2.3.5. Совершенствование печи РОМЕЛТ.
Качающийся шлаковый желоб был демонтирован после первых 3-х кампаний из- за неработоспособности. Аналогично желобу для выпуска металла, стационарный желоб для выпуска шлака был выполнен раздвоенным, без охлаждения с огнеупорными крышками и верхними газовоздушными горелками.
В процессе эксплуатации желоб размывался шлаком и прогорал. На других участках происходило намораживание шлака из-за недостаточной скорости струи.
Для предохранения от размывания выпускного отверстия под ним был установлен закладной водоохлаждаемый элемент. Для предотвращения прогаров кожух желоба выполнили водоохлаждаемым коробчатой конструкции. Массивные стальные крышки с огнеупорной набивкой были заменены болыпемерным кирпичом. Подобная конструкция оказалась неработоспособной.
Неравномерный нагрев приводил к возникновению напряжений, деформации желоба, трещинам в сварочных швах и течам воды. Кирпичи, накрывающие желоб, растрескивались.Коробчатый желоб был заменен водоохлаждаемым желобом из продольно расположенных в стальном кожухе медных глиссажных труб 065x65 мм. В боковых
стенках желоба устанавливались газокислородные горелки (4 штуки). Проходное сечение было значительно увеличено (до 400x500 мм). Желоб имел крышку из глиссажных труб в кожухе, установленную на петлях и поднимаемую ручной лебедкой. Соединение труб было последовательным. Применяли охлаждение химически очищенной водой. Из-за недостатка химически очищенной воды и её высокой температуры охлаждение желоба неэффективно. Сам желоб был громоздким из-за большой толщины глиссажных труб.
Для перевода охлаждения шлакового желоба на техническую воду разработали конструкцию охлаждаемого желоба из стальных плавниковых труб. Желоб не имеет кожуха, трубы свариваются между собой плавниками, образуя сплошные панели, Трубы при этом соединялись параллельно с помощью коллекторной системы. Это позволило усилить охлаждение. Боковые двухсопловые горелки внешнего смешения, опробованные на желобе из медных труб, были сохранены и установлены с возможностью поворота вокруг своей оси на 150°. Это обеспечило равномерность нагрева желоба. Крышка была из плавниковых труб без сплошного кожуха. В крышке выполнили отверстия для визуального наблюдения за состоянием желоба.
Для футеровки желоба и крышки была использована хромомагнезитовая масса на жидком стекле с добавкой порошка феррохрома вместо применявшейся ранее корундовой массы.
Для обеспечения возможности независимого выпуска шлака в каждую чашу и длительной остановки желоба на ремонт в шлаковом отстойнике сделали второе отверстие для выпуска шлака с торцевой стороны отстойника. Размеры отверстий для выпуска в кладке увеличили. Для предотвращения размывания отверстия на внутреннюю сторону кожуха установили медные кессоны 4-го ряда с амбразурой, демонтированные с печи.
Таким образом, максимальный размер выпускного отверстия определялся размером амбразуры кессона, которая составляла 200x400 мм. Для изменения уровня расплава в печи в отверстии выкладывался порог из кирпича.Желоба крепили к кожуху отстойника и площадкам печи. Желоба были установлены с большим уклоном (-0,325) для повышения скорости движения шлака. Угол наклона желобов регулируемый. Желоба взаимозаменяемые.
Желоба из плавниковых труб (рис. 27) эксплуатировали на печи на кампаниях №№ 10-23. Эксплуатация доказала их высокую надежность и удобство обслуживания.
Крышки шлакового и металлического отстойников перед проведением кампании N10 были заменены на водоохлаждаемые коробчатой конструкции с футеровкой из жаропрочного бетона. Ранее применявшиеся неохлажденные крышки оказались непригодными для длительной работы: деформировались от неравномерного нагрева, набивка осыпалась, происходили прогары. Новые крышки работали удовлетворительно.
Рабочие площадки печи. Для удобства обслуживания желобов были расширены проектные площадки и выполнены новые со стороны шлакового отстойника. Выполнены дополнительные площадки под кислородную и газовую запорную арматуру. Убраны переходные мостики над желобами. Пол площадок на всех отметках ниже 13,600 был зафутерован шамотным кирпичом. Сделаны дополнительные лестницы с отметки 6,00 на отметку 0,000 для быстрого выхода с фурменной площадки персонала в аварийных ситуациях.
В связи с возникновением на отдельных режимах вибраций печи рабочие площадки были отсоединены от каркаса печи.
Огнеупорная футеровка печи и отстойников. Совершенствование футеровки шло в направлении повышения стойкости, предотвращения протечек шлака, снижения стоимости. В результате проведения первых пяти опытных кампаний на печи POMEJ1T в 1985 г были выявлены основные недостатки футеровки.
Муллито-корундовые огнеупоры имели очень низкую стойкость в шлаках ПЖВ. Периклазохромитовые стояли значительно лучше.
Наиболее интенсивному разрушению футеровка подвергалась на границе «шлак- газовая фаза» на уровне поверхности ванны.
При работе с наплавкой ванны твердым шлаком рабочий слой футеровки подвергали сильному износу.Также местами интенсивного износа являлись стенки отстойника на уровне поверхности шлака и отверстие для выпуска шлака.
Кладка металлического отстойника, подина и нижняя часть стен в зоне контакта с чугуном практически не имели износа.
Рис. 27. Шлаковый желоб. Выпуск шлака
В процессе плавок несколько раз происходили протечки шлака на стыках огнеупорной кладки с кессонами и в углах в месте стыковки печи с отстойниками. Эти течи были обусловлены плохим уплотнением зазоров между кирпичной кладкой и нижним краем кессонов, что потребовало разработки специального технического решения узла стыковки.
Арка шлакового перетока сравнительно быстро разрушалась шлаком до нижнего края охлаждаемой торцевой стенки из глиссажных труб. Однако это не приводило к ухудшению работы перетока.
Наблюдались также деформации кожуха и смещение отстойников в результате подвижки кладки при повторных разогревах.
В футеровку был внесен ряд изменений, которые включали:
замену муллито-корундовых огнеупоров в шлаковом отстойнике и в рабочем пространстве в подфурменной зоне и в арках перетоков на периклазохромитовые;
изготовление специальной набивной футеровки в зазорах между огнеупорной кладкой и нижними краями кессонов;
установку медного водоохлаждаемого холодильника под порогом отверстия для непрерывного выпуска шлака;
изготовление защитной кладки из шамотного кирпича на растворе на поверхности кессонов 1-2 рядов для предотвращения их перегрева при разогреве печи и запуске.
Дальнейшее совершенствование футеровки печи в ходе проведения кампаний №№ 6-23 шло в направлении её удешевления, уменьшения напряжений в результате расширения при нагреве, повышения стойкости набивных футеровок на сводовых элементах, использования набивных футеровок на кессонах в зоне дожигания, изменения геометрии футерованной части рабочего пространства.
Были произведены следующие усовершенствования.
В шлаковом отстойнике уменьшили толщину кладки стен из периклазохромитового кирпича ПХПП за счет замены внутреннего слоя арматурным слоем из шамотного кирпича ШПД.
Это позволило снизить стоимость кладки и уменьшить тештоотвод через неё.При кладке подины первоначально кирпич 11X1111 был заменен на более дешевый магнезитовый кирпич МО-91. Заметного износа при этом не наблюдали. Поэтому в дальнейшем нижние слои подины толщиной около 400 мм выполняли из шамотного кирпича марки ШБ-1. Это позволило еще более удешевить футеровку подины и уменьшить теплопотери через кладку.
Футеровка стен металлического отстойника выполнена из шамотного кирпича ШПД вместо периклазохромитового ПХПП за исключением шлакового пояса шириной ~300 мм.
В рабочем пространстве печи кирпич ПХПП был оставлен только для кладки рабочего слоя толщиной около 450 мм. Внутренняя часть была заменена арматурным слоем из кирпича ШПД.
Вместо хромомагнезитовой массы для набивки сводовых кессонов применили жаропрочный бетон на основе муллито-корундового наполнителя МКН-94. При этом повысилась технологичность изготовления огнеупорного слоя и его прочность.
После замены медных кессонов в зоне дожигания (3-5 ряды) стальными трубчатыми на их поверхность стали наносить перед началом плавки огнеупорный слой из жаропрочного бетона.
Для футеровки крышек отстойников после их замены на водоохлаждаемые применили бетон на основе МКН-94.
Для повышения стойкости кладки в местах повышенного износа в зоне контакта огнеупоров с движущимися шлаком и газовой фазой применили закладные охлаждаемые элементы новой конструкции. Холодильники были установлены:
в обоих отверстиях для непрерывного выпуска шлака;
в шлаковом отстойнике по периметру на уровне поверхности шлакового расплава.
Увеличена ширина шлакового перетока с 500 до 900 мм. Увеличена ширина металлического перетока с 300 до 700 мм. Стенки рабочего пространства печи первоначально выполнялись прямыми до подины. С целью уменьшения массы чугуна и шлака в печи изменили профиль боковых стенок и стали выполнять их ступенчатыми с уменьшением расстояния между кладкой стенок с 1900-2000 мм на уровне нижних фурм
до 900-1000 мм на уровне подины.
Для промышленного варианта печи были разработаны футеровки с наклонной и ступенчатой подиной, уменьшающие массу металлической ванны в печи, которые защищены авторскими свидетельствами.
Водоохлаждаемые элементы.
На первых пяти кампаниях на печи были установлены только проектные медные торцевые и стеновые кессоны, коробчатые сводовые кессоны. По ходу проведения плавки измерялись температура сливов воды из каждого холодильника и по диаграммам записи температуры воды на сливах проводили расчет тепловых потоков на стены в разных зонах.Общие тепловые потери на этих кампаниях составляли 10-25 ГкалУч. Однако тепловые потоки по длине и высоте печи распределяются неравномерно. Тепловые потоки через кессоны 1-го ряда обычно составляли 30-50 Мкал/час*м2, а в верхней части печи (в зоне дожигания) тепловой поток достигал 200-250 Мкал/час*м2. Наибольшие тепловые потоки наблюдались на верхних холодильниках торцевых стен печи.
Анализ тепловых потерь по длине печи показал, что наиболее интенсивно процессы теплообмена протекают в печи в ее середине, где тепловые нагрузки на кессоны достигают максимальных значений. В районах крайних по длине печи кессонов теплообмен замедлен, что связано с расположением фурм нижнего ряда на печи. В связи с вышеизложенным были начаты работы по созданию кессонов для зоны дожигания, обеспечивающие уменьшение тепловых потерь.
На кампании № 6 вместо левых торцевых холодильников J1TX I, 2 и 3 установили стальной кессон новой конструкции предложенный специалистами НПО «Энергосталь». Кессон был изготовлен из стальных бурильных штанг квадратного сечения 140x140 мм с каналом 085 мм. Для увеличения скорости протока воды пропускное сечение уменьшили за счет установки в канале трубы 057x3,5. Бурильные штанги устанавливались на ребро и соединялись друг с другом косынками из стального листа. В узлах, образованных внешними гранями штанг, устанавливались тонкостенные стальные трубы для удержания огнеупорной набивки из корундовой массы, наносимой на огневую поверхность кессона.
Опробование показало, что тепловые нагрузки на опытньй кессон ниже, чем на кессон из медных глиссажных труб, особенно, в начальный период плавки, когда они составляли 170-190 Мкал/час*м2 вместо 310-350 Мкал/час*м2 на медных глиссажных трубах.
На кампаниях № 7, 8 и 9 продолжили испытания новых кессонов, установленных на обоих торцах печи по четыре опытных холодильника. Испытания новых холодильников показали, что тепловые потери на торцах снизились на 10-15%.
Перед кампанией № 10 стеновые медные кессоны 4-го и 5-го рядов заменили кессонами из бурильных штанг. Каждый кессон состоял из двух штанг длиной 8 м, соединенных последовательно. Между штангами были установлены стальные трубы. Кессоны жестко крепились к кожуху на шпильках.
Огнеупорная набивка поверхности с кессонов достаточно быстро смывалась, так как не были решены вопросы технологии ее крепления. При этом тепловые потоки через стальные кессоны были в целом ниже и составляли в среднем 70-100 Мкал/час*м2 вместо 90-120 Мкал/час*м . Кроме того, были устранены локальные перегревы. Это позволило, в частности, достичь максимальной производительности печи на камлании N11 (производительность по металлу 18,4 т/час). Однако эксплуатационная надежность кессонов оказалась неудовлетворительной как из-за несоответствия свойств материала (бурильных штанг) условиям эксплуатации, так и вследствие неудачного конструктивного исполнения. В результате стальные кессоны были демонтированы и для продолжения испытаний вместо них были временно смонтированы первоначальные медные кессоны на период до изготовления стальных кессонов новой конструкции.
В связи с этим кампания № 16 была проведена с целью опробования длительной непрерывной работы печи. Если продолжительность обычных кампаний составляла 4-5 суток работы с расплавом, то на этой кампании была поставлена задача проработать в режиме непрерывной плавки сырья 2 недели ( 14 суток). Из-за использования медных кессонов производительность была ниже, чем на предыдущих кампаниях.
Была разработана новая конструкция стальных кессонов для зоны дожигания из плавниковых труб, сваренных в панели (рис. 28) аналогично поверхностям охлаждения котлов-утилизаторов. Каждый кессон состоял из двух панелей: передней (огневой) и
задней. Передняя панель собрана из труб 057x5, установленных на расстоянии 96 мм между осями. Задняя панель собрана из труб 038x5. Трубы задней панели перекрывают просветы между трубами передней панели. На трубы передней панели наваривается арматура для удержания набивки. Удержание набивки должно обеспечиваться в просветах между трубками передней панели с трех сторон. Изготовление кессонов из котельных труб и подвижное соединение панелей должны были обеспечить надежность и прочность кессона. Из аналогичных панелей были изготовлены и сводовые кессоны (рис. 29).
Перед кампанией № 17 на печи были установлены новые кессоны вместо 3-5 рядов медных стеновых кессонов и вместо соответствующих им торцевых кессонов. Были заменены и сводовые кессоны. Для набивки использовали и муллито-корундовый бетон. Испытания этих кессонов на кампаниях NN17-23 показали, что тепловые потоки через них составляют в среднем 60-90 МКал/ч*м .
В целом кессоны работали надежно, выдержали большое число теплосмен. Они вполне пригодны для промышленной эксплуатации с учетом дополнительного усовершенствования путем ошиповки поверхности труб передней панели для лучшего удержания огнеупорной массы.
При включении верхней части печи в систему испарительного охлаждения котла - утилизатора в качестве охлаждаемых элементов могут использоваться обычные поверхности нагрева, применяемые на котлах. FT \ TJ i« i » ^ ¦ ,i »T- , 1— 1 ¦rr
T" ЗП К 1 Я ГЖ 1
-Ц ** —ЬД 1 IV 1—1 ЧП —IP
"" AL Гi H
11 14. —Fi
AL 1
V! 1 1
—M -HW tl 14» H=
? FT к
A i 1 -U M— vi 1/ V vv i • 1 * * 1 '
Рис. 29 Стеновая стальная панель
Мероприятия по снижению пылевыноса. Исследование уноса показало, что он формируется в основном за счет шихтовых материалов сдуваемых с потока шихты при падении в рабочем пространстве. Для уменьшения пылевыноса из печи был опробован панельный экран из котельных труб, который установили под сводом между загрузочным отверстием и дымоотводящим патрубком. Ширина экрана 3740 мм, высота 1420 мм. Экран впервые установили на печь на кампании № II. Опробование показало, что конструкция^ этого охлаждаемого элемента работоспособна. Заметного снижения пылевыноса при использовании экрана не наблюдали. При использовании пылеватого сырья его вынос возрастал при его низкой влажности. Для снижения пылевыноса шихты в нижней части загрузочной течки были установлены форсунки для подачи воды с целью увлажнения шихты. Положительный результат дал перенос загрузочного отверстия в своде печи от дымоотводящего патрубка на расстояние 1,5 м вместо 0,5 м по проекту.
Загрузочная течка на печи претерпела модернизацию из-за. забивания шихтой, что неоднократно приводило к возникновению аварийных ситуаций. Для предотвращения забиваний были увеличены угол наклона течки с ~45° до ~60° и диаметр с 300 мм до 500 мм. Течка и загрузочная воронка выполнены из нержавеющей стали и снабжены электровибратором. Форму загрузочной воронки и отверстие в своде сделали круглыми.
Для предотвращения налипания шихты на внутренней поверхности течки был организован обогрев снаружи ижекционной горелкой.
Фурмы, горелки, подводы энергоносителей и охладителя. Первоначально печь была оснащена фурмами-горелками нижнего ряда с диаметром сопла 60 мм. В ходе испытаний была опробована работа всех фурм с соплами диаметром 45 мм (3-я кампания) и 30 мм (4-я кампания). Уменьшение диаметра сопел фурм позволило снизить опасность зарастания их шлаком. Перед кампанией № 11 четыре фурмы- горелки в зоне загрузки шихты были оборудованы соплами 045 мм. Это позволило повысить интенсивность барботажа и скорость массообмена в зоне загрузки. В течение кампаний М» 21-22 фурмы с диаметром сопел 30 мм и 45 мм были заменен на фурмы соплами диаметром 24 мм и 30 мм. Нарушений в работе фурм не отмечалось.
Эксплуатация печи показала, что при жидком старте (запуске с заливкой расплава) верхние газокислородные горелки и не нужны. В связи с этим после кампании № 4 они были демонтированы и заменены фурмами для дожигания.
Для обеспечения возможности отбора проб из рабочего пространства печи были демонтированы две фурмы для дожигания верхнего ряда. В связи с малой мощностью горелок ГНГГ-6 после кампании № 5 на отстойниках установили дополнительно по две газокислородные горелки. Подвод газа к фурмам-горелкам нижнего ряда был выполнен гибкими металлорукавами. Металлорукава были установлены на подводах и отводах воды и охлаждаемых элементах печи.
Эксплуатация верхних фурм показала, что изменение угла их наклона и глубины ввода в рабочее пространство печи не оказывает существенного влияния на процесс дожигания выходящих из расплава газов. В то же время из-за высоких тепловых нагрузок стальные фурмы для дожигания после кампании № 22 начали выходить из строя. В связи с этим перед 23-й кампанией четыре верхние подвижные фурмы были заменены на стационарные, в качестве которых использовали головки фурм нижнего ряда 0 60 мм. Использование стационарных фурм не вызвало изменения режима дожигания газов и уменьшения доли тепла от дожигания, передаваемого расплаву. Новые фурмы были установлены в имеющиеся отверстия в кессонах четвертого ряда. За счет меньших габаритов фурм и отсутствия механизмов перемещения существенно упростилось их обслуживание, снизились потери тепла и повысилась надежность.
# * *
Эксплуатация установки РОМЕЛТ впервые показала возможность устойчивой управляемой работы агрегата полностью жидкофазного восстановления. В процессе исследований уже на первых плавках была доказана возможность совмещать в одном реакционном пространстве восстановительные (восстановление железа из шлака) и окислительные (горение угля) процессы. Была решена задача эффективного замешивания угля в объем шлака. Доказана высокая степень передачи тепла от дожигания шлаковой ванне. При этом:
отработали технологию жидкого старта печи;
отработали технологию восстановительной плавки с частичным дожиганием отходящих газов;
отработали технологию ведения процесса восстановления на энергетическом угле с использованием и без использования природного газа;
отработали технологию ведения процесса на кислородно-воздушном дутье с содержанием кислорода от 100% до 41%, а на отдельных фурмах - на воздушном дутье;
показали возможность использования печи POMEJIT как агрегата для плавки металлических отходов (прокатной окалины, стружки) и металл из ованного сырья;
получили необходимые технологические параметры работы печи для проектирования промышленной установки по переработке пыл ей газоочисток металлургических производств;
достигли производительности по выплавке полупродукта 18,4 т/ч при плавке окисленного сырья и до 31 т/ч при плавке частично восстановленного сырья;
показали принципиальную возможность устойчивой длительной работы печи в режиме плавки аглоруды на шлаках с основностью ~0,6-0,7;
показали возможность работы печи в режиме газогенератора с получением горячего восстановительного газа с содержанием окислителей СО2 + Н2О менее 5% и температурой 1300- 1400 С;
показали возможность переработки ванадий- и хромсодержащих шламов производства ванадия НПО «Тулачермет» сырья с извлечением ванадия и хрома в металл;
отработали способы контроля процесса.
Параллельно с отработкой технологических приемов были определены некоторые оптимальные конструктивные параметры и решения по:
диаметрам сопел барботажных фурм;
уровням шлака и металла в печи;
конструкции кессонов;
форме и устройству огнеупорной футеровки печи;
выпускным устройствам (желобам, перетокам, леткам);
верхним фурмам;
разводке энергоносителей,
расходным бункерам, дозаторм шихтовых материалов,
системе охлаждения.
В процессе разработки и освоения процесса и установки РОМЕЛТ были получены авторские свидетельства и патенты на технологические решения по способу плавки и его совершенствованию (А. с. NN1695778, 1706216, 1648090, 1338399, 1340154, 1385617, 1387455, 1394713, 1394714, 1396611, 1420949, 1436502, 1446934, 1494518, 1535030, 1538519, 2086660, 2089618) и конструкции печи и вариантам ее усовершенствования (А. с. NN1381998, 1436501, 1637338, 1773068, 1669192, 1494518, 1446934, 1637475, 1637337, 1637476, 1340154, 2086660)и способам и средствам контроля (Ms 2117265, 1515069, 2131465, 2182603, 2117050), способу использования шлака (N° 1836438).
Одновременно с отработкой технологических приемов управления процессом и совершенствованием конструкции печи провели значительный объем исследований, которые позволили сформулировать теоретические основы процесса. Эти исследования описаны в последующих разделах 3-7.
Еще по теме 2.3.5. Совершенствование печи РОМЕЛТ.:
- 1.1. Методы расчета процесса РОМЕЛТ на основе модифицированного метода А.Н. Рамма
- 1.2. Методы зонального расчета балансов процесса РОМЕЛТ
- 2.3. Исследование взаимодействия влаги с углеродом угольной частицы в газовом пузыре в объеме шлакового расплава
- 3.4. Исследование восстановления железа окисью углерода из шлакового расплава
- 3.5. Исследование восстановления железа метаном и водородом из шлакового расплава
- 4.1. Алгоритм расчета
- 4.2. Исходные данные для расчета
- 4.2.2. Распределение элементов между металлом, шлаком и пылегазовой фазой.
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
- 1.2. Процессы преимущественно жидкофазного восстановления железа
- 2.1. Конструкция и основные параметры печи и опытной установки.
- 2.2. Освоение и совершенствование процесса РОМЕЛТ
- 2.2.3. Дутьевой режим печи РОМЕЛТ.
- 2.3.5. Совершенствование печи РОМЕЛТ.
- 3.4.3. Структура шлакометаллической эмульсии в печи РОМЕЛТ
- 4. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПЕЧИ РОМЕЛТ