ОБРАЗОВАНИЕ НАСТЫЛЕЙ В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ МЕТАЛЛИЗАЦИИ «MIDREX»

Холтобина Инна Андреевна

студент 4 курса, кафедра металлургии и металловедения

СТИ НИТУ «МИСиС», г. Старый Оскол

E-mail: kholinna@mail.ru

Тимофеева Анна Стефановна

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент каф. металлургии и металловедения СТИ НИТУ «МИСиС», г. Старый Оскол

В Старооскольском регионе имеются шахтные печи прямого восстановления железа «MIDREX» и «HYL», которые установлены на Оскольском электрометаллургическом комбинате и Лебединском горно-обогатительном комбинате.

Немаловажным показателем, влияющим на производительность шахтных печей металлизации, является образование настылей.

Настыль — это нарост, в форме бугра, на поверхности огнеупорной кладки металлургической печи, образующийся, как правило, в результате отклонений от нормы в процессе работы печи. При образовании даже сравнительно небольшой настыли, резко нарушается газопроницаемость слоя шихты, дезорганизуется равномерное распределение газа-восстановителя по сечению и объему шахтной печи, что в свою очередь приводит к неоднородности тепловой и хими­ческой обработки слоя шихтовых материалов, ухудшаются показатели работы печи, возникают опасные подвисания шихты.

Анализ литературных источников по образованию настылей, показал, что

существует несколько механизмов образования настылей, так при наличии расплава настыль образуется за счет кристаллизации слоя металла соприкасающегося с более холодными поверхностями стен. Данный механизм в установке металлизации не приемлем, в связи с отсутствием фазовых переходов в обрабатываемом материале.

Наиболее вероятный — это механизм твердофазного спекания металлических частиц. Настыль, образовавшийся в зоне над фурменным поясом состоит из частиц самых разных размеров, встречаются и целые мелкие окатыши. По периметру печи слой настыли не равномерный, имеет ребристую структуру, это свидетельствует о неравномерности движения окатышей не только в поперечном сечении шахты печи, но и в продольном.

Вид настылей в печи металлизации «HYL» представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Настыли в восстановительной зоне печи металлизации «HYL-III»

Для печи металлизации «MIDREX» вид настылей в восстановительной зоне металлизации совсем иной. Для выяснения причин образования настылей был рассмотрен вопрос конструкции печи и подачи восстановительного газа в печь. Он подается из двух рядов сопел, представленных на рис. 2 и настыль образуется, в основном, между рядами сопел.

По расположению в печи настыли можно разделить на кольцевые и односторонние, верхние, срединные и нижние, а также распространяющиеся от защитных плит колошника и до заплечиков (сквозные настыли).

Кольцевые настыли имеют различную толщину по высоте и по окружности. Чаще всего толщина настылей изменяется от 1 до 2 м, а высота — от 5 до 10 м.

Рисунок 2. Настыли, образующиеся в печи металлизации «Midrex» а) настыли, образованные в районе фурм; б) футеровка в фурменном поясе, очищенная от настылей.

Основание настыли — пята — может располагаться на различных горизонтах от распара и до верха шахты, что определяется условиями работы печи. Конфигурация настыли также определяется условиями работы печи в каждом отдельном случае и может быть самой разнообразной.

Образование настылей может быть связано с различными причинами.

Так как образование настылей, прежде всего, зависит от содержания мелочи в окатышах [1, с. 32; 2, с. 6; 3, с. 27], то необходимо рассмотреть какие факторы влияют на образование мелочи в печи металлизации «MIDREX». Для выяснения причин были взяты данные работы печи металлизации за год и проведена статистическая обработка данных по влиянию параметров работы на образование настылей. Причем данные усреднялись при небольших отклонениях в величинах определяющих корреляцию. Ниже представлен расчет коэффициента корреляции.

1.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от степени металлизации (рис. 3).

Таблица 1.

Расчет среднеквадратичного отклонения для содержания мелочи

Таблица 2.

Расчет среднеквадратичного отклонения для степени металлизации

Коэффициент корреляции:

=-6,14/11,31 = -0,543

Рисунок 3. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от степени металлизации

Расчет коэффициента корреляции для других показателей произведен аналогичным способом.

1.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания углерода (рис. 4).

 -0,379/3,06 = -0,379

Рисунок 4. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания углерода

2.  Зависимость содержания мелочи металлизованных окатышей от расхода газа (рис. 5.)

 =87990,2/224460,5= 0,392

Рисунок 5. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от расхода газа

3.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания Н₂ в восстановительном газе (рис. 6)

-5,205/27,987 = -0,186

Рисунок 6. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания Н₂ в восстановительном газе.

4.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от расхода окисленных окатышей.

8254,9/10786,4 = 0,765

Рисунок 7. График зависимости содержания мелочи металлизованных окатышей от расхода окисленных окатышей

5.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания железа

1,85/5,81 = 0,318

Рисунок 8. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания железа

6.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания FeО.

-0,203/1,661=-0,122

Рисунок 9. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания FeО.

7.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания СаО.

-0,58/1,77=-0,328

Рисунок 10. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от содержания СаО

8.                     Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от температуры восстановительного газа

36,2/90,7= 0,399

Рисунок 11. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от температуры восстановительного газа.

9.  Зависимость содержания мелочи в металлизованных окатышах от расхода мела на покрытие окатышей перед металлизацией

21,63/28,532 = 0,758

Рисунок 12. График зависимости содержания мелочи в металлизованных окатышах от расхода мела на покрытие перед металлизацией.

Анализируя статистическую обработку данных можно сказать, что особого влияния и связи между образованием мелочи и большинством параметров не обнаружено. Но связь между образованием мелочи в металлизованных окатышах и расходом окатышей существует и коэффициент корреляции равен 0,768.Также важную роль играет меловое покрытие окатышей перед металлизацией, коэффициент корреляции равен 0,758.

Газ, выходящий из сопел движется со скоростью относительно небольшой, то частицы, имеющие небольшой размер, они как бы привариваются к поверхности печи в зоне расположения фурм. Так как в этом месте температура самая высокая и к моменту подхода материала (окатышей) к фурменному поясу уже железо восстановлено и если покрытия на поверхности недостаточно, то восстановленное железо в виде мелких частиц образует зародыши настыля. С течением времени их количество увеличивается и настыль растет.

Список литературы:

1.Тимофеева А.С., Никитченко Т.В. Образование настылей в восстановительной зоне печи металлизации HYL-III./Бюллетень научно-технической и экономической информации Черная металлургия. Выпуск 11 (1343) 2011. — с. 34—36

2.Тимофеева А.С., Кожухов А.А., Никитченко Т.В. Определение скорости роста настыля в восстановительной зоне печи металлизации. Сталь № 6 2012 — с. 6—7

3.Тимофеева А.С., Никитченко Т.В., Кожухов А.А. Математическая модель скорости роста настылей в печи металлизации./ Металлург.№ 7, — 2012 с. 27—31.