Выпадение настыли из газохода
Настыли в газоходе образуются из отложений плавильной пыли, выносимой из конвертера отходящими газами. Частички размером от 1 мкм и больше выпадают из потока под действием сил инерции и трения. Чаще всего в нижнем конце газохода, в местах изменения траектории потока, на поворотах, в переходах к разным сечениям тракта; в результате значительного уменьшения скорости потока из-за подсоса атмосферного воздуха, разбавления и охлаждения газов, торможения в пограничном (ламинарном) слое потока на шероховатой поверхности газохода.
Плавильная пыль, осаждаясь на стенках газохода, уплотняется, спекается и превращается в компактную массу окисленного железа. Размеры и масса настыли увеличиваются за счет продолжающихся выносов. Появление на каком-либо участке тракта даже небольшого осаждения пыли замедляет движение газов и способствует дальнейшему выпадению выносов в этом месте.
Зона образования настыли в газоходе лежит в напряженном температурном поле. С одной стороны, она омывается горячими конвертерными газами, а с другой — охлаждается водой, циркулирующей в полых стенках газохода. Условия отвода тепла от нагретой заскрапленной поверхности ухудшаются. Охлаждающая вода местами перегревается, образуя пароводяную эмульсию. Из-за этого возникает паровая пробка, вспучиваются стенки газохода и экранирующие трубки тракта, появляются надрывы в металле, течь воды, увлажняется настыль.
Сильные напряжения возникают и в самой настыли за счет термического торможения при расширении и усадке. Открытая ее часть, нагреваясь, не может свободно расширяться, так как этому препятствует охлаждающееся основание. Неполное объемное расширение настыли равносильно наложению на нее напряжения сжатия. В ней возникают радиальные напряжения (бр), обусловленные недоусадкой металла, стремящиеся оторвать ее в направлении, перпендикулярном плоскости стенки газохода (рис. 10).
Рис, 10. Термомеханические напряжения в настыли: 1 — стенки газохода; 2 — охлаждающая вода; 3 — отходящие газы; 4 — настыль
Основание настыли не может свободно сжиматься соответственно условиям охлаждения, так как испытывает растяжения со стороны более нагретой ее части. На нижние слои накладываются тангенциальные напряжения (бт), стремящиеся сдвинуть ее по плоскости стенки газохода.
В процессе интенсивного обезуглероживания и непрерывного нагревания настыли термомеханические напряжения разного знака не вызывают в ней больших остаточных деформаций ввиду пластичности металла. Если и появляются где-нибудь надрывы, то они завариваются. Во время прекращения дутья, например в межплавочные паузы, когда настыль оказывается в условиях всестороннего охлаждения, сжатию подвергается и основание, и открытая поверхность настыли. В основании появляются тангенциальные растягивающие напряжения от недоусадкн по все еще более горячей, хотя и охлаждающейся открытой части. Но металл настыли становится менее пластичным. Упругие напряжения переходят в остаточные, достигающие предела прочности в пунктах сцепления настыли с газоходом.
Термомеханические напряжения в настыли могут быть рассчитаны по упрощенной формуле С. П. Тимошенко:
,(6.3)
где бт — растягивающее напряжение, Па; а — коэффициент линейного термического расширения металла настыли; Е — модуль упругости; м — коэффициент поперечного сжатия (коэффициент Пуассона); t— разность температур открытой части и основания настыли, °С.
Для металла настыли можно принять a=13*10-6; Е=12*104МПа; м = 0,25.
После подстановки этих значений в (6.3) получим
,(6.4)
Наиболее значительные тангенциальные напряжения в настыли возникают, по-видимому, в области пониженных температур (400—500°С), когда пластичность металла оказывается минимальной и амортизация напряжений исключается.
Если допустить, что температура настыли на горячей стороне и в основании равны соответственно 450°С и 50°С, то t = 400°С и бт = 4*108Па(40 кг/мм2).
Тангенциальное напряжение такой величины равно пределу прочности мягкой литой стали.
Многократные возникновения напряжений отрыва (бт) в настыли нарушают прочность ее сцепления со стенкой газохода. Предугадать момент падения настыли невозможно из-за отсутствия приборов контроля. Самым опасным в этом отношении следует считать периоды охлаждения конвертера.
Для борьбы с этим опасным явлением можно рекомендовать следующие меры профилактики:
1. Во время ремонта конвертера или пребывания его в резерве очищать газоходы от настылей и плавильной пыли согласно проекту организации работ (ПОР) с соблюдением инструкции по технике безопасности.
2. Результаты осмотров и даты очистки газового тракта записывать в журналы ревизий ремонтов газоходов.
3. Составлять топографические карты образования скрапа в газоходах. Регулярно статистически обрабатывать материалы наблюдений по образованию и выпадению настылей.
4. Во время прекращения продувки выводить горловину конвертера из-под газохода так, чтобы кожух его служил отражателем при выпадении настыли.
5. Течь воды из газохода считать сигналом близкой опасности падения настыли.
6. После выпуска плавки, в ходе которой была обнаружена течь воды из газохода, немедленно приступить к очистке его от скрапа и исправлению повреждения.
7. Ограничить применение пылеватой фракции в шихтовых материалах.
8. Не перегружать конвертер металлошихтой сверх допустимого предела по удельному объему V’ = 0,8— 0,9 м3/т. Следует помнить, что эксплуатация конвертера с подобными нарушениями технологии приводит к учащению выбросов в плавках и сильному заметалливанию газового тракта, к реальной опасности выпадения скрапа в конвертер.
Опасные явления на выпуске плавки
После продувки ванны причиной взрыва в конвертере и выброса может стать выпадение настыли из газохода или обрыв фурмы в ванну.
Перед выпуском плавки делают повалку конвертера для отбора проб металла, шлака и замера температуры. Газовый тракт при этом остывает и создаются условия, способствующие отрыву настыли. Особенно опасны в этом отношении продолжительные задержки плавки в конвертере, вызванные неготовностью сталеразливочного ковша, отсутствием в пролете разливочного состава, неисправностью оборудования и т. д.
Возможен выброс металла и из ковша — на выпуске или после слива плавки. Причиной тому чаще всего бывает загрузка на дно ковша непрокаленных ферросплавов. В горячем ковше ферросилиций и ферромарганец в куче спекаются и ошлаковываются с поверхности. Испарение влаги внутри спекшейся массы может продолжаться и после наполнения ковша. Пары воды прорывают корочку шлака и устремляются в атмосферу, увлекая с собой металл и шлак. Остаток ошлакованного кома ферросплавов нередко виден на дне ковша после разливки плавки.