Теоретичні основи руху продуктів плавки та регулювання процесами в горні доменної печі

Коливання хімічного складу чавуну найбільші в зоні чавунної льотки №1, оскільки в ній він менше всього усереднюється, а найменші в зоні чавунної льотки №3, де відбувається максимальне усереднювання.

Найбільш якісний чавун за вмістом сірки виходить на чавунній льотці №2. У цьому секторі найсприятливіші умови для десульфурації цільового продукту. По-перше, у секторі середнє фізичне нагрівання, по-друге, основність шлаку дещо завищена і, нарешті, по-третє, через льотку виходить велика кількість і шлаку, і чавуну, що приводить до додаткової десульфурації чавуну в каналі льотки. У секторі чавунних льоток №1 і №3 умови десульфурації дещо гірші, тому вміст сірки в чавуні підвищений.

Положення, що створилося на доменній печі, можна пояснити неправильним, нерівномірним завантаженням шихтових матеріалів, нерівномірністю розподілу параметрів комбінованого дуття, поданого в піч по обводу горна, асиметричністю геометричних розмірів нижньої частини печі, чавунних льоток.

У ході досліджень були визначені висоти розташування каналів чавунних льоток. Результати вимірів наступні. Чавунні льотки №2 й №3 були розташовані нижчими за чавунну льотку №1 на 20 і 50 мм відповідно.

Крім того, вимірювання кутів нахилу робочого органа бурильних машин показало, що кут нахилу бура машини №1 становив 12,5^о, а в машини №2, що обслуговує чавунні льотки №2 і №3 - 14,5^о. За середньої довжини каналу льотки 2,7-2,9 м різниця кута нахилу бурів у 2^о призводить до того, що внутрішній отвір чавунної льотки №1 знаходиться вище за отвір чавунної льотки №2 й №3 на 101 мм.

Отже, фактично внутрішні отвори чавунних льоток №2 й №3 щодо чавунної льотки №1 знаходяться нижчим на 121 мм і 151 мм відповідно.

Чавунна льотка №1 знаходиться вище за всі льотки й з умов гідродинаміки вона видає менше чавуну, але більше шлаку. Чавунна льотка №3 розташована нижче за всіх, тому вона видає більше чавуну, але менше шлаку. Цілком пояснювано, що після випуску продуктів плавки на чавунну льотку №3 наступний випуск на чавунну льотку №1 часто супроводжується виходом вперед шлаку, оскільки об'єм одержаного чавуну між випусками недостатній для заповнення об'єму горна від рівня чавунної льотки №3 до рівня чавунної льотки №1.

Для нормалізації роботи доменної печі був установлений однаковий кут і рівень свердління каналу чавунних льоток.

Протягом тижня канали чавунних льоток набули необхідних геометричних розмірів, після чого була ліквідована стаціонарна окружна нерівномірність. Кількість чавуну й шлаку по льотках за випускання стала однаковою. Уміст кремнію в чавуні вирівнявся і став 0,8%. При цьому збільшилася продуктивність печі на 5,1%, зменшилася витрата коксу на 1,22%. У роботі льотки №3 покращились дренажні умови, оскільки вона стала видавати до 6 ковшів шлаку, припинилося горіння повітряних фурм в її секторі.

Кількість випусків становила до 15 за добу. Потім кількість випусків була зменшена до 12 головним чином за рахунок організації горнових робіт і транспортної служби. Збільшення часу наповнення горна спричинило до збільшення часу випуску, і, відповідно, маси вихідних чавуну й шлаку. Очевидно, що при цьому в період наповнення горна зріс ступінь його заповнення розплавами й підвищився його абсолютний рівень. Зріс гідродинамічний тиск на рівні повітряних фурм. Для утримання заданого перепаду тиску знижували витрату дуття на 200м³/хв або на 4 %, відповідно продуктивність печі знизилася на 290 тонн чавуну за добу. Підвищення кількості випусків на 3-5 за добу нормалізує роботу печі й підвищує ефективність виплавки чавуну. Тому кількість випусків була відновлена до 15.

У восьмому розділі здійснено вдосконалення технології вдування додаткового палива в горн доменної печі. Ефективність використання вуглеводневих домішок і пиловугільного палива як замінника коксу під час виплавки чавуну в доменній печі визначається економічною ситуацією, цінами на них, коефіцієнтом заміни коксу, окупністю установок.

Гранична величина ефективності подавання вуглеводневих домішок або пиловугільного палива визначається повнотою їх згорання у фурменому вогнищі, розподілом газів по перерізу печі, ступенем використання їх теплової й відновної енергії в поєднанні з високоінтенсивним ходом доменної плавки. Із збільшенням витрати додаткового палива ефективність використання паливних домішок зменшується, оскільки знижується коефіцієнт заміни коксу.

Недосконалість способів введення вуглеводневих домішок приводить до утворення сажі, яка потрапляє в нижню частину печі, де перетворюється під впливом високих температур у графіт. Пиловугільне паливо не встигає згорати й потрапляє в шлак. При цьому він стає гетерогенним, збільшується його в'язкість, зменшується порозність стовпа горнового коксу й відповідно місткість металоприймача, що призводить до захаращення горна доменної печі і, як наслідок - погіршення техніко-економічних показників доменної плавки.

Термодинамічний аналіз показує, що в умовах доменної печі (відновна атмосфера, високі температури) вірогідність піролізу метану з виділенням сажного вуглецю висока, і природний газ, що не прореагував у зоні горіння, потрапляючи у відновну атмосферу, знаходить сприятливі умови для розкладання з утворенням сажного вуглецю.

Сажоутворення під час спалювання можна було б уникнути, створивши умови, що сприяють швидкому окисленню вуглеводнів. Для помітного розвитку реакцій окислення потрібен певний час. Бурхливому полум'яному горінню передує індукційний період - час, необхідний для нагріву й накопичення активних центрів. Але оскільки вуглеводні теплонестійкі, вони можуть руйнуватися раніше, особливо під час високих температур і невеликих концентрацій кисню. Отже, хороший контакт пального й окислювача й хороше сумішоутворення природного газу й дуття - найважливіша умова інтенсивного й повного згорання палива. Чим кращий контакт між природним газом і дуттям, тим швидше і повніше відбувається процес згорання, тим вища за однакових умов температура у фурмених вогнищах, економічніше й продуктивніше працює агрегат.

Кількість природного газу, яку можна подати в піч, і ступінь його газифікації залежать від конструктивного оформлення підведення додаткового палива, що призводить до необхідності перевірки ряду конструктивних рішень для вдування природного газу у фурмене вогнище горіння.

Аналіз роботи й конструкцій існуючого підведення вуглеводневих домішок показав неефективність їх використання.

Було випробувано декілька експериментальних конструкцій фурм, які принципово відрізнялися від попередніх рішень. В охолоджуваній порожнині фурми розмістили два тангенційні підведення із зустрічним закручуванням потоків. З урахуванням виявлених недоліків під час випробування експериментальних фурм в остаточному рішенні конструкції було передбачено ретельне перемішування палива з киснем, а горіння вибухонебезпечної суміші відбувалося поза її межами, а саме - у порожнині фурменого вогнища горіння. Причому фурма повинна зберігати існуючу ефективність охолоджування, бути надійною й вибухобезпечною.

Ескіз розробленої конструкції фурми (1) поданий на рис. 6. У новому варіанті введення через фланець фурми (2) патрубка з коаксикально розташованими трубками підведення (3,4) здійснене ближче до рильної частини під кутом 30-35⁰. За взятого кута підведення паливо змішується з киснем, суміш потоком дуття відхиляється до осі фурми й виноситься у вогнище горіння, де на відстані 250-300 мм від рила фурми походить займання і повне згорання палива.

Фурма має здатність під час мінімального й максимального дуттьового режиму відхиляти факел струменя суміші, що горить, у таких межах по перерізу фурми, за яких виключається можливість саморуйнування в результаті оплавлення рила фурми. Дванадцять експериментальних фурм випробовувалися за період 1986-1987р.р. одночасно на печі об'ємом 960 м³, що має 14 фурмених пристроїв, протягом доби. Горіння суміші додаткового палива з киснем було стійким. Відхилень у роботі устаткування не спостерігалося.

Перепад температур між напірною й витікальною водою, що йде на охолоджування експериментальних фурм, змінювався в межах допустимих значень (4-5⁰С). Візуальні спостереження вказували на інтенсивніше горіння палива, ніж без подачі кисню.

Розроблено аналогічну фурму для подачі пиловугільного палива з киснем, яка дозволить ефективно спалювати частинки вугілля.

Теоретичні розрахунки показують, що за використання фурми нової конструкції або нового способу підведення природного газу коефіцієнт заміни коксу збільшиться з 0,2 до 0,25, що дозволить за витрати природного газу 150 м³/т чавуну здійснити економію коксу зі 110 до 150 кг/т чавуну, при цьому зменшиться піроліз і попадання сажного вуглецю в шлак і створення сприятливих умов роботи горна печі. Підведення пиловугільного палива в суміші з киснем дозволить досягти його витрати до 200 кг на одну тону виплавлюваного чавуну без порушення дренажних умов у горні доменної печі.

ВИСНОВКИ

Докторська дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, яка містить наукові положення та науково обґрунтовані результати металургійної галузі науки, що розв'язують важливу науково-прикладну проблему підвищення ефективності виплавки чавуну за рахунок удосконалення керуванням доменною плавкою на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні, до яких здобувач є суб'єктом авторських прав.

1. Уперше сформульовано наукові основи протікання процесів у нижній частині доменної печі, які пояснюють порушення горизонтальної поверхні чавуну й шлаку з утворенням воронок у періоди спорожнення й наповнення горна продуктами плавки. Установлено, що в період спорожнення горна протягом 10-15 хвилин в чавуні утворюється воронка, у яку захоплюється шлак. У шлакові утворюється в зоні каналу льотки депресивна воронка й через 35-50 хвилин відбувається прорив горнових газів. У період наповнення воронка вирівнюється й горн печі заповнюється продуктами плавки. У період випуска чавуну шлак виконує функцію затвора, який запобігає прориву горнових газів через канал чавунної льотки й забезпечує повну видачу маси накопиченого чавуну.

2. Розроблено динамічну математичну модель зміни рівня рідких продуктів плавки в період їх випуска й визначення кількості залишкового шлаку, що залишається в момент продувки каналу чавунної льотки горновими газами, а також динамічну модель вирівнювання депресивної воронки після закриття каналу чавунної льотки. Розроблено методика побудови геометричних розмірів депресивної воронки шлаку, яка після закінчення випуску займає об'єм горна від 14,0% до 83,0%, залежно від режиму випуску і об'єму доменної печі. Час вирівнювання депресивної воронки становить від 15 до 35 хвилин у період наповнення горна.

3. На підставі аналізу процесів, що відбуваються в нижній частині печі, і розроблених методик балансу продуктів плавки розроблено аналітичний і фізичний способи визначення режиму й кількості випусків продуктів плавки за добу з горна доменної печі на підставі аналізу показників плавки й використання даних нових технічних засобів контролю електрограм на кожусі низу печі, які дозволили збільшити продуктивність печі на 9,6%, зменшити витрату коксу на 0,16%.

4. Одержали подальший розвиток методи управління доменною плавкою на підставі критеріїв тенденції зміни теплового стану печі й дренажних умов горна, сформованих на базі даних, отриманих від датчиків контролю інтенсивності випромінювання рідких продуктів плавки, витікаючих з каналу чавунної льотки, і величини різниці електропотенціалів, розташованих по висоті й обводу кожуха нижньої частини печі й оброблених системою контролю за станом горна доменної печі.

5. Розроблено технічні засоби визначення тенденції зміни рівня продуктів плавки, дренажних умов горна й загального теплового стану доменної печі на підставі контролю електрограм на кожусі печі й інтенсивності випромінювання потоку продуктів плавки, витікаючих із горна печі. Розроблено способи керування дренажними умовами й тепловим станом горна через зміну параметрів комбінованого дуття й величину рудного навантаження на колошнику печі. Був одержаний економічний ефект близько 7,0 млн. грн.

6. Уперше в практиці доменного виробництва встановлений зв'язок між зростанням і початком оповзання гарнісажу, температурою й кількістю води в системі паровипарного охолоджування низу печі. Розроблено автоматичну систему контролю зміни температури й витрати води на випарне охолоджування, яка дозволила точно визначити момент початку оповзання гарнісажу й теплові втрати через кладку печі.

7. Уперше науково обгрунтована ефективність керування режимом завантаження й параметрів дуття в період оповзання гарнісажу. Час запізнювання надходження додаткового коксу в горн печі від моменту оповзання гарнісажу зменшився з 5 до 1,5-2 годин, що дозволило зменшити витрату додаткового коксу й стабілізувати температуру в горні печі. Економічний ефект становив більше 1 млн. крб.

8. Одержали розвиток наукові основи визначення причин, що викликають стаціонарну нерівномірність роботи горна на печах, які мають дві і більше льоток. Установлено, що конструктивні особливості горна, у першу чергу взаємне розташування льоток по висоті горна, кут їх нахилу істотно впливають на закономірності поведінки рідких продуктів плавки під час випуску, утворення випускних воронок чавуну й шлаку. Розроблено й упроваджено методику й засоби контролю обводової нерівномірності роботи низу печі, що з'являється за вищевикладених конструктивних особливостей горна. Налагодження устаткування, яке обслуговує канали чавунних льоток, дозволило зменшити стаціонарну окружну нерівномірність роботи горна й отримати економічний ефект 825 тис. крб.

9. Промислове випробування комплекту фурм нової конструкції вказало на їх високу надійність. Перепад температур між напірною і витікальною водою, що йде на охолоджування повітряних фурм, змінювався в допустимих межах (4-5⁰С). Згорання природного газу відбувалося в повному об'ємі з виділенням максимальної кількості тепла.

Розроблено наукові основи використання схем подачі вуглеводневих домішок з технічним киснем під час виплавки переробного чавуну з метою енергозбереження, а також зниження процесів сажовиділення й зменшення випадків захаращування горна. Розроблено й випробувано конструкцію повітряної фурми, що забезпечує сумісне подавання вуглеводневих добавок у суміші з киснем.

10. На доменних печах Алчевського металургійного комбінату, Дніпропетровського металургійного заводу ім. Петровського, Єнакіївського металургійного заводу й Дніпровського металургійного комбінату впроваджені технології управління доменною плавкою на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні, що дозволило зменшити витрату коксу на 0,3-0,7% й збільшити продуктивність печей на 1-9,6%.

Загальний економічний ефект від упровадження технологічних розробок становив 8,5 млн. грн. Теоретичні розробки автора впроваджені в навчальний процес кафедри металургії чорних металів Донбаського державного технічного університету як новий лекційний матеріал, лабораторні роботи й методичні вказівки для студентів спеціальності 7.090401 - «Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів».

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Новохатский А.М. Проблемы доменного производства Украины // Донбасский горно-металлургический институт: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2001. Вып.13. С. 156-158.

2. Новохатский А.М. Изучение закономерностей движения расплавов в горне доменной печи // Донбасский горно-металлургический институт: Сб. научн. трудов.- Алчевск, 2002. Вып. 15. С. 207-213.

3. Новохатский А.М. Аналитический метод определения изменения геометрических размеров шлаковой депрессионной воронки в период выпуска продуктов плавки из горна доменной печи // Металл и литьё Украины. 2008. №5. С. 47-49.

4. Новохатский А.М. Анализ закономерностей протекания массообменных процессов в горне доменной печи // Металл и литьё Украины. 2008. №6. С. 5-7.

5. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Манаков В.П. Аналитический метод определения количества выпусков жидких продуктов плавки из горна доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2004. Вып. 18. С. 270-279.

6. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д. Система контроля работы горна доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2003. Вып. 17. С. 276-282.

7. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д. Методики и технические средства определения технологического состояния горна доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2008. Вып. 27. С. 201-209.

8. Новохатский А.М. Совершенствование режима выпуска продуктов плавки из горна доменной печи// Вісник Приазовського державного технічного університету: Зб. наук. праць. Маріуполь, 2008. Вип. 18. С. 19-22.

9. Новохатский А.М. Влияние гидродинамических условий работы горна на химический состав чугуна // Металл и литьё Украины. 2008. № 7,8. С. 24-26.

10. Новохатский А.М. Сверло для вскрытия канала чугунной лётки // Донбасский горно-металлургический институт: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2001. Вып. 14. С. 322-325.

11. Новохатський О.М. Контроль захаращування і активізація роботи горна доменної печі // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2008. Вып. 26. С. 155-159.

12. Новохатский А.М. Контроль теплового состояния доменной печи // Металл и литьё Украины: 2008. № 10. С. 26-29.

13. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д. Система контроля потерь тепла в нижней части шахты, распара и заплечиков // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2007. Вып. 23. С. 153-158.

14. Новохатский А.М. Динамика нарастания и оползания гарнисажа на стенках футеровки доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2007. Вып. 24. С. 195-204.

15. Новохатский А.М. Управление ходом доменной печи при оползаниях гарнисажа // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2007. Вып. 25. С.137-145.

16. Новохатский А.М. Окружная неравномерность работы горна доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2006. Вып. 22. С. 115-122.

17. Новохатский А.М. Технологические особенности работы горна и доменной печи // Металл и литьё Украины. 2008. №11-12. С. 3-7.

18. Новохатский А.М. Совершенствование технологии вдувания дополнительного топлива // Донбасский горно-металлургический институт: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2000. Вып. 11. С. 153-157.

19. Новохатский А.М. Совершенствование подачи углеводородных добавок в смеси с кислородом в горн доменной печи // Донбасский государственный технический университет: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2006. Вып. 21. С. 63-72.

20. Контроль работы горна на основе регистрации процессов протекающих в доменной печи / Новохатский А.М., Дорофеев В.Н., Михайлюк Г.Д. // Sprawozdanie z konferencji naukowo badawczej. Modelowanie procesowredukcji i ich aplikaci u przemy sle. Poland, Katowice/ Ustron, 1991. С. 1-8.

21. Совершенствование технологии вдувания дополнительного топлива в горн доменной печи / Новохатский А.М. // НАН Украины: Сб. научн. трудов "Новые технологии - путь в будущее". Донецк, 1999. С. 265-272.

22. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д. Патрон крепления бура машины для вскрытия канала чугунной лётки доменной печи // Донбасский горно-металлургический институт: Сб. научн. трудов. Алчевск, 2002. Вып. 16. С. 110-113.

23. Система индикации уровня жидких продуктов плавки в горне и теплового состояния низа доменной печи / Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д. // Сб. докладов "Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии". М., 2002. С. 237-238.

24. Система контроля работы горна доменной печи / Новохатский А.М., Дорофеев В.Н., Михайлюк Г.Д. // Труды международной научно-технической конференции посвященной 70-летию КГГМК Криворожсталь. "Теория и практика производства чугуна". Кривой Рог, 2004. С. 534-538.

25. Monitoring system of work of the blast furnace forge / Novokhatskij A.M., Dorofeyev V.N., Mihajlyuk G.D. // III. Demir-Celik kongresi ve SERGISI. Eregli / Zonguldak, 2005. С. 75-77.

26. Новые системы контроля параметров доменного процесса / Новохатский А.М., Дорофеев В.Н., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М. // Сб. научн. трудов по материалам междунар. конф. "Стратегия качества в промышленности и образовании". Болгария, Варна, 2005. С. 32-35.

27. Совершенствование вдувания дополнительного топлива / Новохатский А.М. // Сб. трудов V Междунар. конгресса доменщиков. Днепропетровск - Кривой Рог, 1999. С. 223-225.

28. Нетрадиционные материалы и технологии при производстве чугуна и стали / Акмаев А.И., Новохатский А.М., Куберский С.В. // Сб. докладов "Обновляющаяся стальная промышленность в свете устойчивого развития". Венгрия, Дунауйварош, 2008. С. 201-206.

29. А.с. №1627561 СССР, МКИ³ С 21 В 5/00. Способ промывки горна доменной печи / В.Н. Дорофеев, А.М. Новохатский, Г.Д. Михайлюк, Г.Г. Васюра, В.А. Гордиенко, С.И. Первушин, Е.В. Слободянюк, К.А.Николаев (СССР). № 4618121/02; заявл. 09.11.88; опубл. 15.02.91, Бюл. №6.

30. А.с. 1488310 А1 СССР, МКИ³ С 21 В 7/24. Способ регулирования теплового состояния доменной печи / А.М. Новохатский, В.Н. Дорофеев, С.И Первушин, Ю.В. Анищенко, К.А. Николаев, Г.Д. Михайлюк (СССР). № 4247448/23-02; заявл. 23.02.87; опубл. 23.06.89, Бюл. №23.

31. А.с. 1257089 СССР, МКИ³ С 21 В 5/00. Способ ведения доменной печи / В.Н. Дорофеев, Г.С. Якименко, В.И. Первушин, А.М. Новохатский, С.И. Первушин (СССР). № 3451141/22-02; заявл.22.04.82; опубл. 15.09.86, Бюл. № 34.

32. А.с. 1702694 СССР, МКИ³ С 21 В 5/00. Способ ведения доменной плавки / А.М. Новохатский, С.И. Первушин, Н.Н. Дубко, В.А. Рыбинов (СССР). № 4374270/02; заявл. 02.02.88; ДСП № 000151.

33. А.с. 1527271 СССР, МКИ³ С 21 В 7/16. Дутьевая фурма доменной печи / А.М. Новохатский, В.А. Гордиенко, С.И. Первушин, В.А. Рыбинов, В.И. Докукин (СССР). № 4374329/31-02; заявл. 02.02.88; опубл. 07.12.89, Бюл. №45.

34. А.с. 1447858 СССР, МКИ³ С 21 В 7/24. Система контроля уровня расплава по окружности горна доменной печи / В.Н.Дорофеев, А.М.Новохатский, А.М.Гривко, Г.Д.Михайлюк, С.И.Первушин, С.И.Сазонов, К.А.Шумилов (СССР). №4192498 / 31-02; заявл. 05.02.87; опубл. 30.12.88, Бюл. №48.

Результати дисертаційної роботи захищені шістьма деклараційними патентами на винахід України: №№ 4719, 4728, 4729, 51166А, 61314А, 70594А.

АНОТАЦІЯ

Новохатський О.М. Теоретичні основи руху продуктів плавки та регулювання процесами в горні доменної печі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.16.02 - "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів". - Приазовський державний технічний університет. - Маріуполь, 2009.

У дисертації на підґрунті наукових, теоретичних розробок і промислових досліджень розв'язано важливу науково-технічну проблему підвищення ефективності виплавки чавуну на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні. Розроблено теоретичні основи та математичну модель закономірностей випорожнювання й наповнення горна рідкими продуктами плавки. Використовуючи гідродинамічну мережу ліній течії й ліній рівних швидкостей рідких продуктів плавки в горні печі під час їх випуску, розроблено аналітичний метод визначення зміни геометричних розмірів шлакової депресійної воронки в період випуску і наповнення горна. Виконано аналіз процесів у горні доменної печі й зроблено порівняльний аналіз зіставлення з розрахунками визначення об'єму горна, заповненого залишковим шлаком після закінчення випуску. Розроблено систему контролю за станом горна доменної печі.

Удосконалено технологію доменної плавки на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні. Розроблено систему контролю втрат тепла в нижній частині шахти, розпару та заплечиків і розроблено метод регулювання ходу доменної печі впродовж оповзання гарнісажу. Виявлено причини окружної нерівномірності роботи доменної печі й розроблено заходи для їх усунення. Розроблено й випробувано фурму для спільного подавання вуглеводневих домішок та кисню з метою запобігання завалювання горна графітною спіллю.

Ключові слова: доменна піч, горн, баланс продуктів плавки, залишковий шлак, управління ходом доменної печі, гарнісаж, окружна нерівномірність, вуглеводневе паливо, кисень, фурма.

АННОТАЦИЯ

Новохатский А.М. Теоретические основы движения продуктов плавки и управление процессами в горне доменной печи. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия чёрных и цветных металлов и специальных сплавов. - Приазовский государственный технический университет. - Мариуполь, 2009.

В диссертации на основе научных, теоретических разработок и промышленных исследований решена важная научно-техническая проблема повышения эффективности выплавки чугуна на основе анализа закономерностей изменения параметров процессов в горне. Разработаны теоретические основы и математическая модель закономерностей опорожнения и наполнения горна жидкими продуктами плавки. Разработан аналитический метод определения изменения геометрических размеров шлаковой депрессионной воронки в период выпуска и наполнения горна. Проведен анализ процессов в горне доменной печи и проведен сравнительный анализ сопоставимости с расчётами определения объёма горна, занятого остаточным шлаком по окончанию выпуска.

Разработана система контроля за состоянием горна доменной печи. Установлено, что на печах малого объёма (1000-1500 м³), поскольку небольшие поперечные размеры горна обеспечивают благоприятные условия выдачи чугуна и шлака, по окончанию выпуска при различных режимах выдачи продуктов плавки полезный объём горна заполнен остаточным шлаком на 14-43%.

На печах большого объёма эта задача усложняется. Так, на печи объёмом 3000 м³, по окончанию выпуска полезный объём горна заполнен остаточным шлаком на 60-83%. С повышением объёма печи и диаметра горна увеличивается количество шлака, остающееся по окончанию выпуска.

Наиболее эффективной мерой для снижения количества шлака, остающегося по окончанию выпуска, является увеличение количества выпусков продуктов плавки. Однако, их количество определяется экономией затрат на горновые работы, а также полнотой наливки ковшей.

Численный анализ показал, что после выпуска и закрытия чугунной лётки депрессионная воронка выравнивается в среднем от 15 до 35 минут на печах с объёмом от 1033 до 3000 м³.

Выполнено совершенствование технологии доменной плавки на основе анализа закономерностей изменения параметров процессов в горне.

Полученные алгоритмы и программное обеспечение системы позволяют осуществлять:

- контроль электрограмм на кожухе в заданных секторах по окружности горна доменной печи;

- контроль изменения уровня расплавов по окружности горна;

- контроль интенсивности излучения продуктов плавки в период их выпуска из горна;

- определение моментов начала и окончания выпуска чугуна и шлака через чугунные лётки;

- контроль тенденции изменения теплового состояния доменной печи;

- контроль тенденции изменения дренажных условий в горне.

Выдаваемая системой информация отображается на экране дисплея в табличном и графическом виде в форме, удобной для использования при оперативном управлении доменной печью.

Сопоставление информации, представленной в реальном времени, позволяет определить разогрев горна или его похолодание. Прогноз теплового состояния низа печи предупреждает обслуживающий персонал за 1,5-2 часа. Кроме того, определяется окружная неравномерность опорожнения и наполнения горна доменной печи.

Разработана система контроля потерь тепла в нижней части шахты, распара и заплечиков и разработан метод регулирования хода доменной печи при оползаниях гарнисажа. В результате теоретических исследований и статистической обработки данных разработана методика определения величины добавочного кокса, количества холостых подач в зависимости от увеличения расхода воды на испарительную систему охлаждения и величины тепловых потерь.

В результате время запаздывания подачи кокса сокращается до 1,5-2 часов, что позволяет за более короткое время стабилизировать работу печи и снизить расход добавочного кокса. Для более быстрого разогрева горна в этот период сокращают расход природного газа и, если есть возможность, увеличивают температуру дутья.

Такой комплексный подход регулирования хода доменной печи при оползаниях гарнисажа позволяет стабилизировать и нормализовать её работу, улучшить дренажные условия горна, увеличить производительность печи и сократить расход кокса.

Выявлены причины окружной неравномерности работы доменной печи и разработаны мероприятия по их ликвидации. В современных условиях, при освоении мощных доменных печей, оснащённых несколькими чугунными лётками, наиболее сложной задачей является организация работы горна. Значительно чаще стали встречаться расстройства его работы, которые приводят к похолоданию печи, неполному выпуску продуктов плавки, нестабильной длительности выпуска, к колебанию химического состава целевого продукта, массовому горению воздушных фурм.

Нарушение распределения продуктов плавки по высоте и окружности горна печи оказывает также большое влияние на колебания химического состава чугуна от выпуска к выпуску. Колебания усугубляются неодинаковостью условий выпуска при нарушении расположения отверстий лёток по высоте горна.

Для нормализации работы доменной печи и ликвидации стационарной неравномерности внедрён ряд мероприятий по установке необходимых геометрических размеров лёток и уровня их расположения по высоте. Это позволило выровнять количество и химический состав чугуна, выданного через лётки, увеличить производительность печи на 5,1%, уменьшить расход кокса на 1,22%.

В течение недели каналы чугунных лёток приобрели необходимые геометрические размеры, после чего была ликвидирована стационарная окружная неравномерность. Количество чугуна и шлака по лёткам за выпуск стало одинаковым. Содержание кремния в чугуне выровнялось и стало 0,8%. При этом В районе лётки №3 улучшились дренажные условия, поскольку она стала выдавать до 6 ковшей шлака, прекратилось горение воздушных фурм в её секторе.

Разработана и опробована фурма для совместной подачи углеводородных добавок и кислорода с целью предотвращения загромождения горна графитовой спелью. Теоретические расчёты показывают, что при использовании фурмы новой конструкции или нового способа подвода природного газа коэффициент замены кокса увеличится на 0,2-0,25, что позволит при расходе природного газа 150 м³/т чугуна осуществить экономию кокса со 110 до 150 кг/т чугуна, при этом уменьшится пиролиз и попадание сажистого углерода в шлак и создание благоприятных условий работы горна печи. Подвод пылеугольного топлива в смеси с кислородом позволит достичь его расход до 200 кг на одну тонну выплавляемого чугуна без нарушения дренажных условий в горне доменной печи.

Ключевые слова: доменная печь, горн, баланс продуктов плавки, остаточный шлак, управление ходом доменной печи, гарнисаж, окружная неравномерность, углеводородное топливо, кислород, фурма.

ANNOTATION

Novokhatskiy A.M. Theoretical bases of movement of melted products and control for processes in the hearth of blast-furnace. - Manuscript.

Dissertation for Doctor's Degree on technical sciences on specialty 05.16.02 - Ferrous and non-ferrous and special alloys metallurgy. - Priazovskiy State Technical University.- Mariupol, 2009.

In the dissertation on the basis of scientific, theoretical investigations and industrial researches it was solved an important scientific-technical problem of controlling the blast-furnace melting on the basis of analyzing the mechanism of variations in the parameters of processes in the hearth. There were developed theoretical principles and mathematical model of regularities for emptying and charging the hearth with liquid melting products. Applying hydrodynamic current-line and equal-speed-line net of liquid products in the hearth during their output, the analytical method for determination the geometrical parameters of slag depression funnel in the period of input and charging of the hearth is developed. It was made the analysis of mass-changing processes in the blast-furnace hearth and the comparative analysis on comparability with the calculations for determining the volume of the hearth occupied with remaining slag in the end of output. System for controlling the condition of blast-furnace hearth was developed.

Blast-furnace malting technology was improved on the basis of analyzing the mechanism of variations in the parameters of processes in the hearth. It was developed the control system for heat loses in the bottom of furnace stack, belly and bosh as well as the method for process control of blast furnace at wall accretion slip. The conditions of round irregularity of operation of blast furnace were determined and the ways on their elimination were developed. A tuyere for joint input of hydrocarbon mixtures and oxygen was designed and tested aiming the prevention of ecumbering the hearth with graphite foam.

Key words: blast furnace, hearth, mass-exchange of melting products, remaining slag, process control of blast furnace, wall accretion, round irregularity, hydrocarbon fuel, oxygen, tuyere.

Размещено на Allbest.ru