автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Интенсификация агломерационного процесса путем управления газопроницаемостью спекаемого слоя

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

?7ь ОД

КРИВЕНКО СЕРГЕЙ ВИКТОЮВИЧ

УДК 622.788.36 (043.3)

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬЮ СПЕКАЕМОГО СЛОЯ

05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мариуполь - 2000

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Приазовском государственном техническом университете Министерства образования и науки Украины, г. Мариуполь Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Русских Владимир Петрович, Приазовский государственный технический университет, заведующий кафедрой "Металлургия чугуна", доцент

Официальные оппоненты; доктор технических наук, профессор

Петрушов Станислав Николаевич, Донбасский горно-металлургический институт (г. Алчевск), проректор по учебной работе, профессор кафедры "Металлургия черных металлов"

кандидат технических наук, ст.науч.сотр. Мищенко Иван Митрофанович, Донецкий государственный технический университет, ст.науч.сотр. кафедры "Руднотермические процессы и малоотходные технологии"

Ведущее предприятие: Донецкий научно-исследовательский институт

черной металлургии Министерства промышленной политики Украины (г. Донецк) Защита состоится " 16 " июня 2000 г. в 12°° часов на заседании специализированного ученого совета К12.052.01 при Приазовском государственном техническом университете по адресу: 87500, г. Мариуполь Донецкой обл., пер. Республики, 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Приазовского государственного технического университета: 87500, г. Мариуполь, ул.Апатова, 115

Автореферат разослан " // " _2000 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета докт. техн. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Значительное влияние на показатели доменного производства оказывает качество применяемого агломерата. Поэтому к числу главных задач развития черной металлургии относится совершенствование агломерационного процесса. Одним из наиболее перспективных направлений повышения эффективности работы аглофабрик является увеличение газопроницаемости и, следовательно, высоты спекаемого слоя шихты.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Порозность и газопроницаемость являются одними из основных факторов, определяющих высоту спекаемого слоя аглошихты. Максимальную газопроницаемость слоя можно достичь высоким качеством окомкования исходных шихтовых материалов. Для исходной аглошихты определенного состава и физико-химических свойств существует оптимальное значение влажности, которое необходимо поддерживать во время окомкования. В производственных условиях порозность и газопроницаемость слоя окомкованной агломерационной шихты изменяются в широких пределах. Эффективного управления процессом окомкования трудно достичь без использования данных исследований движения газов в слое аглошихты.

В связи с этим актуальными являются работы, направленные на дальнейшее развитие научных представлений о движении газов в слое сыпучих материалов и создание новых способов определения порозности и газопроницаемости слоя агломерационной шихты.

СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ. Диссертационная работа выполнена на основе программ научных исследований кафедры металлургии чугуна Приазовского государственного технического университета на 1996-1999 г.г. По результатам диссертации с ММК им.Ильича заключен договор на внедрение научно-технической продукции "Разработка и внедрение автоматизированной системы управления качеством окомкования шихты путем контроля газопроницаемости аглошихты в потоке" (тема 7/99).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы является интенсификация агломерационного процесса на основе разработки новых способов определения порозности и газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке, а также модели газопроницаемости слоя аглошихты для исследования условий движения газов в слое шихты любого

гранулометрического состава.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Исследована порозность слоя зернистых материалов по изменению концентрации контролируемой составляющей газа в результате перемешивания его с воздухом пустот с использованием разработанного способа определения порочности слоя окомкованной аглошихты в потоке.

2. Исследована газопроницаемость слоя окомкованной аглошихты путем импульсного продувания воздуха через слой и определения потерь давления в слое на основе разработанного способа определения газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты в потоке.

3. Разработана новая модель газопроницаемости слоя, основанная на определении потерь давления газа по высоте сформированного слоя с учетом гранулометрического состава окомкованной аглошихты и свойств газа и позволяющая оптимизировать процессы укладки шихты на колосниковую решетку агломашины.

4. Для определения содержания каждой фракции по высоте слоя разработана модель распределения гранулометрического состава окомкован-ных аглошихт, устанавливающая взаимосвязь гранулометрических составов вверху и внизу слоя с помощью разработанной функции сегрегации аглошихты.

5. Для формирования слоя аглошихты любого гранулометрического состава предложен новый метод укладки гранул в элементарный объем (цилиндрическое тело) на основе решения множества условий соприкосновений гранул между собой.

6. Для определения давления газа в слое аглошихты для каждого сечения по высоте усовершенствована модель движения газа в слое зернистого материала на основе закономерностей движения газа в идеальном слое.

7. Разработан новый способ управления влажностью аглошихты, в котором качество окомкования оценивают по газопроницаемости (порозносги) ее слоя, формируемого в потоке на выходе из барабана-окомкователя.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Использование разработанных способов определения порозносги и газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке позволяет определять ее влажность на выходе из барабана-окомкователя, при которой обеспечивается оптимальные порозность и газопроницаемость

слоя аглошихты. Проведенные исследования на аглофабрике ММК им.Ильича показали возможность существенного улучшения технико-экономических показателей работы аглофабрики за счет управления процессом окомкования с использованием разработанных приборов определения газопроницаемости (порозности) слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке. В результате повысится производительность агломашины, улучшится качество агломерата и снизится расход твердого топлива. При этом ожидаемый годовой экономический эффект составит 81,1 тыс. грн. по одной агломашине и 973,6 тыс. грн. по всему цеху.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ. Автор исследовал на ММК им. Ильича качество окомкования и сегрегацию агломерационной шихты по высоте слоя при ее загрузке на агломашину. Разработана и исследована модель газопроницаемости слоя аглошихты, включающая модель распределения гранулометрического состава окомкованной аглошихты по высоте слоя; модель слоя окомкованной аглошихты; модель движения газа в слое аглошихты. Разработан и исследован прибор определения порозности слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке. Разработан и исследован в промышленных условиях прибор определения газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты в потоке. Разработан новый способ управления окомкованием агломерационной шихты по газопроницаемости (порозности) ее слоя.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ.

Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на V международном конгрессе доменщиков "Производство чугуна на рубеже столетий" в г. Днепропетровске в 1999 г., научно-технической конференции по теории и практике сталеплавильного производства, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-металлурга проф. Казанцева И.Г. в г. Мариуполе в 1999 г. и региональных научно-технических конференциях в г. Мариуполе в 1997-1999 г. г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях: 4 статьях в научных журналах, 1 патенте, 2 тезисах докладов на международном научно-техническом конгрессе, 4 тезисах докладов на региональных научно-технических конференциях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, общих выводов и приложений. Полный объем диссертации - 179 стр., включая 41 иллюстрации, 10 таблиц, 3 приложения на 9 стр.,

список использованной литературы (120 наименований) на 15 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ОКОМКОВАНИЕМ АГЛОШИХТЫ И МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ЗЕРНИСТОГО СЛОЯ

Необходимым условием высоких технико-экономических показателей работы агломашин является высокое качество окомкования исходных шихтовых материалов. Для управления окомкованием агломерационной шихты в качестве основных критериев оптимальности необходимо использовать порозность и газопроницаемость спекаемого слоя. Точное определение по-розности и газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты в потоке имеет большое значение, поскольку эти величины в значительной степени определяют потери напора газов в слое.

Несмотря на многочисленные исследования отечественных и зарубежных специалистов, возникают проблемы в определении порозности и газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке. Поэтому большой интерес представляет разработка новых способов исследования слоя аглошихты, устраняющих недостатки известных методик.

Анализ условий движения газов в слое аглошихты с помощью математического моделирования открывает новые возможности для управления агломерационным процессом. Однако, возникают сложности при расчетном определении характеристик полифракционного слоя сыпучего материала. В связи с этим сделан вывод о необходимости разработки универсальной методики для расчета параметров движения газов в слое агломерационной шихты с учетом изменения ее гранулометрического состава по высоте.

РАЗДЕЛ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЯ ОКОМКОВАННОЙ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ

Эффективное управление окомкованием агломерационной шихты возможно лишь на основе анализа комплекса параметров, характеризующих качество ее окомкования, и структуры слоя, загруженного на агломашину.

В результате исследований на аглофабрике ММК им. Ильича установ-

лены значительные колебания массовой влажности, массового гранулометрического состава, порозности слоя, эквивалентного диаметра гранул оком-кованной агломерационной шихты. Влажность аглошихты изменялась в пределах 5,02...7,36%; эквивалентный диаметр гранул - 1,34...2,10 мм; по-розность слоя - 30,83...46,56%. Среднее значение массовой влажности составило 6,48% и среднеквадратическое отклонение - 0,6%; эквивалентного диаметра гранул - 1,69 мм и 0,17 мм; порозности слоя - 36,43% и 4,61%, соответственно. Максимум порозности слоя аглошихты соответствовал влажности 6,3%.

В результате исследований изменения массового гранулометрического состава по высоте слоя агломерационной шихты установлено, что существующий на ММК им. Ильича способ укладки шихты на ленту агломашины обеспечивает сегрегацию гранул сыпучего материала по высоте слоя. В результате сегрегации гранул сверху вниз содержание фракций +10 мм увеличивалось от 8% до 26%, а фракций 2-3 мм уменьшалось от 12% до 9%. Фракция 5-7 мм распределялась по высоте слоя шихты приблизительно равномерно.

Для описания изменения массового гранулометрического состава по высоте слоя агломерационной шихты разработана функция

f(m, H) = Ç(#) /» + (1 - Ç(tf)) /», (1)

где m = Д ¡Dq - отношение /'-го диаметра гранул аглошихты к диаметру наибольшей гранулы D0 = 12 мм;

С(Н) - функция сегрегации аглошихты,

Ç (Я) = кх (l-(l-tfrf2 ) (l-tfrf2 + ; (2)

А'ь А^2=0,167°'4_;/г ; К!ъ-к^г~къ ; к2\ къ - эмпирические коэффициенты, полученные в результате аппроксимации экспериментальных данных;

Нг = Я, / #сл - отношение высоты /'-го уровня к высоте слоя агломерационной шихты, мм/мм;

(m) и /я(т) - функции распределения массовых гранулометрических составов аглошихты вверху и внизу слоя, соответственно.

Функция сегрегации агломерационной шихты устанавливает взаимосвязь распределений массовых гранулометрических составов аглопшхты вверху и внизу слоя по его высоте. Коэффициенты к\, к2 и кг в выражении (2) находят так, чтобы отклонение эквивалентных диаметров гранул аглопшхты по высоте слоя, полученных в результате расчетов по функции сегрегации, от данных исследований, было не более 0,5-1%.

РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СЛОЯ ОКОМКОВАННОЙ АГЛОШИХТЫ

Для исследования параметров слоя агломерационной шихты, характеризующих движение газа в нем, разработаны способы определения пороз-ности и газопроницаемости слоя аглопшхты в потоке.

Предлагаемый способ определения порозности агломерационной шихты в потоке основан на измерении концентрации контролируемой составляющей газа в разработанном приборе (рис. 1). Аглошихту подают непрерывно в измерительную камеру рабочего прибора и смешивают с подаваемым в нее дополнительно контролирующим газом. В результате ссыпания сыпучего материала воздух пустот смешивается с контролирующим газом. При этом, текущая концентрация контролируемой составляющей газа изменится. Концентрации контролируемой составляющей газа в камерах 3 и 11 выравнивают. По положению регулирующего органа и на основе гра-дуировочной характеристики прибора рассчитывают порозность слоя агломерационной шихты.

Для измерения газопроницаемости слоя окомкованную аглошихту непрерывно ссыпают из барабана-окомкователя в загрузочный бункер прибора (рис.2). В измерительную камеру прибора определения газопроницаемости слоя подают агломерационную шихту и воздух с постоянными расходами. Клапан разгрузочного узла открывается периодически. При закрытом клапане разгрузочного узла слой аглопшхты в загрузочном бункере препятствует прохождению воздуха наружу. При этом давление в измерительной камере максимально и зависит от газопроницаемости слоя.

Предварительные испытания прибора определения газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке были проведены в лаборатории кафедры металлургии чугуна Приазовского государственного технического университета. Для сыпучего материала крупностью 0 -1 мм

Шихта

Рис.1. Способ определения порозности слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке:

1 - рабочий прибор; 2 - загрузочный бункер; 3 - измерительная камера рабочего прибора; 4 - барабанный питатель; 5 - регулировочная задвижка; 6 - двигатель; 7 - трубопроводы; 8 - система контроля концентрации воздуха; 9 - система подачи газа; 10 - компенсационный прибор; 11 - измерительная камера компенсационного прибора; 12 - исполнительный механизм; 13 - регулирующий орган

Рис.2. Конструкция прибора определения газопроницаемости слоя аглошихты: 1 - загрузочный бункер; 2 - измерительная камера; 3 - барабанный питатель; 4 -регулировочная задвижка; 5 - разгрузочный узел; 6 - цепная передача; 7 - двигатель; 8 - трубопроводы; 9 - датчик давле-Ъоздух ния

2-ой уровень 1-ый слой

1-ый уровень % 1-ый слой

1-ый уровень 2-ой слой

Рис.3. Формирование слоя окомкованной агломерационной шихты

перепад давления газа в слое АР = 264,8 Па; а крупностью 1-4 мм -ДР=137,3 Па.

В результате исследований газопроницаемости слоя окомкованнсй агломерационной шихты на аглофабрике ММК им. Ильича с помощью прибора определения газопроницаемости слоя шихты установлено, что перепад давления газа в слое АР изменялся от 21 Па до 94 Па. Высота загрузочного бункера прибора равна 0,21 м, расход воздуха от побудителя расхода -5-Ю"3 м3/с. Установлена экстремальная зависимость показаний разработанного прибора от массовой влажности аглошихты.

Разработан новый способ управления окомкованием агломерационной шихты на основе прибора определения газопроницаемости ее слоя. Качество окомкования аглошихты регулируют изменением расхода воды, подаваемой в барабан-окомкователь, с целью получения максимальной газопроницаемости исходного слоя агломерационной шихты на агломашине.

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СЛОЯ ОКОМКОВАННОЙ АГЛОШИХТЫ

Разработанная модель газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты предназначена для определения характеристик ее слоя по высоте. Она включает описание распределения гранулометрического состава аглошихты по высоте слоя; формирование слоя агломерационной шихты и расчет движения газа в слое.

Исходными технологическими параметрами являются данные рассева проб аглошихты по высоте слоя; высота уложенного слоя и расход газа через него. В результате расчетов для каждого сечения по высоте слоя агломерационной шихты определяют массовый и количественный гранулометрические составы; эквивалентный диаметр гранул; порозность; свободную площадь поперечного сечения слоя; общий периметр каналов, их радиус и количество; фактическую скорость движения и плотность газа в каналах; число Рейнольдса; коэффициент сопротивления; давление газа.

На основании данных рассева проб агломерационной шихты по высоте слоя определялись массовая доля в шихте комков каждого класса крупности и их эквивалентный диаметр. Массовый гранулометрический состав шихты и его изменение по высоте слоя, в результате сегрегации гранул при

загрузке аглошихты на спекательные тележки агломерационной машины, описывались по методике, приведенной в разд.2. По количеству и массовой доле гранул самого большого диаметра рассчитывалось количество и доля гранул с диаметром Д , приходящихся на одну большую.

Модель слоя окомкованной агломерационной шихты предназначена для формирования слоя путем укладки шарообразных гранул в пространстве. Гранулы размещались в элементарный объем в трехмерной системе координат снизу вверх по уровням и по слоям снаружи внутрь (рис.3) и выбирались из массива таким образом, чтобы соблюдалось полученное распределения гранулометрического состава аглошихты по высоте слоя. Укладка гранул осуществлялась из решения систем уравнений соприкосновения с другими гранулами до тех пор, пока средняя высота сформированного слоя агломерационной шихты достигнет заданной Нсл.

Сформированный в цилиндрическом теле слой аглошихты пересекался (и-1) плоскостями, параллельными его основанию так, чтобы получить п равных по высоте элементарных слоев с высотой дН. Перепад давления &Р, определялся сверху вниз в каждом элементарном слое, который представлялся одинаковыми цилиндрическими трубками количеством Ык. Радиус Як и количество Ых каналов определялись из решения системы

где З'св - свободная площадь, полученная при пересечении слоя аглошихты

Ьч - общий периметр цилиндрических каналов, м. Общий периметр определялся как сумма длин окружностей, образованных при пересечении гранул плоскостью.

Свободная площадь, полученная при пересечении сформированного слоя аглошихты в цилиндрическом теле плоскостью, равна

(3)

плоскостью, м2;

(4)

где Вц =кЯц - площадь поперечного сечения (основания) цилиндрическо

го тела, м2;

к„ - количество пересекаемых гранул;

А

Sa =nR£ - площадь образованной при пересечении гранулы плоскостью окружности, м2.

Для рассмотренных условий принимали, что слой окомкованной агломерационной шихты является изотермическим. Перепад давления газа в каждом элементарном слое определялся на основе закономерностей движения газа в идеальном слое. Для определения коэффициента сопротивления использовалась формула Блазиуса

(5)

Re"

где Ann- эмпирические коэффициенты, с помощью которых осуществляется настройка модели.

Общий перепад давления газа в сформированном слое аглошихты равен сумме перепадов в каждом элементарном слое.

На основе полученных ранее результатов исследований на ММК им.Ильича (см. разд. 2 и 3) проведено опробование разработанной модели газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты для расчета потерь давления газа в слое сыпучего материала, загруженного в потоке. При этом учитывалось, что при загрузке аглошихты в бункер прибора изменение гранулометрического состава по высоте сформированного слоя шихты не происходило, а также, что удельный расход воздуха по высоте бункера различный.

Радиус цилиндрического тела для укладки гранул в слой принят Ra -12,5 мм; высота - соответствовала высоте загрузочного бункера Нса = #б= 210 мм. Сформированный слой разбивался на 100 элементарных слоев. Температура воздуха по высоте слоя постоянная и равна соответствующему значению для нормальных условий Т = 293 К. Атмосферное давление -101300 Па (для нормальных условий). Заданный расход воздуха через слой равен 5 • 10'3 мэ/с.

По результатам исследований прибора определения газопроницаемости слоя окомкованной агломерационной шихты в потоке были определены коэффициенты в формуле Блазиуса А = 36,4 и п~ 0,847, соответствующие минимальной погрешности расчетов.

Рис.4. Изменение параметров по высоте слоя аглошихты: ', о, О - рассчитанные данные для шихт №№ 1,2 и 3, соответственно

Получено, что влажности для максимумов радиусов каналов и числа Рейнольдса, минимумов общего периметра каналов, их количества, коэффициента сопротивления, давления совпали. Массовая влажность для максимума расчетной газопроницаемости совпала с полученной в результате исследований разработанного прибора, проведенных на агломерационной фабрике ММК им. Ильича, и составила IV = 6,7%. Влажность для максимума газопроницаемости больше приблизительно на 0,3%, чем влажность для максимума порозности, так как при этом больше эквивалентный диаметр гранул агломерационной шихты. Значение выборочного коэффициента корреляции составило гв = 0,82 при сравнении результатов моделирований с данными проведенных исследований.

С помощью разработанной модели исследована газопроницаемость слоя окомкованной агломерационной шихты, уложенной на спекательные тележки агломашины, на основе ранее проведенных исследований на ММК им. Ильича, (см. разд. 2)

Высота формируемого цилиндрического тела Нсл = 240 мм. Принятый расход воздуха через слой аглошихты равен @ = 0,37 м3/(м2-с). Получены зависимости рассчитанных технологических параметров по высоте слоя (рис.4). Результаты моделирования газопроницаемости слоя с достаточной точностью согласуются с результатами исследований.

При опытно-промышленных исследованиях на ММК им. Ильича движения газов в слое агломерационной шихты с помощью разработанных способов показана возможность улучшения технико-экономических параметров работы агломашины за счет повышения газопроницаемости слоя аглошихты.

ВЫВОДЫ

1. Из анализа литературных источников и состояния аглопроизводства установлено, что существуют проблемы в определении порозности и газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты в потоке. Кроме того, возникают сложности при расчете параметров движения газов в слое окомкованной аглошихты с учетом изменения ее гранулометрического состава по высоте.

2. В результате исследований на аглофабрике ММК им. Ильича установлены значительные изменения технологических параметров окомкован-

ной аглошихты. Массовая влажность аглошихты изменялась в пределах 5,02...7,36%; эквивалентный диаметр гранул - 1,34...2,10 мм; порозность слоя - 30,83...46,56%. Среднее значение массовой влажности аглошихты составило 6,48% и среднеквадратичное отклонение - 0,6%; эквивалентного диаметра гранул - 1,69 мм и 0,17 мм; порозности слоя - 36,43% и 4,61%, соответственно. Изменение разрежения в коллекторе спекания составило от 500 до 900 мм.вод. ст. при высоте загруженного на агломашину слоя шихты 260 мм.

3. Установлено также, что при сегрегации по высоте слоя аглошихты от верха к низу содержание фракций +10 мм изменялось от 8% до 26%, а фракций 2-3 мм - от 12% до 9%; эквивалентный диаметр гранул - от 1,9 мм до 2,2 мм.

4. В результате исследований газопроницаемости слоя окомкованных аглоцшхт с использованием разработанного способа определения газопроницаемости слоя в потоке на аглофабрике ММК им.Ильича установлено, что оптимальная влажность аглошихты составила 6,7%; средний перепад давления в слое высотой 210 мм составил - 49,29 Па и среднеквадратичное отклонение -19,03 Па. При увеличении эквивалентного диаметра гранул от 1,46 мм до 2,00 мм перепад давления по прибору уменьшался от 94 Па до 21 Па.

5. С помощью разработанной модели определения газопроницаемости слоя исследован слой окомкованных аглошихт, сформированный при использовании способа определения газопроницаемости слоя. Установлено, что для слоя радиус цилиндрических каналов изменялся от 0,585 мм до 1,066 мм; их количество - от 61115 м"2 до 156863 м"2; фактическая скорость воздуха - от 0,485 м/с до 0,603 м/с; число Рейнольдса - от 39,0 до 62,7; коэффициент сопротивления - от 1,20 до 1,78.

6. В результате моделирования слоя шихты, уложенной на аглолешу, для условий ММК им.Ильича получено, что по высоте слоя для исследованных аглошихт порозность изменялась от 25% до 60%; радиус цилиндрических каналов - от 0,5 мм до 2,6 хмм; их количество - от 30558 м'2 до 458366 м"2; фактическая скорость воздуха - от 0,6 м/с до 1,4 м/с; число Рейнольдса - от 65 до 265; коэффициент сопротивления - от 5,0 до 15,0. Средняя фактическая скорость воздуха составила 0,9 м/с при его расходе через слой 0,37 м3/(м2-с).

7. Установлено, что максимумы радиусов каналов, числа Рейнольдса и

минимумы количества каналов, коэффициента сопротивления соответствуют одинаковым горизонтам слоя шихты: 145 мм для шихты №1; 70 мм -№2; 75 мм - №3. Горизонт слоя, соответствующий минимуму коэффициента сопротивления, расположен на 7-15 мм ниже горизонта, соответствующего максимуму порозности. Т.е. при загрузке шихты на агломашину в результате сегрегации гранул по крупности на различных горизонтах слоя существует гранулометрический состав, соответствующий максимальной порозности и газопроницаемости слоя.

8. В результате опытно-промышленного испытания разработанного способа управления процессом окомкования установлено, что среднее значение эквивалентного диаметра гранул аглошихты увеличилось с 1,69 мм до 1,85 мм; порозности слоя - с 36,43% до 40,0%. Среднее значение разрежения в коллекторе спекания снизилось с 7151 Па до 6877 Па. При этом скорость движения аглоленты увеличилась с 2,3 м/мин до 2,4 м/мин; производительность агломапганы увеличилась с 102,0 т/ч до 103,6 т/ч.

9. При внедрении нового способа управления газопроницаемостью спекаемого слоя аглошихты производительность агломашины повысится на 1,5% при одновременном снижении расхода топлива на 1%. Ожидаемый годовой экономический эффект составит 81134,9 грн по одной агломашине и 973618,7 грн по всему цеху.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Русских В.П., Кривенко C.B., Кривенко О.В. Способ и система управления качеством окомкования агломерационной шихты // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб.науч.тр. - Мариуполь, 1998. - Вып. 6. С.11-14.

2. Русских В П., Кривенко C.B. Повышение газопроницаемости спекаемого слоя аглошихты // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр. -Мариуполь, 1999. - Вып. 8. - С. 15-17.

3. Пат. 24673 Укр., МКИ G 01 N 15/08. Способ и устройство определения порозности / Власюк Ю.Н., Кривенко C.B., Кривенко О.В., Русских В.П. - №97063251; Заявл. 27.06.97; Опубл. 04.08.98 - 2 с.

4. Русских В.П., Кривенко C.B., Кривенко О.В. Разработка и промыш-

ленное исследование прибора определения газопроницаемости слоя оком-кованной аглошихты в потоке. - Производство чугуна на рубеже столетий: Труды V Международного конгресса доменщиков. - Днепропетровск: Пороги, 1999. -С.115-116.

5. Тарасов В.П., Сирота В.И., Кривенко О.В., Кривенко C.B. Улучшение качества окомкования аглошихты в барабане-окомкователе. - Производство чухуна на рубеже столетий: Труды V Международного конгресса доменщиков. - Днепропетровск: Пороги, 1999. - С. 118-120.

6. Русских В.П., Кривенко C.B., Кривенко О.В. Исследование газопроницаемости слоя аглошихты // Придщпровський науковий вюник - 1998. -№ 96(163). - С. 6-8.

7. Русских В.П., Кривенко C.B., Кривенко О.В. Модель газопроницаемости слоя шихты // Придшпровський науковий вкжик - 1998,- № 95(162). - С.27-29.

8. Русских В.П., Кривенко C.B. Моделирование распределения гранул по высоте слоя на аглоленте - Металлургия. Тезисы докладов V региональной научно-технической конференции, Мариуполь, Приазов. госуд. техн. ун-т, 1998, С.8.

9. Русских В.П., Кривенко C.B. Алгоритм укладки гранул в слой и определения его газопроницаемости - Металлургия. Тезисы докладов V региональной научно-технической конференции, Мариуполь, Приазов. госуд. техн. ун-т, 1998, С. 11.

10. Русских В.П., Тарасов В.П., Кривенко C.B., Кривенко О.В. Новые способы определения порозности и газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты - Тезисы докладов научно-технической конференции по теории и практике сталеплавильного производства, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-металлурга проф.Казанцева И.Г. Мариуполь, Приазов. госуд. техн. ун-т, 1999, С.24.

11. Тарасов В.П., Кривенко О.В., Кривенко C.B. Регулирование качества окомкования аглошихты за счет оптимального соотношения количеств комкующих и комкуемых фракций - Металлургия. Тезисы докладов VI региональной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения ученого-металлурга Казанцева И.Г. Мариуполь, Приазов. госуд. техн. ун-т, 1999, С.48,

АНОТАЦШ

KpiBeinco С.В. 1нтенсифшащя агломеращйного процесу шляхом управл1ння газопрониктспо шару, що сткаегься. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшспо 05.16.02 - металурпя чорних метал1в. - Приазовський дер-жавний техшчний ушверситет, Мар1уполь, 2000.

Дисертащя присвячена питаниям гадвищення продуктивное!! агломе-ращйних машин та зниження витрати палива за рахунок покращення газо-npoHHKHOcri шару шихти, що сткаегься. Розроблеш Hoei способи визна-чення порожносп i газопроникносп шару аглошихти в потощ. Розроблена нова модель газопроникносп шару з урахуванням гранулометричного складу аглошихти та властивостей газу по висо-ri шару. Розроблений новий cnoci6 управлшня огрудкуванням аглошихти на основ1 приладу визначення газопроникносп шару аглошихти в потощ.

Ключов1 слова: шихта, гранулометричний склад, газопроникшсгь, во-лопсть, укладка гранул, порожшсть, моделювання.

ANNOTATION

Krivenko S.V. Intensification of mix sintering process by way of control by gas-penetrance of sintering layer.- Manuscript.

The dissertation for the award of the degree of candidate of technical sciences on the speciality 05.16.02 - metallurgy of ferrous metals, Priazovsky state technical University, Mariupol, 2000.

The dissertation is devoted to questions of sintering machines productivity increase and iuel expenditure reduction improvement of gas-penetrance of layer of sintering mix. New method of definition, fractional void and gas-penetrance of mix layer in flow are worked. New model of layer gas-penetrance with calculation of sintering mix granulometric composition and gas qualities on layer height are worked. New method of control by sintering mix pelletizing are worked on the basis of devise of definition of gas-penetrance of mix layer in flow.

Key words: mix, granulometric composition, gas-penetrance, moisture, granule packing, fractional void, modelling.

АННОТАЦИЯ

Кривенко С.В. Интенсификация агломерационного процесса путем управления газопроницаемостью спекаемого слоя. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных металлов. - Приазовский государственный технический университет, Мариуполь, 2000.

Диссертация посвящена вопросам повышения производительности агломерационных машин и снижения расхода топлива за счет улучшения газопроницаемости спекаемого слоя аглошихты.

Проведен обзор литературных источников по состоянию математического описания гранулометрического состава сыпучего материала и его изменения по высоте слоя при сегрегации; газопроницаемости изотермического зернистого слоя; существующих способов управления окомкованием аглошихты и определения порозности (газопроницаемости) слоя.

Приведена методика и результаты исследований качества окомкования аглошихты и структуры ее слоя для условий аглофабрики ММК им.Ильича.

Для описания изменения гранулометрического состава по высоте слоя аглошихты разработана функция сегрегации, которая устанавливает взаимосвязь распределений гранулометрического состава аглошихты вверху и внизу слоя по его высоте.

Разработан новый способ определения порозности слоя аглошихты в потоке, сущность которого заключается в определении объема воздуха в слое сыпучего материала. Аглошихту ссыпают в измерительную камеру рабочего прибора и смешивают с подаваемым в нее дополнительно контролирующим газом. Выравнивая концентрации контролируемых составляющих газа в измерительных камерах рабочего и компенсационного прибора, по положению регулирующего органа судят о порозности слоя.

Разработан новый способ определения газопроницаемости слоя оком-кованной аглошихты в потоке и новый способ управления окомкованием аглошихты на его основе. Через слоя шихты в загрузочном бункере прибора пропускают воздух с постоянным расходом и по давлению в измерительной камере судаг о газопроницаемости слоя. Приведены результаты исследований газопроницаемости слоя окомкованной аглошихты на аглофабрике ММК им. Ильича с помощью разработанного прибора.

Разработана модель газопроницаемости слоя сыпучего материала, ко-

торая состоит из описания гранулометрического состава аглошихты по высоте слоя; модели слоя аглошихты и модели движения газа в слое. Исходными технологическими параметрами являются данные рассева проб аглошихты по высоте слоя; высота уложенного слоя и расход газа через него. В результате расчетов для каждого сечения по высоте слоя аглошихты определяют массовый и количественный гранулометрические составы; эквивалентный диаметр гранул; порозность; свободную площадь поперечного сечения слоя; общий периметр поперечного сечения каналов, их радиус и количество; фактическую скорость движения и плотность газа в каналах; число Рейнольдса; коэффициент сопротивления; давление газа.

На основании данных рассева проб аглошихты по высоте слоя определялись массовая доля в шихте комков каждого класса крупности и их эквивалентный диаметр. По количеству и массовой доле гранул самого большого диаметра рассчитывалось количество и доля гранул г'-го диаметра, приходящихся на одну большую.

Модель слоя окомкованной аглошихты предназначена для формирования слоя путем укладки гранул в пространстве. Гранулы размещались в элементарный объем в трехмерной системе координат снизу вверх по уровням и по слоям снаружи внутрь. Гранулы выбирались из массива таким образом, чтобы соблюдалось полученное распределения гранулометрического состава по высоте слоя.

Сформированный слой пересекался («- !) плоскостями, параллельными его основанию так, чтобы получить п равных по высоте элементарных слоев. Каждый полученный слой представлялся состоящим из одинаковых цилиндрических каналов. Перепад давления при пропускании газа через каждый элементарный объем определялся по основному уравнению движения газа в идеальном слое.

Приведены результаты исследований модели для условий аглофабрики ММК им. Ильича.

Ключевые слова: шихта, гранулометрический состав, газопроницаемость, влажность, укладка гранул, порозность, моделирование, оптимизация.