком, образовавшийся пар не может уйти вниз через влажный песок и через кон­тактную поверхность между металлом и песком. Минимальное сопротивление для выхода пара наружу будет оказывать жидкий металл. При толщине металла 30 см гидростатическое давление жидкого чугуна на песок

Ρ = 0,098*h_Μ*γ = 0,098*30*7 = 2,0594 кПа,

где h_Μ — высота слоя металла, см; γ — плотность чугу­на, г/см 2 .

Давление же пара в прослойке легко может достиг­нуть 4900 кПа и более. В конечном счете давление пара прослойки достигает такой величины, что он пробьет сла­бую, еще не окрепшую металлическую корку и в виде от­дельных пузырьков проникнет в толщу жидкого металла. В металле пар нагревается, переходит из влажного в су­хой и взаимодействует с окружающей металлической оболочкой. На нагрев пара в пузырьках и на химическое взаимодействие его с оболочкой затрачивается много тепла, что приводит к затвердеванию окружающей ме­таллической оболочки. Размеры пузырьков при этом ста­новятся фиксированными.

Нагревание пара и водорода в изолированном пу­зырьке будет продолжаться до тех пор, пока давление их не достигнет предела прочности затвердевшей окружаю­щей металлической оболочки. Как только оно достигнет этого значения, оболочка разорвется на части и газы бу­дут с большой силой выброшены наружу, т. е. произойдет взрыв. Сила взрыва зависит от вязкости металла и тол­щины его слоя: чем больше вязкость, т. е. чем больше металл охладится и чем толщина его слоя больше, тем взрыв сильнее. В результате разрыва металлической оболочки пузырьки пара и водорода выбрасываются в окружающую атмосферу, водород смешивается с возду­хом и образует смесь взрывоопасной концентрации, ко­торая в зависимости от условий либо сгорает голубова­тым пламенем, либо взрывается.

2. Взрывы в доменных цехах.

Распространенными вида­ми взрывов в доменных цехах являются взрывы вслед­ствие соприкосновения жидкого чугуна, шлака с водой или влажными материалами. Взрыв такого вида возни­кает главным образом при прогарах стенок горна или ле­щади, в зонах леток. Особенно опасны взрывы в фурмах, шлаковых фурмочках и шлаковых ковшах. Взрывы в фурмах весьма опасны, потому что при этом открывает­ся горн и через фурменное отверстие выбрасываются на рабочую площадку раскаленные кокс и газы, которые в атмосфере воспламеняются и горят, образуя длинные языки пламени. Взрывы в фурмах происходят главным образом из-за повышения давления пара, образовавше­гося внутри полости фурмы, и возникновения взрыво­опасных газо-воздушных смесей в канале фурмы.

Взрывы, вызываемые повышением давления пара, происходят вследствие внезапного прекращения поступ­ления воды в полость фурмы. Такие условия создаются, если водоподводящая и водоотводящая трубки фурмы или обе одновременно почему-либо забиваются и не про­пускают воду. Тогда оставшаяся в полости фурмы вода испаряется, давление пара, не имеющего выхода, превы­шает предел прочности фурмы, и она разрушается. При таких взрывах отбрасывается часть фурменного прибора, состоящая из фурменного колена, сопла и самой фурмы.

Образование взрывоопасных газо-воздушных смесей происходит в канале фурмы при остановках доменных печей или при осадках шихтовых материалов, когда дав­ление газов и дутья выравнивается; иногда давление га­зов в горне становится даже выше, чем давление горя­чего дутья в фурменных приборах. В такие периоды га­зы из горна проникают в фурменные рукава и здесь встречаются с воздухом дутья, который так же, как и газы, нагрет до высокой температуры; встреча их при­водит к воспламенению и горению, которое иногда про­исходит со взрывом.

Особенно опасна встреча газов с воздухом дутья в присутствии воды (вследствие течи фурм). Температура газов и дутья в фурменном приборе может оказаться ни­же температуры их воспламенения вследствие потери тепла на испарение воды. В результате образуются взры­воопасные газо-воздушные смеси.

В арматуре шлаковой летки фур мочка является от­верстием для выпуска шлака из горна доменной печи. Отливаются фурмочки из бронзы и обрабатываются на токарных станках. Через отверстие шлаковой фурмочки выпускается только шлак. Если по каким-либо причинам вместе со шлаком из летки начинает выходить чугун, то немедленно произойдет прогар фурмочки, и охлаждаю­щая вода начнет поступать в шлаковый канал. Обычно это заканчивается соприкосновением воды с жидким чу­гуном или шлаком и взрывом с выбросом фурмочки. Взрывы в шлаковых ковшах происходят сравнительно редко. Они возникают вследствие скопления воды на дне чаши. Вода на дне чаши может оказаться также под слоем остывшего, неслитого остатка шлака.

3.Взрывы в мартеновских цехах.

Взрывы, вызываемые водой или влажными материалами, загружаемыми в мартеновские печи, являются наиболее частыми. Вода попадает в печи вместе с шихтовыми материалами в ви­де отдельных кусков льда, снега, обледенелых руд и ме­таллического лома и т. д.

Взрывы, вызываемые попавшей в печь водой, быва­ют двух видов: глухой — с выбросом через завалочные окна части полурасплавленных шихтовых материалов и длинных языков горящих газов и звонкий, при котором, кроме того, взрывной волной повреждается кладка пе­чи— свод, стенки или головки. Глухие взрывы происхо­дят в период прогрева и плавления шихтовых материа­лов твердой завалки, а звонкие — во время загрузки в печь добавочных материалов — руды, известняка, лома или холодного чугуна, когда уже все шихтовые материа­лы расплавлены и в печи находится жидкий металл, по­крытый шлаком.

Первый вид взрыва вызывается испарением воды, скопившейся под шихтовыми материалами. Вследствие прогрева сверху заваленных на подину материалов на­ходящаяся в них влага постепенно начинает стекать вниз, собираясь в тех местах, где шихта плохо прогрета. Испарение этой влаги происходит, когда сильно прогре­вается вся масса шихтовых материалов. Образующийся пар в местах скопления воды не имеет свободного выхо­да, вследствие чего давление его повышается и достигает такой величины, что он поднимает лежащий над ним слой шихты и с силой прорывается в рабочее пространство печи. Сила взрыва зависит от количества воды, проник­шей в печь вместе с шихтовыми материалами, толщины и плотности слоя материалов, лежащих на подине печи.

Второй вид взрывов, вызываемых водой, объясняет­ся сложными физико-химическими процессами, протека­ющими в мартеновской печи над ванной. В печи во вре­мя нормального процесса плавки находится расплавлен­ный металл, покрытый сверху слоем шлака. Загрузка в такую ванну добавочных шихтовых материалов не всег­да приводит к их глубокому погружению в ванну; мно­гие из них погружаются в шлак и находятся на поверх­ности металла.

Причины взрывов, происходящих в печах при по­падании воды па раскаленный шлак или при завалке влажных шихтовых материалов, изучены недостаточно.

Вода, попавшая на поверхность шлака в печи, нагрева­ется и переходит в пар; одновременно происходят про­цессы химического взаимодействия образующего пара со шлаком по реакции: 2FeO + H₂O = Fe₂O₃ + H₂

Водород и водяной пар поднимаются с поверхности шлака, смешиваются с газовой атмосферой печи; в ре­зультате этого взрываемость окиси углерода в газовой атмосфере печи сильно повышается. Так как газы в пе­чи нагреты до температуры, превышающей точку их са­мовоспламенения, и имеют избыток кислорода, то проис­ходит взрыв смеси.

Плавка стали в дуговых печах

Этот метод плавки применяют при использовании стального лома с повышенным содержанием фосфора и серы, а также для вы­плавки малоуглеродистой стали.

Плавка состоит из шести периодов, в числе которых периоды заправки печи, загрузки шихты, плавления, окислительный пери­од, восстановительный период и период выпуска готовой стали.

Шихта состоит из собственного возврата около 50%, чуш­кового чугуна до 10 % для создания избытка углерода, необходи­мого для кипения, и стального лома. Чтобы совместить удаление фосфора с расплавлением шихты, в завалку добавляют 2. 3% извести и около 2 % руды.

Заправка проводится немедленно после выпуска предыду­щей плавки. Подина, откосы и все углубления очищают от остав­шихся металла и шлака, и на поврежденные места забрасывают магнезитовый порошок.

Загрузку ведут с помощью корзины (бадьи) с раскрываю­щимся дном, которую вводят в открытую печь сверху. При запол­нении корзины на дно укладывают часть мелкой шихты, чтобы защитить подину от ударов крупных кусков лома. Затем в центре укладывают крупный лом, а по периферии сверху оставшийся мелкий лом и возврат.

Плавление ведут путем проплавления колодцев при мак­симальной мощности трансформатора. В период плавления пол­ностью окисляется кремний, 40. 60% марганца, происходит ча­стичное окисление фосфора, углерода и железа. Формируется шлак, в составе которого содержится 0,5. 1,5 % Р₂O₅.

В период окисления необходимо обеспечить следующие процессы:

• уменьшить содержание фосфора в металле до 0,01 . 0,015 %;

• довести содержание углерода до заданного;

• дегазировать расплав и обеспечить всплытие твердых неме­таллических включений;

• перегреть металл до температуры, близкой к температуре выпуска.

Если необходимая скорость окисления не обеспечивается ок­сидами железа, содержавшимися в шихте, и притоком кислорода в печь за счет газоотсоса, то в печь добавляют железную руду либо вводят газообразный кислород.

Окислительный период начинается со скачивания шлака, об­разовавшегося в период расплавления, для удаления из печи фос­фора. Скачивание фосфористого шлака облегчено возможностью наклона печи в сторону рабочего окна на 10. 15°. После наведе­ния нового шлака добавкой свежеобожженной извести и руды про­должается окисление фосфора и начинается интенсивное окисле­ние углерода (кипение стали). Связанное с этим выделение пу­зырьков СО вспенивает шлак, в результате чего фосфористый шлак стекает через порог рабочего окна. Таким образом, содержание фосфора в металле удается снизить до 0,01 %.

Кипение стали сопровождается удалением азота и водорода, ра­створившихся в ней в предыдущих периодах плавки, а также фло­тацией «неметаллической мути». Для успешного протекания этих процессов количество углерода, окисленного в процессе кипения, должно быть не менее 0,35 % при плавке углеродистых сталей и не менее 0,45 % при плавке легированных сталей. Продолжительность окислительного периода составляет 35. 50 мин. Применение кис­лорода в окислительном периоде уменьшает продолжительность этого периода и сокращает расход электроэнергии и руды.

Когда содержание углерода в стали достигнет заданного, окис­лительный период завершают. Для этого полностью скачивают шлак окислительного периода во избежание возврата остатков фосфора в металл.

Восстановительный период. Задачами этого периода являются:

• доведение химического состава до заданного;

• перегрев металла до заданной температуры.

Эти задачи решаются практически параллельно под белым шла­ком. Для его наведения вводят шлаковую смесь, состоящую из извести, плавикового шпата и шамотного боя. После расплавле­ния смеси образуется жидкоподвижный шлак, с помощью кото­рого успешно протекает диффузионное раскисление стали. Для раскисления шлака в него вводят смесь размолото­го ферросилиция и кокса при их расходе по 5 кг/т металла каждо­го. В соответствии с законом распределения концентрация моноксида железа в металле уменьшается пропорционально ее кон­центрации в шлаке. Преимуществом диффузионного раскис­ления является то, что реакции раскисления протекают в шлаке, поэтому продукты раскисления образуются и остаются в шлаке, и не «замутняют» металл. О степени завершенности диффузионного раскисления судят по цвету затвердевшей пробы шлака. По мере уменьшения в нем содержания FeO застывшая проба шлака свет­леет. Белый цвет рассыпающегося в порошок шлака свидетель­ствует об окончании процесса диффузионного раскисления.

Десулъфурация металла в основных дуговых печах характеризу­ется максимальной эффективностью по сравнению с ранее рас­смотренными процессами. Это объясняется максимально полной реализацией трех условий ее протекания.

• высокая основность шлака;

• высокая температура шлака, нагреваемого электрической ду­гой, обеспечивающая хорошую активность, несмотря на высо­кую основность;

• низкая окисленность шлака и металла.

В результате коэффициент распределения серы между шлаком и металлом составляет 20. 60 (для сравнения напомним, что в основной мартеновской печи его значения не превышают 10).

В конце восстановительного периода проводят легирование металла элементами, имеющими высокое сродство к кислороду. В некоторых случаях восстановительный период проводят не под белым, а под карбидным шлаком. Для этого после скачивания шла­ка окислительного периода в печь вводят шлаковую смесь, содер­жащую, кроме извести и плавикового шпата 6. 8 кг молотого кокса на 1 т металла. Печь герметизируют, выключают газоотсос, при этом в зоне горения дуги образуется карбид кальция по ре­акции

СаО + ЗС = СаС₂ + СО.

Образующийся карбид кальция обладает исключительно высо­кой раскислительной и десульфурирующей способностью:

3FeO + СаС₂= 3Fe + СаО + 2СО;

3МnО + СаС₂ = 3Мn + СаО + 2СО;

3FeS + СаС₂ + 2СаО = 3CaS + 3Fe + 2СО,

3MnS + СаС₂ + 2СаО = 3CaS + ЗМn + 2СО.

Выдержка под карбидным ишаком, содержащим 1,5. 2 % СаС₂, составляет 30. 40 мин, тем не менее, при выпуске металла час­тицы карбидного шлака смешиваются с ним, образуя загрязне­ния металла. Поэтому за 20. 30 мин до выпуска карбидный шлак переводят в белый. Для этого открывают рабочее окно печи и вклю­чают газоотсос. Кислород воздуха окисляет карбид кальция до СаО и СО, превращая карбидный шлак в белый.

Обработка карбидным шлаком приводит к увеличению содер­жания в металле углерода, что делает процесс непригодным для выплавки низкоуглеродистых сталей. Наибольшее применение процесс получил для выплавки высокоуглеродистых и легирован­ных инструментальных сталей.

Легирование.

Порядок ввода легирующих определяется их сродством к кислороду. Чем выше сродство элемента к кислороду, тем позже следует его вводить в металл. Никель, молибден, медь во время плавки не окисляются, поэтому их вводят в начальные периоды плавки. Хром, марганец и вольфрам обладают большим сродством к кислороду, чем железо, поэтому легирование этими элементами проводят только после раскисления ванны. В связи с высокой температурой плавления ферровольфрама (около 2000 °С) он медленно растворяется в металле, поэтому его присаживают в ванну не позднее, чем за 30 мин до выпуска. Кремний, ванадий, титан и алюминий особенно легко окисляются, поэтому ферро­ванадий вводят за 15. 35 мин до выпуска, ферросилиций — за 10. 20 и алюминий — за 2. 3 мин до выпуска. Ферротитан вводят в ковш, либо в печь за 5. 10 мин до выпуска металла.

Плавка стали в основной дуговой печи без окисления примесей. Этот метод наиболее рационален при выплавке легированных ста­лей с использованием в шихте легированного лома и отходов. От­сутствие окислительного периода позволяет в максимальной сте­пени сохранить легирующие элементы, содержащиеся в шихте. Для получения заданного состава требуются минимальные присадки легирующих добавок, компенсирующие угар при расплавлении. Ориентировочно величины угара при расплавлении составляют:

Элемент. Al Ti Si V Μn Cr W

Угар, %. 100 80. 90 40. 100 15. 20 15. 25 10. 15 5. 15

После расплавления шлак, как правило, не скачивают, имея в виду возможность частичного восстановления оксидов легирую­щих элементов, содержащихся в нем.

Раскисление, десульфурацию и легирование проводят так же, как при плавке с окислением примесей.

Особенности кислого процесса.

Кислая футеровка обладает большей термостойкостью по сравнению основной, что является важным ее преимуществом в условиях литейных цехов, работаю­щих с перерывами в одну или две смены. Кроме того, понижен­ная отражательная способность кислого шлака уменьшает тепло­вую нагрузку на футеровку.

По этим причинам стойкость футеровки кислых дуговых печей выше, чем основных. Стоимость кислых огнеупоров в 2 —2,5 раза ниже, чем основных.

Теплопроводность кислых огнеупоров ниже, чем основных, что способствует уменьшению тепловых потерь. Влияние шлака на металл в кислых печах менее существенно, чем в основных. По­этому глубина ванны в кислых печах больше, чем в основных при том же диаметре ванны. В результате этого тепловой КПД кислых печей выше, чем основных. Этим объясняется широкое использо­вание кислых дуговых печей в сталелитейных цехах.

Шихта. Для плавки в кислых дуговых печах содержание серы и фосфора в шихте должно быть ниже допустимого предела в го­товой стали, так как удалить их в процессе плавки не удается.

Для эффективного рафинирования металла в процессе кипе­ния содержание углерода в шихте должно быть большим, чем в готовом металле, на 0,15. 0,20 %. Для этого в шихту наряду с воз­вратом и отборным стальным ломом добавляют передельный чу­гун, кокс или электродный бой. Порядок загрузки шихты в печь такой же, как при основном процессе.

Период расплавления сопровождается окислением кремния, марганца, железа и углерода. Доля образующегося при этом шлака невелика, поэтому для улучшения защиты расплавля­емого металла от окисления и растворения газов объем шлака уве­личивают добавкой сухого песка, шлака предыдущей плавки или формовочной смеси. В конце периода расплавления шлак имеет следующий состав, %: SiO₂ 40. 50; FeO 15. 30; MnO 10. 30; Аl₂O₃ 2. 6; прочие оксиды 5. 15.

Окислительный период имеет целью дегазацию металла в процессе кипения. Окисление углерода происходит оксидами же­леза и марганца, содержащимися в шлаке. При этом содержание Si0₂ в шлаке растет, и к концу кипения оно достигает 60 %, спо­собствуя процессу восстановления кремния.

При активном процессе восстановление кремния сдерживают присадкой руды и извести, кипение продолжают до достижения заданного содержания углерода. Раскисление проводят в два эта­па — введением ферросилиция и ферромарганца в печь, а при выпуске металла — присадкой алюминия в ковш.

При кремневосстановительном процессе содержание восста­новленного кремния доводят до 0,2 %. При этом требуется только раскисление в ковше алюминием.

Особенности плавки стали в дуговых печах постоянного тока.

Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока получили рас­пространение с начала 1980-х гг., после того, как было освоено производство мощных, экономичных и надежных выпрямителей на базе тиристоров. К 1993 г. в мире эксплуатировалось около 80 печей постоянного тока емкостью до 150 т.

Большая часть печей постоянного тока — это вновь создавае­мые печи, но в ряде случаев они представляют собой результат реконструкции печей, работавших на переменном токе.

Дуговые печи постоянного тока обычно имеют только один графитовый электрод, диаметр которого может достигать 700 мм. По сравнению с электродами печей переменного тока, в которых наблюдается поверхностный эффект, плотность постоянного тока равномерна по сечению электрода. Важнейшее конструктивное от­личие дуговой печи постоянного тока состоит в наличии подово­го электрода. Подовый электрод располагается не соосно с верх­ним электродом, а на расстоянии 500. 600 мм от оси печи. Это обеспечивает интенсивное электромагнитное перемешивание ме­талла в ванне. Кроме того, к преимуществам таких печей отно­сятся:

• уменьшение, примерно, в 5 —9 раз удельного расхода гра­фитовых электродов;

• связанное с этим уменьшение вредных выбросов из печи;

• уменьшение шума и вибрации при работе печи;

• некоторое снижение расхода электроэнергии и угара металла при плавке.

В то же время следует отметить усложнение конструкции и эк­сплуатации пода печи в связи с расположением в нем подового электрода. Технология плавки в дуговых печах постоянного тока может не иметь существенных отличий от плавки в печах пере­менного тока. Но часто технологией предусматривается загрузка шихты на металл и шлак, частично оставленные в печи от преды­дущей плавки. Используются также топливно-кислородные горелки в начале плавления и вдувание кислорода в ванну металла.

Источник:
Трухов А.П., Маляров А.И. Литейные сплавы и плавка М.: Академия, 2004.

Выброс металла из печи

Выбросы - это периодические переливы через горловину или выплески макрообъемов металлошлаковой эмульсии. Они являются основной причиной механических потерь металла при продувке, достигающих иногда 2-4% от массы металлошихты.
Выбросы металла и шлака происходят на отдельных плавках и наблюдаются обычно в момент наиболее интенсивного окисления углерода, т.е. тогда, когда в результате вспенивания пузырьками CO уровень ванны повышается, приближаясь к горловине. Причина возникновения выбросов окончательно не выяснена, однако выявлено много факторов, способствующих их появлению. Количество выбросов возрастает при увеличении количества шлака и чрезмерном повышении его окисленности; при вспенивании шлака, наблюдаемого в периоды, когда его основность находится в пределах от 1,4 до 1,8; при чрезмерном увеличении расхода кислорода; при единовременных присадках большого количества руды.
Выбросы представляют собой нежелательное явление со всех точек зрения и в ряде случаев являются своеобразным бичом производства.
На разных заводах разработаны различные методы борьбы с выбросами, но основным направлением в борьбе с ними является обеспечение общего снижения уровня ванны и уменьшение колебаний этого уровня по ходу продувки за счет более равномерного окисления углерода, уменьшения вспениваемости ванны, особенно шлака и т.п. Это достигается за счет изменения режима продувки, шлакового режима и др.
Меры борьбы с выбросами:
1. Увеличение высоты и удельного объема внутренней части конвертера и придание ему формы, способствующей отражению выбросов.
2. Увеличение числа присадок (порций) сыпучих материалов (без увеличения их общего расхода), что обеспечивает более равномерное окисление углерода по ходу плавки и уменьшение колебаний уровня ванны.
3. Ускорение шлакообразования. Наибольшая вспениваемость конвертерного шлака имеет место при его основности 1,4-1,8, которая достигается к середине продувки в период наиболее интенсивного окисления углерода; наложение этих двух факторов способствует вспучиванию ванны и выбросам.
4. Проведение плавки, отличающейся горячим началом операции. При холодном начале плавки возможно значительное переокисление шлака и металла из-за замедления массопереноса, что приводит к очень интенсивному, неравномерному окислению углерода и, как следствие, выбросам.
5. Уменьшение расхода кислорода в единицу времени.
6. Измерение уровня ванны по ходу продувки с использованием шумомеров.
Вынос мелких капель металла отходящими газами обычно наблюдается в начале продувки, когда поверхность металла не защищена шлаковым покровом. Потери металла с выносом существенно снижаются (и соответственно уменьшается заметалливание фурм) при ускорении шлакообразования и уменьшении длительности так называемого «бесшлакового» периода плавки.
Общие потери металла с выбросами и выносами составляют около 1%.
Следует помнить, что выносимая из конвертера с отходящими газами пыль улавливается сложной системой газоочистки и в виде шламов в большинстве случаев сбрасывается в золонакопитель.
Общее количество шламов, образующихся в кислородно-конвертерном цехе производительностью 5-6 млн. т стали в год составляет около 100 тыс. т.
В таблице 3.14 приведен химический состав проб конвертерного шлама, отобранных из радиальных сгустителей одного из заводов.

Обращает на себя внимание высокое содержание железа в конвертерных шламах при низких концентрациях кислотного окисла SiO2. В то же время они характеризуются высокой основностью (CaO/SiO2=4-7), что имеет немаловажное значение при использовании шламов в сталеплавильном переделе.
Присутствие даже в небольших количествах таких окислов, как K2O, Na2O, Al2O3, является полезным, так как они не только разжижают сталеплавительные шлаки, но и значительно понижают их температуру плавления.
Необходимо отметить, что конвертерные шламы имеют уже готовые компоненты первичного шлака (FeO, MnO, CaO, MgO), поэтому их использование в конвертерном переделе не только сократит расход извести, но и неизбежно приведет к экономии марганца и железа, уменьшит расход кислорода на плавку.
Данные металлургических свойств шламов дают основание утверждать, что наиболее рациональный путь их использования - возвращение после соответствующей подготовки в конвертерное производство. Опыт такого его применения имеется в отечественной и зарубежной практике и основан на получении из шлама кондиционного материала в виде окатышей (HKMK) и брикетов (ФРГ).
Опытные плавки, проведенные в 50-килограммовом лабораторном конвертере с добавкой 0,5 - 1,5 кг/т стали полученных из шлама брикетов, показали перспективность их использования в сталеплавильном переделе. Достигнуто снижение расхода извести на 12,5 кг/т стали при более глубокой степени дефосфорации.
Необходимо отметить, что несмотря на высокое содержание серы в шламе (табл. 3.14), конечное ее содержание в стали не превышало 0,011 %, что можно объяснить высокой основностью используемых конвертерных шламов и быстрой наводкой активного шлака.
Использование шламов в кислородно-конвертерном производстве в качестве комплексного флюса позволит не только улучшить процессы шлакообразования, снизить расход извести, интенсифицировать рафинировочные процессы, но и улучшить экологическую обстановку.
В таблице 3.15 в качестве примера приведен материальный баланс кислородно-конвертерной плавки (в расчете на 1 т стали), выполненный для условий продувки металла на низкоуглеродистую сталь при использовании передельного чугуна.

Читайте также:

  
• Индийская краска по металлу
  
• Добыча цветных металлов в узбекистане
  
• Купель металлическая уличная с подогревом
  
• Металлическая стойка для барной стойки
  
• Двери межкомнатные пластик металл