автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Интенсификация доменного процесса с использованием созданных математических моделей загрузки и газодинамики верхней зоны печи

РГ6 од

1 о ш:!

ДНЕПР0ПЕГР03СКШ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ _МЕТАЛЛУРГШЕСКИЙ ШСТШТ_

На правах рукописи КОВШОВ Владимир Николаевич

Интенсификация доменного процесса с использованием созданных математических моделей загрузки и газодинамики верхней зоны печи

Специальность - 05.16.02 - "Металлургия черных металлов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск 1993

Работа выполнена в Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте.

Официальныеоппоненты:

Доктор технических наук, профессор Логинов В.И. Доктор технических наук, профессор Тарасов В.П.

Доктор технических наук, ст.н.сотр.Товаровский И.Г.

Ведущее предприятие-Иеталлургический комбинат "Запороксталь"

Защита состоится " У " & 6_1993 года на заседании специализированного совета Д-068.02.02 при Днепропетровском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте (320635, г. Днепропетровск, пр. Гагарина, 4)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "Л" 'Р.З_1993 года

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор '----Цапко В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Постоянное увеличение производства черных металлов и улучшение их качества является материальной основой технического прогресса.

В настоящее время наиболее важной задачей народного хозяйства является перевод экономики на интенсивный путь развития и более рациональное использование производственного потенциала страны. Для успешного решения этой задачи в черной металлургии необходимы разработки новых теоретически й экспериментально обоснованных технологий и процессов, а также усовершенствование существующих.

Одним из основных направлений развития доменного процесса в современных условиях отечественной и зарубежной наукой и практикой признано совершенствование загрузки доменных печей большого объема, что вызвано имеющимся резервом организации потоков шихты и газов, а также значительными изменениями качественного состава доменной шихты, произошедшими за последние 15-20 лет. В кзлезорудной части шихты появился новый вид сырья-окатыши, резко отличающийся своими физико-механическими свойствами от агломерата; качество самого агломерата улучшилось при некотором ухудшении качества кокса из-за все возрастающего дефицита коксующихся углей. Все это ^обусловило возникновение проблемы рационального соотношения и распределения новых компонентов шихты в доменной печи. Эта проблема может быть решена в основном за счет совершенствования загрузки и оптимизации газодинамического режима доменной плавки путем глубокого исследования процессов методами физического и математического моделирования.

Цель и задачи работы. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей взаимодействия шихты и газа в доменной лечи, разработка на их основе адекватных математических моделей распределения шихты и газа, позволяющих рационализировать процесс загрузки и оптимизировать газодинамический режим работы доменных печей, обеспечивающий лучшее использование газового потока, приводящий к увеличению производительности печи и снижегазо расхода кокса.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

на основе теоретического обобщения результатов исследований и технологического опыта были сформулированы и обоснованы рациональные принципы разработки математических моделей загрузки и газодинамики доменной плавки;

с учетом накопленного опыта создания математических моделей были разработаны детерминированные и стохастические модели загрузки и газодинамики доменной плавки, позволившие более глубоко проанализировать конкретные технологические ситуации и выдать технологические рекомендации для улучшения работы доменных печей;

в результате усовершенствования методов исследования доменного процесса было произведено описание закономерностей распределения газодинамических характеристик шихты в объеме доменной печи, обусловленных условиями загрузки, движением и изменениями физического состояния шихты;

для рационализации конструкций загрузочных устройств и оптимизации загрузки и газодинамики доменной плавки, были применены разработанные математические модели.

Научная новизна. Теоретические обобщения основных положений газодинамики, позволили разработать комплекс новых реше-' ний по оптимизации загрузки и распределению шихты и газа на колошнике.

Разработана математическая модель радиального распределения шихты, отличающаяся оригинальным подходом к формулировке задачи и полнотой охвата технологических факторов, реально действующих на процесс.

" Разработаны метода физического моделирования движения сыпучих сред применительно к доменному процессу. Получены критериально-эмпирические форицулы истечения шихты из кольцевой щели "конус-чаша" и грузовых клапанов бункеров круглой и эллил- ' тической форм для определения начальной скорости доменной шихты.

Предложены рациональные методы маневрирования большим конусом и загрузки окатышей в доменную печь.

Разработана оригинальная математическая модель газодинамики верхней зоны доменной печи .с учетом радиального распределения шихты. Впервые предложена эмпирическая формула для определения порозности многокомпонентной и полидисперсной доменной шихты; разработан расчетно-эмпирический метод определения

локальной порозности в движущемся слое шихты, при помощи которого вскрыты закономерности и получена эмпирическая зависимость для расчета радиального распределения порозности в движущейся доменной шихте.

Впервые установлены газодинамические закономерности и произведена оценка влияния межслойных зон на общие потери давления в доменной печи; предложены оригинальные формулы для определения потерь давления и газораспределения в неравномерно распределенном слое шихтовых материалов. Предложены методы увеличения газопроницаемости пихты дозированным введением промежуточных фракций в железорудную часть шихты.

На основе системного анализа разработана иерархическая структура доменного процесса, из которой выделены локальные подсистемы газодинамики, базирующиеся на стохастических моделях и предложены методы их оптимизации.

Совокупность полученных результатов является теоретическим обобщением в области загрузки и газодинамики доменного процесса, которое направлено на решение крупной научной проблемы повышения эффективности доменного процесса, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Практическая ценность работы определяется решением следующих научно-технических проблем:

разработкой расчетных методов радиального распределения шихты и газа на колошнике доменкой печи в реальных условиях;

определением практического решения использования математических моделей з улучшении конструкций загрузочных устройств и технологии загрузки;

предложением и реализацией оригинальных методов управления загрузкой шихты путем ступенчатого опускания конуса;

на основе математического моделирования определением условий разрыхления шихты при движении, предложением и опробованием на доменных печах разрыхлителей, позволяющих повысить газопроницаемость шихты;

разработкой иерархической структуры параметров доменного процесса, позволившей получить локальные стохастические модели загрузки и газодинамики доменной печи;

с использованием стохастических математических моделей загрузки и газодинамики предложением метода оптимизации, позволяющим интенсифицировать доменный процесс в конкретных условиях.

Разработанные новые конструкции загрузочных устройств и рациональные методы загрузки, обеспечивающие повышение производительности и снижение расхода кокса, реализовывались в рамках республиканской комплексной целевой научно-технической программы "Металл" Минвуза СССР по программам Минчермета УССР и металлургических заводов.

Реализация результатов в промышленности. На доменных печах металлургического завода им.Г.И.Петровского внедрены: технология доменной плавки с вводом в агломерат промежуточных фракций кокса, позволившая увеличить производительность печи на 1,1% и снизить расход кокса на 1,4% за счет повышения газопроницаемости шихты л улучшения использования газового потока; метод ступенчатого маневрирования большим конусом, позволивший увеличить газопроницаемость верхней зоны печи, уменьшить дробление шихты на колошнике и таким образом увеличить производительность на 1-1,5% и снизить расход кокса на 0,2-0,4%; рациональный способ загрузки шихты, содержащей оптимальное количество окатышей, позволивший повысить производительность печи на 2$ при незначительном снижении расхода кокса.

На доменных печах Криворожского металлургического комбината им. В.И.Ленина внедрены: работа доменных печей № 5,6,8 с оптимальными параметрами загрузки, установленными на основании статистических моделей газодинамики доменной плавки и последовательного симплексного поиска, обеспечившая увеличение производительности на 2% и снижение расхода кокса на 0,4$; работа доменной печи Л> 7 с рациональными системами загрузки шихты, содержащей различное количество окатышей, с увеличением производительности на 2,8%; работа доменкой печи № 9 в период освоения с рациональными системами загрузки, полученными на основе оптимального поиска, позволившая снизить расход кокса на 0,47%.

Результаты исследований использованы УКРГИПРОМЕЗОМ при проектировании бесконусного загрузочного устройства для доменной печи К 6 металлургического комбината "Криворожсталь" им. В.И.Ленина.

Общий экономический эффект от внедрения технологических разработок составил I млн. 602 тыс.руб. в год. в ценах до 1990 г.|

Теоретические разработки автора внедрены в учебный про-

цесс кафедры металлургии чугуна Днепропетровского металлургического института в виде нового лекционного материала, .лабораторных работ и методических указаний по научно-исследовательским работам студентов для специальности 11.01 - металлургия черных металлов.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзных и Республиканских научно-технических конференциях и семинарах: меявузовской научно-технической конференции по организации и регулированию хода доменного процесса. Магнитогорск, апрель, 1968; первой республиканской конференции молодых ученых-металлургов. -Днепропетровск, январь, 1969; на-: учно-технической конференции "Газодинамика и механика движения шихты в доменных печах". -Свердловск, карт, 19С9; всесоюзной научной конференции "Теоретические основы металлургии чугуна". -Москва, январь, 1974; третьей республиканской научно-технической конференции молодах инженеров-металлургов. -Днепропетровск, декабрь, 1974; первой неучно-технической конференции "Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в металлургии". -Донецк, июнь, 1977, всесоюзной научно-технической конференции "Пятилетке качества и эффективности - труд и поиск молодых металлургов". - Тула, октябрь, 1978; всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы автоматизированного управления доменным производством". -Киев, октябрь, 1979; всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика современного доменного производства". -Днепропетровск, май, 1933.

Результаты работы апробированы на научно-технических семинарах кафедр металлургии чугуна Днепропетровского металлургического института, Московского института стали и сплавов, Магнитогорского горнометаллургического института им.Г.И.НосоЕа, Днелродзержинского индустриального института им. М.И.Арсениче-ва; на объединенном заседании кафедр теплотехники металлургических печей и металлургии чугуна Уральского политехнического института им. С.М.Кирова, доменного отдела Всесоюзного научно-исследовательского института металлургической теплотехники и лаборатории пирометаллургических процессов Уральского научного центра АН СССР.

Материалы диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях завода им. Г.И.Петровского и комбината "Криворояссталь".

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в учебном пособии, монографии, 68 статьях и 20 авторских свидетельствах на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из 8 глав, включающих введение, 236 страниц машинописного текста, 65 иллюстраций, 20 таблиц, списка литературы из 193 наименований и приложения на 16 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. Введение

Улучшение качества металла и увеличение выпуска эффективных видив металлопродукции в области производства чугуна возможно в основном за счет усовершенствования технологии доменной плавки с целью дальнейшей интенсификации их раооты и ввода в эксплуатацию более мощных доменных печей.

Увеличение объема доменных печей в последние 20-25 лет произошло за счет опережающего роста поперечных размеров профиля. Увеличение диаметра колошника доменных печей при равном качестве шихты усугубило проблему рационального ее распределения, потребовав принципиально новых загрузочных устройств. За рубежом в дополнение к конусному загрузочному устройству появились подвижные элементы (подвижные плиты колошника, кольца всевозможных конструкций), а также принципиально новые - бесконусные загрузочные устройства лоткового типа,.позволяющие более гибко управлять распределением пихты на колошнике и решать проблему повышения их стойкости.

Таким образом, проблема рационального распределения шихты на колошнике, наряду с другими, вышла на одно из первых мест в совершенствовании доменного процесса. Если другие методы интенсификации доменной плавки, например, комбинированное дутье, связаны с дополнительными затратами и довольно значительными, с учетом повышения цен на жидкие и газообразные топлива на мировом рынке, то совершенствование методов загрузки требует минимальных дополнительных затрат щи значительной отдаче (увеличение производства и снижение расхода кокса на 5-10/2).'

Совершенствование загрузки как конусными, так и бесконус-къ!ш загрузочными устройствами возможно при детальном исследовании этого процесса, когда известно количественное распределение шихты по сечению доменной печи. Подобное же изучение

механизма загрузки шихты и получение количественных характеристик распределения дает в конечном итоге математическая модель, поэтому создание математической модели распределения шихты современными загрузочными устройствами является актуальной задачей в общей проблеме дальнейшего совершенствования доменного процесса.

Математические модели распределения шихты и создание на их основе распределения газа в верхней зоне доменной печи дают возможность определить направления совершенствования технологии загрузки в перспективных условиях, выявить ноше рациональные методы и оптимизировать газодинамику доменной плавки, что позволит с наибольшей полнотой и экономичностью интенсифицировать процесс.

Настоящая работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи по развитию черной металлургии и заключается в совершенствовании технологии загрузки на основе теоретических и экспериментальных исследований, оптимизации газодинамического режима доменных печей, позволяющей интенсифицировать процесс плавки без значительных капитальных затрат.

В работе проанализированы возможные пути достижения максимальной производительности и снижения расхода кокса. Анализ показал, что наиболее рациональной является такая последовательность работ:

исследование и формализация процесса загрузки доменных печей, оборудованных современными загрузочными устройствами;

исследование и математическое описание 'закономерностей распределения газодинамических характеристик шихты в объеме доменной печи, обусловленных загрузкой, движением шихты и конфигурацией профиля печи;

разработка математической модели газодинамики доменной

печи;

выбор метода решения и интерпретация результатов для конкретных современных и перспективных условий доменной плавки;

привлечение полученных математических зависимостей для улучшения и оптимизации газодинамического режима и работы доменной печи;

внедрение рациональной технологии загрузки и оптимального газодинамического режима работы доменных печей.

Диссертация представляет собой обобщение научных результатов, полученных при выполнении научно-исследовательских работ в Днепропетровском металлургическом институте в период с 1965 по 1991 годы.

В проведении и внедрении лабораторных и промышленных экспериментов автору помогали сотрудники Днепропетровского металлургического института, металлургического завода им. Г.И. Петровского, металлургического комбината "Криворожсталь" им.В. И. Ленина, Украинского государственного института по проектированию металлургических заводов, Института черной металлургии АН Украины.

' 2. РАЗРАБОТКА. МТЕМАТШЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГАЗОДЖАМЖИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Для разработки математических моделей движения газа произведена его классификация в условиях доменной плавки.

Для вывода основного уравнения движения газа в столбе доменной шихты исходили из классических уравнений Эйлера, представляющих собой сумму сил, действующих на элементарный параллелепипед газа, находящийся в покое. При движении последнего по межкусковьш каналам, возникают силы сопротивления F0, обусловленные вязкостью газа и трением о поверхность кусков шихты. Согласно принципу Даламбера, сумма всех сил, действующих на тело, должна быть уравновешена силой инерции, следовательно,

F-F0 - gradP/jt) - d^/dr. (I)

F ' - объемные силы, отнесенные к единице массы,

У® » Р » ty - плотность, давление и скорость газового потока.

Численную величину сил F0 (фиктивных) находили по методу Жуковского при помощи эмпирической форл?улы Дарси-Вейсбаха-Жа-воронкова в векторном виде:

Cjradp = в ТГРЬ\ г- = ^/Vf (2)

где R - 3-Ь7 Ph ('•»> <*>*)«-£ Um)1'г

° dJ'z(*,JtJ

Кф - коэффициент формы кусков шихты, £ - порозность, А - толщина железорудного слоя, V - коэффициент вязкости газа, dt - средний диайетр шихты, д - ускорение свободного падения, X и У - горизонтальная и вертикальная оси координат.

Таким образом, уравнение Эйлера-Жуковского в конечном виде с добавлением условия неразрывности газового потока, уравнения теплообмена, зависимости плотности газа от давления и температуры, а также изменения агрегатного состояния шихты выразят распределение давлений во всем объеме печи:

"р ■+ В^/р ~ С§гаЫР)/р = Ыт^/Ыг^ У Г = о,

\ .Т = / (V., УГ1

~ /(*,у). (3)

Здесь Т - температура, и - водяше эквива-

ленты шихты и газа.

Систему уравнений (3) решали в конкретных граничных условиях методами электромоделированкя.

Для повышения точности, скорости и наглядности расчета газораспределения в зависимости от систем загрузки была разработана упрощенная математическая модель газодинамики шахты доменной печи для каящого слоя подачи.

Модель состоит из расчетных формул потерь давления и газораспределения. Поскольку математическая модель распределения шихты по радиусу позволяет просчитать радиальное распределение физических характеристик шихты в каждом отдельном слое подачи для любой системы загрузки, то общий перепад давления газа состоит из суммы Ш потерь давлений газового потока в каждом слое:

т ,

= £ (аР0;+аРк>;). (4)

Потери давления в неравномерно распределенном слое железорудной части подачи рассчитывались по формуле:

где & - общее количество колошникового газа. Поскольку слой кокса имеет газопроницаемость на порядок выше слоя железорудной части подачи, то потери давления в кем считали как в равномерно распределенном слое с очень малой ошибкой. В этом случае изобары, эквивалентные потенциалу скорости, расположатся по границам железорудного сырья.

Распределение скоростей газового потока в шахте доменной печи рассчитывается в каждом отдельном слое железорудной части подачи на основании известного радиального распределения шихты по толщине слоя, крупности и порозности при движении шихты. По полученным скоростям определяются линии тока. Слои кокса, разделяющие железорудный материал, служат перераспределителями газового потока, поскольку газопроницаемость их высока.

Неравномерное распределение скоростей по радиусу, которое наблюдается в доменной печи, определяется, исходя из следующих предпосылок: сумма расходов газа в локальных участках поперечного сечения шахты доменной печи равна общему расходу, величина потерь давления между низом и верхом железорудного слоя каждой подачи одинакова во всех точках эквипотенциальных поверхностей. Тогда скорость неравномерного распределения газового • потока по поперечному сечению определится как

где л - величина, определяющая режим движения газового потока, $ - площадь колошника.

По приведенной формуле можно подсчитать величины локальных скоростей в любом месте по радиусу печи, если известны эмпирические закономерности распределения физических свойств шихты: £_, с1Ш1 Л - j (*, У) в объеме доменной печи.

Распределение шихты на колошнике доменной печи определяет газодинамику доменного процесса. Следовательно, чтобы получить количественные закономерности для рационализации загрузки и оптимизации газодинамического режима работы печи необходимо формализовать процесс формирования шихтовых материалов на колошнике.

Математическое описание распределения шихты на колошнике распадается на ряд задач, основными из которых являются: нахождение траектории движения материалов с целью определения места встречи их с поверхностью засыпи и начальной скорости шихты на откосе, определение углов откоса шихтовых материалов на колошнике и определение рельефа поверхности засыпи перед загрузкой

>

(6)

3. РАЗРАБОТКА МАТШАТЩЕСКОЙ МОДЕЛИ ЗАГРУЗКИ И РАСПРЕДЕЛЕН® ШИШ НА КОЛИСНЖЕ

очередной подачи. Решение этих задач позволило оконтурить слой железорудных материалов и определить изменение его толщины по радиусу, а, следовательно, и его распределение в объеме доменной печи.

Движение шихты по наклонным поверхностям.! распределительных элементов, в пространстве колошника, а также по поверхности засыпи аналогично и ножет быть описано дифференциальными уравнениями движения. Различие между ними определяется начальными условиями, количеством и величиной действующих на шихту сил.

Итак, для определения траектории потока шиты составили дифференциальное уравнение движения последней с распределителя (конуса, лотка), исходя из принципа Даламбера:

т с/г1/Ыгг = % - ~РГ , (7)

где т и - гасса и перемещение шихты, С - время дви-

жения шихты, и гГ - силы веса и подпора газового потока.

Спроектировали силы на оси координат Л и У (решали осесимметричную задачу) с началом координат на конце распределителя и решали полученную систему уравнений методом итерации с начальными условиями: _У = 0, у с О, Г= О, с/х /ЫТ" = = ть-СнЫ. , с/у / ЫГ = , где - скорость

шихты на конце распределителя, ос - угол наклона распределителя.

Полученные уравнения описывают траекторию ссыпающейся шихты и определяют точку встречи потока шихты с поверхностью засыпи.

Определение углов откоса шихтовых материалов ( ^¿ет ) на колошнике при загрузке производилось при помощи решения дифференциального уравнения движения шихты по поверхности засыпи:

т Ы*1/с1гг = Ть - %р -рг , (Б)

где Ртр - сила трения.

Спроектировали сипы ка поверхность засыпи и решили уравнение с начальными условиям!: = О, Г= 0, сИ. /с/Г = -начальная скорость шихты на откосе, определяемая дифференцированием траектории по времени. При решении основывались на том, что шихта по поверхности засыпи движется параллельными слоями, а место остановки слл'Я соответствует расстоянию центра тяжести сектора или сегмента пихты от гребня.

ТГ«° * (9)

где К$ - эмпирический коэффициент восстановления механической энергии шихты при ударе ее о поверхность засыпи, Rk к 2п - радиусы колошника и выклинивания подачи, i - расстояние от стенки колошника до гребня шихты, tf"n - скорость газа на колошнике в слое шихты, f - коэффициент внутреннего трения шихты. По этой же формуле рассчитывался угол откоса шихты к стенке колошника.

Положение линии откоса относительно оси печи определяется углом откоса .(9) и положением точки, где толщина неравномерно распределенного слоя подачи близка к средней толщине подачи на колошнике hep = М/рш X » гДе fm - насыпная масса шихты.

Таким образом, выражения (7), (8) и (9) использовались для получения уравнения верхней линии засыпи = (Я*) , которая аппроксимировалась кривой третьей степени. Уравнение нижней линии слоя Lj = fj , на которую высыпается шихта, опреде-

лялось по известной эпюре скоростей движения шихты с учетом динамического воздействия загружаемой подачи, либо по показаниям профилемера.

Распределение толщины слоя по радиусу определялось как разность выражений нижней и верхней кривых, оконтуривающих слой:

К - L£- La = Ъ0+ Qf Kt + аг Rj:} (io)

и уточнялось по равенству объемов равномерно и неравномерно распределенной на колошнике подачи, где неравномерно распределенный слой рассчитывался как объем тела вращения, ограниченного линиями LB и :

M/f>. = а-¡л (хШ*^.

Процесс радиального распределения шихты сопровождается сегрегацией, знание которой дополняет математическую модель радиального распределения шихты. Исследования показали, что сегрегация шихты по радиусу для конусных.загрузочных устройств равна 30-40% и зависит от величины подачи {5%), наклона поверхности засыпи (8%), уровня засыпи (10%) и количества дутья'(10%).

Толщину слоя порции, загруженную бесконусным устройством с вращающимся лотком, определяли, исходя из расчетного .объема шихты, высыпаемого на поверхность засипи. Положение каждой станции на колошнике определялось траекторией. Угол.откоса к стенке и к оси печи подсчитывали по формуле (9). Полученные значения толщин слоя по радиусу печи аппроксимировали кривой третьей степени.

Таким образом, на основе полученных уравнений для расчета траекторий движения шихты и углов откоса на колошнике разработано общее уравнение распределения шихты конусным и лотковыми загрузочными устройствами. Для использования полученных закономерностей в совершенствовании технологии определяли эмпирические коэффициенты трения и восстановления механической энергии, начальные скорости движения шихты при высыпании из щели "конус-чаша" и грузовых затворов бункеров.

Адекватность полученных математических моделей радиального распределения шихты проверялась исследованиями, проведенными на работающих доменных печах и перед задувкой, по литературным данным, а также на крупномасштабных стендах с дутьем, оборудованных конусными и бесконусными загрузочными устройствами.

При физическом моделировании процесса распределения шихты на стендах найдено, что определяющими комплексами для шихты являются критерии Ньютона, радиального распределения (соотношение толщин железорудного слоя по радиусу), окружного распределения со М/Q„ Для бесконусных загрузочных устройств); для газа' - Эйлера (его значения в автомодельной области в зависимости от критерия Рейнольдса) или Лагранжа. Для полного подобия распределения шихты соблюдалось равенство безразмерного расхода шихты Q^ [dem. и массы подачи M/D^ßn-idem где Qu - расход шихты через щель "конус-чаша" или грузовой клапан бункера, DK - диаметр конуса, а - окружная скорость.

Поскольку геометрическое подобие размеров шихты невозможно (особенно мелких фракций 0-5 мм), то гранулометрический состав моделируемой шихты устанавливался на основе эмпирической зависимости критерия радиального распределения 6" от симплекса / <da в автомодельной области и известного соотношения между размерами фракций в реальной шихте: 6"~f(Dx/da)t

Начальную скорость шихты при высыпании из щели "конус-чаша" и грузовых клапанов шихтовых бункеров бесконусного загрузочного устройства определяли эмпирически на доменных печах стетоскопическим методом, а также на стендах в широком интервале размеров агломерата, окатышей и кокса. Обработка данных критериальным методом позволила получить зависимости начальной скорости от площади отверстия £ и среднего размера шихты для щели "конус-чаша" и круглых и эллиптических отверстий грузовых клапанов: _

Ъ^В/^УЫГ, »/С. (II)

Скорость шихты на конце конуса или лотка определялась из решения дифференциального уравнения движения шихты по наклонным плоскостям конуса, течек и лотка.

Установлено, что коэффициенты трения доменной шихты по -конусу и лотку, определенные по данным стеццовых испытаний и исследований на доменных печах, следующие: для агломерата 0,4 -0,5, кокса 0,3-0,4, окатышей 0,2-0,3.

Экспериментально и расчетным путем показано, что газовый поток и ход большого конуса значительно влияют на траекторию ссыпающейся шихты. Для условий нормальной работы доменной печи, оборудованной конусным загрузочным устройством, горизонтальна»! составляющая траектории шихты под действием газового потока изменяется на 0,1-0,2 м. Для бесконусных загрузочных устройств с вращающимся лотком газовый поток незначительно влияет на тра-ектоию. Изменение хода конуса в пределах 0,25-0,75 к влияет на траектории ссыпающейся шихты, увеличивая горизонтальную составляющую на 0,15-0,17 м. Таким образом, изменяя величины скорости колошникового газа и хода большого конуса, можно управлять радиальным распределением шихты на колошнике доменной печи.

Для определения начальной скорости шихты на откосе поверхности засыпи экспериментально определены коэффициенты восстановления механической энергии потока доменной шихты при ударе о поверхность засыпи. Установлено, что для агломерата и кокса они равны 0,55 и 0,60 соответственно, а для окатышей - 0,81. Таким образом, окатыши из-за малого коэффициента трения и увеличенного (по сравнению с агломератом и коксом) коэффициента

восстановления обладают большой подвижностью на колошнике печи при загрузке, что приводит к неустойчивому, а иногда и к аномальному распределению шихты.

Осношваясь на полученных закономерностях, разработан алгоритм расчета на персональной ЭВМ радиального распределения шихты для различных систем загрузки в шихтовых условиях металлургического комбината "Криворожсталь".

4. ШТШСЩЖАЦШ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ПУТЕМ РАЦИОНАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ

Современная доменная шихта содержит значительное количество окатышей. Преимущества окатышей перед агломератом заключаются в постоянстве химического и гранулометрического состава, высокой газопроницаемости слоя, большем содержании?, железа, еысокой и равномерной скорости восстановления, а также повышенной устойчивости к разрушению при перегрузках. К числу недостатков можно отнести уменьшение прочности окатышей при восстановлении в доменкой печи, повышенный выкос мелкодисперсной колошниковой пыли, ускоренный в этой связи износ засыпных устройств, а также высокая подвижность при загрузке, приводящая к неудовлетворительному распределению на колошнике.

Экспериментально установлено, что ввод окатышей в шихту доменных печей меняет радиальное распределение всего железорудного слоя подачи: увеличение доли последних приводит к росту подгрузки центра печи железорудной составляющей. Следовательно, с увеличением доли окатышей в шихте необходимо применять системы загрузки, сильнее подгружающие периферию доменной печи.

Поскольку при загрузке неизбежно происходит частичное перемешивание агломерата и окатышей, то была произведена оценка ее влияния на газопроницаемость доменной шихты. Экспериментально установлено, что минимальной газопроницаемостью обладает смесь 30% окатышей и 70$ рядового агломерата, следовательно, с точки зрения газопроницаемости, количество окатышей в шихте должно быть более 30%. С другой стороны, более 50% окатышей в шихте иметь нежелательно, поскольку являясь преобладающим по массе и более подвижным компонентом шихты, окатыши чрезмерно перегружают центр печи, в результате чего ухудшается использование газового потока. Таким образом, нижний предел содержания окатышей в шихте определяется газопроницаемостью, верхний - газораспределением.

Определено, что для ограничения нерегулируемой подвижности окатышей при загрузке необходимо смешивать их с коксом, что дает .наиболее газопроницаемый слой, улучшает радиальное газораспределение, стабилизирует газовый поток. Этой цели отвечают порядки . скипов в подаче АК0К{ , КАК0[ и некоторые другие.

Многочисленными исследованиями показано, что при ссыпании шихты с конуса происходит удар о поверхность засыпи, сила которого растет с увеличением доли окатышей в шихте. Динамическое воздействие ссыпающейся шихты на поверхность засыпи отрицательно влияет на газодинамику верхней зоны, так как уплотняет нижележащую шихту, снижая ее газопроницаемость, дробит шихту, увеличивая количество мелочи и уменьшает угол откоса шихты, из-за чего перегружается центр печи железорудной составляющей. Для уменьшения отрицательного влияния динамического воздействия загружаемой шихты нами исследованы факторы, влияющие на его величину.

Расчетным путем получено и экспериментально проверено уравнение для определения силы динамического воздействия шихты на поверхность засыпи при загрузке с конусного загрузочного устройства:

F^ = 0,75 Qaf>. -ßY. (12)

Экспериментально определено количество мелочи 0-5 мм, образующейся при загрузке, и ширина потока шихты, ссылающейся с конуса:

¿= 0,5iM0/(M-Co5ci.f\ (13)

на которую влияет уровень засыпи }J , ход большого конуса HR и угол наклона его образующей oi . Эти исследования позволили определить удельную силу воздействия шихты на поверхность засыпи для доменных печей различного объема и показать, что ею можно управлять, изменяя ход большого конуса.

На основе этих исследований предложен, защищен авторским свидетельством (A.c. СССР № 93371.5) и проверен на доменных печах метод загрузки шихты путем ступенчатого опускания большого конуса.

Предложенные методы рационализации процесса загрузки современной шихты в домзнну»"' печь позволили интенсифицировать доменный процесс и улучшить его технико-экономические показатели.

5.' ИССЛЕДОВАН № И ЭМПИРЩЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЗАК0Н0-. МЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛИ™ ЗИЗШЕШК СВОЙСТВ ШЙСШ В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

На газодинамику доменного процесса, кроме известных, входящих в уравнение потерь давления газа в слое шихты, влияют специфические факторы, присущие только доменному процессу, такие как послойная загрузка, неравномерность распределения по сечению, периферийный подвод и отвод газов, движение шихты, наклон стен шахты, зоны когезии и др. Специфические факторы влияют на газодинамику как непосредственно, так и через распределение газодинамических характеристик шихты и газа в объеме доменной печи. Эти факторы необходимо изучить, определить степень их влияния на газодинамику процесса и получить математические зависимости с целью применения в общей модели газодинамики доменной печи.

Итак, экспериментально установлено, что при послойной загрузке шихты в доменную печи на границах разнородных по гранулометрическому составу слоев млеют место местные потери давления (межслойный газодинамический эффект), на величину которых оказывают влияние факторы: соотношение видов шихты, количество дутья, соотношение диаметров кусков в смежных слоях и порядок укладки слоев. Толщина слоев и степень уплотнения шихты практически не влияют на величину межслойного эффекта. Получены количественные зависимости величин межслойного газодинамического эффекта от выше приведеннных факторов для стационарного и движущегося столба реальной доменной шихты. Экспериментами на стенде и доменных печах показано, что потери давления от межслойного эффекта могут составлять 12-15% потерь давления верхней зоны доменной печи, или 2-5% общих потерь давления.

Неравномерность радиального распределения шихты значительно влияет на газодинамику доменного процесса. Газопроницаемость неравномерно распределенного по радиусу слоя шихты находится в обратной зависимости от показателя радиального распределения шихты и в прямой - от степени перемешивания рудной и коксовой частей подачи. При изменении порядка скипов в подаче от ААКК | до жаа\ потери давления в верхней части изменяются в диапазоне 30-35%, общие - 6-12%.

Определены и объяснены закономерности изменения поля скоростей газового потока и потерь давления в движущемся столбе доменной шихты от основных технологических факторов: вида шихты, количества дутья, скорости движения шихты и высова фурм. Перше два фактора влияют в основном на величину перепада давления, третий и четвертый - на перемещение количества газа и поля скоростей по радиусу доменной печи.

С целью использования эффекта разрыхления шихты при движении ее возле стен, впервые предложено применять разрыхлители для.верхней наиболее напряженной в газодинамическом отношении зоны доменной печи. Определены форма, количество и место их установки.-Наилучший эффект разрыхления достигается при работе доменной печи на шихте, содержащей не более 35% мелочи, при длине разрыхлителей 1/4 радиуса колошника. Исследования показали, что разрыхлители увеличивают газопроницаемость столба шихты на 1,5-2$, что позволяет увеличить производительность на соответствующую величину за счет форсировки доменной плавки дутьем.

Экспериментальным путем получена универсальная эмпирическая формула порозности поледисперсньгх и многокомпонентных доменных шихт в зависимости от их гранулометрического состава:

£ = ¿-0-ек}ак - ф -2,4ПЛ:+

ч-о,иак/а: - Цог?(ак/а;)г), (14)

где и £■ - порозности слоев крупной и I -тых фракций размеров с1к и а) ; ак и <2/ - доли крупной и с -тых фракций в смеси.

При движении шихты в доменной печи порозность ее по радиусу изменяется. Для ее определения в любой точке объема движущейся шихты была разработана расчетно-эмпирическая методика, основанная на измерении скорости газа термоанемометрическими датчиками с последующим пересчетом данных с использованием уравнения потерь давления газа в сыпучем слое. Таким образом, определено реальное распределение межкусковых пустот во всем объеме движущегося слоя. Экспериментальные данные хорошо описываются эмпирической зависимостью:

е- = (4~1Ыл/(с1и + (1-г)+1} (15)

где 2 - текущее значение радиуса печи. Это уравнение используется для определения газораспределения в железорудном слое шихты (б).

Исследованиями установлено, что при разработке математической модели газодинамики шахты доменной печи необходимо учитывать из числа специфических факторов радиальное распределение шихты, форму профиля печи, сегрегацию и движение шихты.

Полученные закономерности распределения толщины слоя, гранулометрического состава и порозности по радиусу шахты были использованы для анализа влияния систем загрузки на экономич-ночть работы печей и для выбора наиболее рациональных режимов, -позволяющих интенсифицировать доменный процесс.

6. ВЫБОР РАЦИЭНАЛШОГО ВЗАШОРАСПРВДЕШШ ШИШ И ГАЗА В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕНИ НА ОСНОВЕ ДЕЯЕР-МШИРОВАННЫХ МОДЕЛЕЙ

Известно, что рациональное взаимораспределение шихты и газа возможно тогда, когда каждой единице обрабатываемого материала в печи соответствует определенное количество газа. Исследования в предыдущих главах позволили разработать метод оценки влияния систем загрузки на потери давления и использование газового потока.

Газораспределение в железорудном слое подсчитывается по формуле (6), где составляющими в нее входят радиальное распределение толщины слоя (10), гранулометрического состава и порозности (14,15). Для определения количественного распределения шихты и газа подсчитьталась газовая нагрузка по радиусу, которая представляет собой отношение количества газа в единицу времени к весу железорудной части шихты:

О, = = ^ ¿/А,,/* . (16)

Для оценки равномерности взаимораспределения подсчитывали дисперсии газовых нагрузок по радиусу, минимальное значение которой соответствовало наилучшему распределению шихты и газа. Общую газопроницаемость слоя шихты рассчитывали по формуле (5), а для цикла подач - (4). Суммарное распределение газовых нагрузок в цикле подач определяли, исходя из условия аддитивности.

Таким образом были проанализированы основные системы загрузки и различные циклы, составленные из них, применительно к доменным печам полезным объемом 2000 м^ в условиях комбината "Криворожсталь" им.В.И.Ленина и выбраны рациональные, имеющие низкие значения дисперсии газовых нагрузок и потерь давления.

Экспериментально на доменных печах № 5-7 проверены выбранные системы загрузки и показана высокая эффективность разработанного метода анализа. В результате применения рекомендованных режимов загрузки: 2ААКК^ , ЗКАКА£ , Н = 1,5-1,75 м и 2ААКК { , Н в 1,5-1,75 и на всех печах получено снижение расхода кокса и увеличение производительности.

Анализ газодинамики шахты доменной печи показал, что железорудный слой шихты является лимитирующим, по сравнению с коксом, а потери давления в нем на порядок выше, чем в слое кокса. Газопроницаемость железорудной части подачи можно повысить введением в него промежуточных фракций, каковыми могут служить коксовый "орешек" фр.10-40 мм, а также другие компоненты и добавки, входящие в доменную шихту. Оптимальной является загрузка мелкого кокса в смеси с агломератом в количестве 25-28% по объему от общего количества кокса, подаваемого в доменную печь. Ввод больших количеств отрицательно сказывается на газодинамике нижних горизонтов доменной печи, вследствие ухудшения дренажа жидких продуктов плавки.

Применение мелкого кокса до 28% в смеси с агломератом увеличивает производительность на 1,1% и снижает расход кокса на 1,15% за счет уменьшения потерь давления в железорудном слое-, улучшения распределения газового потока в печи, устойчивости против разрушения мелких фракций кокса, замены части дорогого металлургического кокса дешевым мелким коксом.

7. РАЗРАБОТКА И 0ПТШИЗАЦШ СТОХАСТМВСКЖ МОДЕЛЕЙ ГАЗОДШЛМШ ШАХТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Для разработки моделей использованы методы анализа сложных систем, так как доменный процесс, ввиду его сложности и многофакторности, обладает всеми их отличительными признаками.

Все факторы доменного процесса разбили на шесть групп: систему загрузки (порядок скипов или радиальных станций, масса подачи, уровень засыпи, работа ВИД), сырьевые условия (составы железорудной шихты, содержание железа, основность, грану-

лометрический состав, дутьевые условия (состав дутья, температура, давление), параметры фурм (количество, диаметр, высов, наклон), конструктивные условия (размеры профиля, вид загрузочного устройства и др.) и случайные (неполадки оборудования, задержки выпусков и пр.). Установили иерархию, связи факторов и параметров доменного процесса. В соответствии с одним из отличительных признаков сложных систем, позволяющим разбивку на подсистемы, выделим из общей схемы доменного процесса локальные подсистемы, определяющие газопроницаемость и распределение газового потока в шахте доменной печи.

На газодинамику верхней зоны влияют тринадцать факторов. Связь некоторых факторов с перепадом давления (количество дутья, гранулометрический состав шихты, давление под колошником и температура) хорошо изучена и может быть учтена по известным закономерностям, например, уравнению акад. Жаворонкова Н.М. Другие факторы (конструктивные, случайные) считали постоянными для каждой конкретной доменной печи. Факторы загрузки: порядок скипов ПС, масса подачи М, уровень засыпи Н и состав железорудной части шчхты СШ - влияют на газопроницаемость через изменение степени неравномерности распределения шиты по поперечному сечению печи. Связь этих факторов с потерями давления описывали стохастической моделью с применением аппаратов корреляционного и регрессионного анализов.

Процесс Езаимораспределения шихты и газа описывается оа-еискмостью использования общего колошникового газа от факторов загрурки. Таким образом, система

Г(г = Иь/лРь р< = /<(пе_, и,н, сш).

■]и = СОг /со = ¡г [ПС, М, Н, СШ), (16)

представляет собой локальную вероятностную модель газодинамики верхней зоны доменной печи, в которой Нв - расстояние между точками отбора давлений для верхнего перепада давлений Р0; Од, Тк, Рк - количество, температура и давление колошникового газа.

Для определения количественных связей факторы загрузки были формализованы. Для конусного засыпного аппарата порядок скипов в подаче был разбит на два количественных показателя: радиального распределения шихты (отношение толщин слоев же-

лезорудной части шихты на периферии и в центре) и перемешивания, установленные специальными исследованиями для каждой системы загрузки. Для бесконусного загрузочного устройства система загрузки была разбита на три показателя; средняя станция железорудной порции июкса , количество станций в подаче и количество порций в цикле подач.

Таким образом, для получения вероятностных моделей газодинамики верхней зоны произвели анализ работы доменных печей металлургического комбината "Криворожсталь" полезным объемом 2000 м3 за период их работы в 1,5 года. По этим данным методом множественной регрессии были получены связи (18) в виде квадратичных полиномов.

Данные модели использовали для определения оптимальных факторов загрузки с целью отыскания наилучшего газодинамического режима доменной плавки, отвечающего высоким технико-экономическим показателям.- Поскольку газопроницаемость и использование газового потока взаимно ограничивают друг друга, то применяли компромиссную оптимизацию на основе метода неопределенных множителей Лагранжа. Из системк уравнений (18) была составлена функция Лагранжа, которая исследовалась на условии экстремум в границах факторного пространства. Решение производилось на ЭШ методом итераций, в результате которого были определены оптимальные значения факторов загрузки, соответствуйте компромиссу между газопроницаемостью штаты и использованием газового потока.

Опытные плавки на доменных печах с использованием оптимальных значений факторов загрузки подтвердили высокую эффективность разработанного мзтода. Анализ работы доменных печей полезным объемом 2000 м^ в условиях комбината "Криворожсталь" им. В.И.Ленина показал, что при поддержании параметров загрув-ки на оптимальных уровнях возможно дальнейшее уменьшение газодинамического сопротивления столба материалов в сухой зоне и форсирование хода доменных печей дутьем на 5-10% без снижения степени использования газового потока.

. Исследованиями на доменной печи № 8 металлургического комбината "Криворожсталь" показано, что неудовлетворительные вероятностные модели, обусловленные недостаточностью денных для пассивного эксперимента, узостью факторного простанства и нерациональным распределением опытных точек в нем, можно исполь-

зовать для определения начальной точки и направления поиска оптимума. Дальнейший поиск проводили активным экспериментированием при помощи последовательного симплексного метода. Параметрами оптимизации служили показатель газопроницаемости цг и степень использования газового потока ^а , которые дублировались производительностью П и удельным расходом кокса К. Для упрощения процедуры поиска и повышения ее эффективности параметры оптимизации сводили в однонаправленные комплексы:

Цг / > П/К, которые при определенных ограничениях должны стремиться к максимуму.

Применение последовательного симплексного метода к поиску оптимума позволило с минимальными затратами определить факторы загрузки, обеспечивающие наилучшие технико-экономические показатели доменной плавки. Применительно к доменной печи № 8 полезным объемом 2700 металлургического комбината "Криво-рожсталь" оптимизация газодинамического режима доменной печи привела к увеличению производительности на 1,9% и небольшому снижению расхода кокса.

С использованием формализованных факторов загрузки на доменной печи № 9, оборудованной бесконусным загрузочным устройством, в период освоения произведена оптимизация газодинамического режима верхней зоны доменной печи методом статистического градиента. Это позволило стабилизировать газовый поток, улучшить его использование, что привело к экономии кокса 0,5% и небольшому увеличению производительности.

Таким образом, исследования, проведенные на современных доменных печах, показали, что методы интенсификации доменной плавки на основе разработки и оптимизации вероятностных математических моделей высокоэффективны, так как позволяют значительно улучшить технико-экономические показатели без дополнительных капитальных затрат.

ОСНОШЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

I. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в работе, позволили обобщить, научно обосновать и решить актуальную научно-прикладную проблему интенсификации процесса плавки на основе математических моделей газодинамики шахты доменных печей с целью повышения производительности и снижения расхода кокса без значительных капитальных затрат.

2. Анализ и обобщение литературных источников позволили определить направление разработки математических моделей загрузки и газодинамики с целью последующей их оптимизации для улучшения технико-экономических показателей доменных печей.

Наиболее перспективный путь разработки детерминированных моделей заключается в совместном использовании теоретических уравнений движения газа, эмпирических формул потерь давления в сыпучем слое и распределения физических свойств шихты по объему доменной печи.

Стохастические модели загрузки и газодинамики разрабатывали на основе анализа сложных систем, к числу которых можно отнести и доменный процесс, с использованием методов пассивного и активного экспериментов.

3. Произведена классификация движения газового потока и разработана общая модель газодинамики доменной плавки с учетом радиального распределения шихты на базе классических уравнений Эйлера-Жуковского с использованием эмпирических уравнений движения газа в слое доменной шихты.

4. Разработана математическая модель радиального распределения шихты современными загрузочными устройствами (конусными и бесконусными) на базе решения уравнений движения шихты с распределителей в подконусном пространстве и по поверхности за-сыпи с учетом воздействия на шихту сил: тяжести, газового потока, центробежных, кориолисовых, а также дифференцированной скорости движения газа по радиусу доменной печи. Модель позволяет определить толщину слоя и сегрегацию шихтовых материалов по радиусу печи с целью использования ее в математической модели газодинамики доменной плавки.

5. Экспериментально на стевдах и доменных печах доказана адекватность модели радиального распределения шихты, в которой эмпирическим путем получены зависимости для расчета начальной скорости доменной шихты: агломерата, окатышей и кокса, ссыпающихся из щели между конусом и чашей, а также грузовых клапанов шихтовых бункеров; определены эмпирические коэффициенты трения и восстановления механической Э1 ергии современной доменной шихты.

6. Теоретический и экспериментальный анализ формирования поверхности засыпи позволил установить, что окатыши из-за малого коэффициента трения и увеличенного (по сравнению с агло-

мератом и коксом) коэффициента восстановления обладают большой подвижностью при загрузке на колошник печи, что приводит к неустойчивому, а зачастую и аномальному распределению шихты. Для устранения этого определено оптимальное содержание окатышей в шихте и предложена новая технология загрузки окатышей в печь.

Применение рекомендуемой технологии загрузки с окатышами в шихте позволило в условиях металлургического завода ил.Г.И.Петровского повысить производительность доменных печей на 255 при некотором снижении расхода кокса.

7. Реализация математической модели радиального распределения шихты позволила установить, что изменение хода большого конуса при загрузке значительно влияет на положение траектории ссыпающейся шихты и уплотнение слоя. Для улучшения загрузки била предложена технология ступенчатого опускания большого конуса.

Внедрение этой технологии на металлургическом заводе им. Г.И.Петровского и комбинате "Криворожсталь" позволило повысить производительность до 1,5% и сократить расход кокса на 0,4%.

8. Теоретический анализ условий взаимодействия шихты и газа в шахте доменной печи послужил основой для разработки упрощенной модели движения газового потока в шахте, учитывающей послойную структуру столба доменной шихты в вертикальном и неравномерную - в горизонтальном направлении.

9. Экспериментально исследовано влияние специфических факторов: межслойного газодинамического эффекта, радиального распределения, перемешивания при ссыпании штаты-в печь, движения шихты и параметров фурм - на газодинамику доменного процесса.

Произведена их технологическая оценка, получены эмпирические зависимости распределения свойств шихтовых материалов по поперечному сечению доменной печи с целью использования их в математической модели газодинамики шахты.

10. На базе упрошенной модели газодинамики пахты создана методика оценки влияния факторов загрузки на потери давления и использование газового потока, позволяющая проанализировать и выбрать наиболее рациональные системы и способы загрузки, способствующие улучшению технико-экономических показателей работы доменных печей. Экспериментальная проверка такой технологии загрузки на доменных печах показала ее высокую эффективность.

11. Анализ газодинамики шахты доменной печи с использованием математической модели показал, что газопроницаемость железорудной части подачи можно повысить за счет некоторого уменьшения газопроницаемости слоя кокса из-за уменьшения его количества, но ввода в железорудную часть промежуточных фракций в количестве до 25-28%. Применение мелкого кокса и известняка

в условиях доменных печей металлургического завода им.Г.И.Петровского увеличивает производительность на 1,1% и снижает расход кокса на 1,4%.

12. На основе методов исследования сложных систем разработана иерархическая структура параметров доменного процесса, позволившая получить локальные вероятностные модели газодинамики шахты доменной печи. Модели получены применительно к доменным печам объемом 2000, 2700 и 5000 м3 в условиях металлургического завода "Криворожсталь" с использованием формализованных технологических факторов загрузки методами корреляционно-регрессионного анализа на основе пассивного и активного экспериментов.

13. Разработана методика оптимизации газодинамического режима шахты доменной печи факторами загрузки, основанная на стохастических моделях с последующим активным экспериментированием. Для оптимизации использовались методы Лагранжа, последовательного симплексного и статистического градиента.

Применение методов оптимизации газодинамического режима плавки на крупных доменных печах металлургического комбината "Криворожсталь" позволило увеличить производительность на 4,8% и снизить расход кокса на 0,87%.

14. В работе осуществлено теоретическое обобщение в области теории загрузки и газодинамики доменного процесса, решение крупной проблемы повышения эффективности доменной плавки путем разработки математических моделей, совершенствования на их основе технологии загрузки и оптимизации газодинамического режима, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Основное содержание диссертации отражено в публикациях:

1. Влияниё равномерного распределения гранулометрического состава пихты по окпукности колошника на работу доменной печи /И.И.Коробов, В.Н.Ковшов, К.И.Котов и др. //Металлургическая и горнорудная промышленность. -1968. - iP6.-C.I-4.

2. Коробов И.И., Ковшов В.Н. Исследование газопроницаемости слоя агломерата. /Изв. вузов. Черная металлургия.-1969.-Jf-2. —С.30—35.

3. Ковшов В.Н. Движение газоього потока в послойной загруженной шихте //В сб. :Газодинамика и механика движения шихты в доменных печах.- Свердловск.-1969.-С.35-37.

4. О возможностях использования мелкого кокса в современной доменной плавке /И.И.Коробов, К.И.Котов, С.И.Пинчук и др. //Металлургическая и горнорудная промышленность.-1969. -••'5. -С.40-43.

5. Коробов И.И., Ковшов В.Н. Особенности распределения газового потока в слое агломерата в зависимости от его физических свойств/ Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: TexHlKa. -1970. - IIS. -С.51-59. .

6. Коробов И. И.^-Ковшов В.Н., Котов К.И. Вопросы газопроницаемости слоя агломерата //Изв.вузов. Черная металлургия.-1970.-С.31-34.

7. Коробов И.И., Ковшов В.Н. Особенности массо- и теплообмена в рудном слое подачи при неравномерном распределении его

по сечению доменкой печи //Металлургия и коксохимия:Респ.межвед. научно-техн. сб. -Киев: Техн1ка. -I970.-J.-24. -С.31-39.

8. Коробов И.И., Ковшов В.Н., Мищенко А.Ф. Рациональное использование шихты в доменной плавке //Металлургия и коксохимия. Респ.межвед.научно-техн.сб.-Киев: Техн1ка. -1972.-"'29. -С.40-46.

9. Ковшов В.Н., Коробов И.И. О влиянии темпа ссыпания штаты с большого конуса на радиальное распределение //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн. со.-Киев: Техн1:са. -1972. -№29. -С.66-72.

10. Изучение различных приемов загрузки доменной печи и выбор наиболее рациональных /К.И.Копобов, В.Н.Ковшов, Л.3.Мищенко и рп. //Сталь. -1972. -V5. -С.418.

11. Защита засыпного аппарата доменной-печи /й.И.Коробов, З.Н.Кокиов, В.А.Анисимов и др. //В сб.: Загрузочные устройства доменных печей. -Донецк: ДСКНГПЯермет. -1973. -С.53-58.

12. Исследование влияния рельефа поверхности засыпи на радиальное распределение шихты в доменной печи /И.И.Коробов, В.Н. Ковшов, В.Г.Чистяков и др. //Металлургия и коксохимия: Респ. межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1974. -№38. -С.40-45.

13. Исследование работы доменной печи на разком количестве окатышей в штате /К.И.Коробов, В.Н.Ковшов, А.И.Галаганов и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.: -Киев: Техн1ка. -1975. -"=43. -С.42-45.

14. Ковшов В.H., Галаганов А.И., Егоров H.A. Распределение давления е послойной загруженной шихте //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.- Киев: ТехнТка -1975. -№43. -С.60-64.

15. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г., Коряк C.B. Исследование газодинамических характеристик агломерата методом моделирования и симплексно-реиетчатого планирования эксперимента //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.- Киев: Техн1ка. -1976. -МЗ. -С.34-41.

16. Исследование порозности многокомпонентных доменных шихт /В.Н.Ковшов, А.И.Галаганов, В.Г.Чистяков и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1977. - »53. -С.34-37.

17. Исследование влияния разрыхления шихты на его газопроницаемость /И.И.Коробов, В.Н.Ковшов, В.Г.Чистяков и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: ТехДка. -1977. -.№53. -С. 37-41.

18. Коробов И.И., Галаганов А.И., Ковшов В.Н. Об улучшении распределения на колошнике шихты, содержащей окатыши /металлургическая и горнорудная промышленность. -1977. -¡¿3. -С.1-4.

19. Ковшов В.Н., Петренко В.А., Нечипоренко Ю.С. Исследование потерь давления в межслойных зонах доменной шихты. //Известия вузов. Черная металлургия. -1978. -Щ2. -С.29-32.

20. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г. Исследование динамического воздействия ссыпающейся шихты на поверхность засыпи в. доменной печи. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1978. .-№59. -С.23-26.

21. Ковшов В.Н., Петренко В..А., Нечипоренко Ю.С. Исследование межслойного эффекта в доменной штате /Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1978. -1<:о. -С.31-34.

22. Исследование влияния систем загрузки на газопроницаемость доменной шихты в подаче /В.Н.Ковшов, В.Г.Чистяков, В.А. Петренко и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1979. -л"62. -С.30-34.

23. 0 выборе основных конструктивных параметров бесконус-кых загрузочных устройств с вращающимися лотками /В.Н.Коешов, Г.С.Зозуля, В.Г.Чистяков и др. //Металлургическая и горнорудная промышленность. -1979. -№3. -С.5-6.

24. Ковшов В.Н., Петренко В.А. Оптимальное количество окатышей в доменной шихте. //Бюллетень института "Черметинформацнч". Черная металлургия. -Вып.16. -1979. -С.23.

25. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г., Зозуля Г.С. Исследование радиального распределения шихты бесконусным устройством (загрузочным) с вращающимся лотком.. //Металлургия и коксохимия: Респ. межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1980. -¡¿УО. -С.38-41.

26. Ковшов В.Н., Петренко В.А., Терещенко Н.В. Методика определения газодинамических характеристик доменной шихты //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Тех-Щка. -1980. -№70. -С.31-34.

27. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г., Зозуля Г.С. Исследование истечения шихтошх материалов из бункеров загрузочных устройств доменных печей //Известия вузов. Черная металлургия. -1980.-Ш. -С.126-130.

28. Оптимизация параметров загрузки мощных доленных печей с целью интенсификации плавки /В.Н.Ковшов, В.А.Петренко и др. Металлургическая и горнорудная промышленность. -1580. -¡A4.-C.I-3.

29. Ковшов В.Н., Петренко В.А., Терещенко Н.В. Закономерности изменения локальной порозности в однородной движущейся шихте //Известия вузов. Черная металлургия. -1981. -IР?. -С.21-24.

30. Ковшов В.Н., Петренко В.А., Терещенко Н.В. Исследование взаимосвязи газодинамического сопротивления и газораспределения в движущемся столбе доменной шихты //Известия вузов. Черная металлургия. -1981.-№12. -С.17-20.

31. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г., Терещенко Н.В. Исследование технологических возможностей бесконусного загрузочного устройства //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1982 -¡¿75. -С.27-32.

32. О возмогнюстях математического описания газодинамики доменной плавки /В.Н.Ковшов, В.А.Петренко, Н.В.Терещенко и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.- -Киев: Техн1ка. -1982. -№75. -С.35-42.

33. Анализ освоения технологии загрузки бесконусным уст-

Еойством доменной печи 1Г9 завода "Кривсрожсталь" /В.Н.Ковшов, .А.Петренко, Н.В.Терещенко и др. //[Металлургическая и горнорудная промышленность. -1982. -И. -С. 1-3.

34. Ковшов В.Н. Постановка инженерного эксперимента //Киев-Донецк: Вища школа. -1982. -120с.

35. Ковшов В.Н. Формирование поверхности засыпи домешой печи современными загрузочными устройствами. Сообщение I //Известия вузов. Черная металлургия. -1982. -1Я2. -€.8-12.

36. Ковшов В.Н. Формирование поверхности засыпи доменной печи современными загрузочными устройствами. Сообщение 2. //Известия вузов. Чеоная металлургия. -1983. -№2. -С.5-9.

37. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г. Выбор критериев моделирования при исследовании распределения шихты загрузочными устройствами //Вопросы теории и практики производства чугуна: Темат. отрасл. сборник Мннчермета СССР и ИМ. -М.: Металлургия. -1983.

33. Исследование взаимовлияния факторов загрузки на радиальное распределение шихты /В.Г.Чистяков, В.Н.Ковшов, В.А.Петренко и др. //Известия вузов. Черная металлургия. -1983. -Ш. -С.1-4.

35. Анализ применения разрыхляющих систем загрузки в условиях завода "Криворожсталь" И.И.Дышлевич, В.Н.Ковшов, Н.В.Терещенко и др. //Металлургическая и горнорудная промышленность. -1963. . -С.6-7.

,40. Оптимизация загрузки современных доменных печей при помощи последовательного симплексного метода /В.Н.Ковшов, Н.В. Терещенко, И.И.Дышлевич и др. /Металлургическая и горнорудная промышленность. -1983. -№3. -С.7-9.

41. Исследование закономерностей распределения статического давления в слое шихты /В.Н.Ковшов, В.Г.Чистяков, С.Г.Борисов и др. //Известия вузов. Черная металлургия. -1983. -ЗДО. -С.16-19.

42. Методы определения экстремальных значений параметров распределения шихты /В.Н.Ковшов, Н.В.Терещенко, В.Г.Чистяков

и др. //Известия вузов. Черная металлургия. -1983. -JiII.-C.23-25.

43. Исследование влияния физико-химических свойств железорудного сырья на газопроницаемость пластической зоны в доменной печи /В.Н.Ковшов, Н.А.Егоров, В.А.Петренко и др. /металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев:Техн1ка. -1983. -№79. -С.95-100.

.44. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г. Дополнительные возможности управления формированием поверхности засыпи доменной печи. Сообщение I. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1984. -.'"5.-С.32-36.

45. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г. Дополнительные возможности управления формированием поверхности засыпи в доменной печи. Сообщение 2. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1984.-№7.-С.26-29.

46. Ковшов В.Н., Чистяков В.Г., Стан С.Я. Исследование сегрегации шихты при формировании поверхности засыпи в доменной печи //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев:Техн1ка. -1984. -Ш4. -С.34-37.

47. Ковшов В.Н., Терещенко Н.В. Исследование и разработка метода оптимизации технологических гбакторов загрузки доменных печей. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1984. -Ш4. -С.50-57.

4В. Влияние режима загрузки на распределение газовых нагрузок по сечению доменной печи /Н.В.Терещенко, В.А.Петренко,В.Н. Ковшов и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1984. -Щ0. -С.29-32.

49. Газодинамическая оценка процесса накопления продуктов доменной плавки /В.Н.Ковшов, Н.А.Егоров, В.А.Петренко и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1984. -№3. -С.29-33.

50. Экспериментальная оценка влияния режима загрузки на формирование пластической зоны доменной печи /Н.А.Егоров, В.Н.Ков-шов^ В .А.Петренко и др. //Изв.вузов.Черная металлургия. -1984.

51. Экспериментальное определение рационального распределения газовых нагрузок по сечению доменной печи /В.Н.Ковшов, В.А. Петренко, С.М.Валявин и др. //Изв.вузов.Черная металлургия. -1965. -№2. 45.10-12.

52. Ковшов В.Н., Стан С.Я., Чистяков В. Г. Методика определения траектории ссыпания шихтовых материалов в доменную печь с конусных засыпных аппаратов, оборудованных подвижными элементами //Изв.вузов. Черная металлургия. -1985. -Ш. -С.137-141.

53. Ковшов -B.fi., Петренко В.А., Киселев М.Я. Математическая модель для расчета газодинамических характеристик шахты доменной пёчи //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1965. -К68. -С.46-49.

54. Ковшов В.Н., Терещенко Н.В., Петренко В.А. Методика экспериментального исследования режимов загрузки на стенде бесконусного загрузочного устройства //Изв.вузов. Черная металлургия. -1965. -№5. -С.54-57.

55. Влияние режима движения столба доменной шихты на изменение конфигурации слоев /В.Н.Ковшов, С.Г.Борисов, В.А.Петренко и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1986. -:.-2. -С.11-14.

56. Борисов С.Г., Ковшов В.Н., Петренко В.А. Влияние режима схода столба материалов на радиальное распределение шихты //Изв. вузов. Черная металлургия. -1986. -¡<"'2. -С. 154.

57. Егоров Н.А., Ковшов В.Н., Петренко В.А. Взаимосвязь уровня расплава и газораспределение в нижней части доменной печи //Изв.вузов. Черная металлургия. -1986. -С.24-26.

58. Петренко В.А., Ковшов В.Н., Терещенко Н.В. К вопросу о газораспределении и рудной нагрузке в доменной печи /Экономия кокса в доменных печах: Тем.сб.научн.трудов МЧМ СССР. ЩИ.-М.: Металлургия. -1986. -С.39-44.

59. Валявин С.М., Петренко В.А., Ковшов В.Н. Исследование влияния газовых натоузок на ход процессов восстановления келе-зо^дкого сырья //Изв.вузов. Черная металлургия. -1985. -№6. -

60. Исследование влияния распределительного кольца на формирование поверхности засыпи /В.Г.Чистяков, С.Я.Стан, В.Н.Ковшов и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1986. -¡,"10. -С.21-25.

61. Технология загр-узки доменной печи с учетом рациональной неравномерности опускания шихты /В.Н.Ковшов, В.А.Петренко,С.Г. Борисов и др. //Металлургическая и горнорудная промышленность. -1966. -¡¿3. -С. 5-6.

62. Экспериментальный поиск рациональных режимов загрузки

ёоменных печей комбината "Криворожсталь" /И.И.дышлевич, В.Н. оцшов, Н.В.Терещенко и др. //Вопросы теории и практики производства чугуна: Тем.сб.научн.трудов ЬКГа СССР, ЩИ. -М.: Металлургия. -1986. -С.43-43. •

63. Валявин С.М., Петренко В.А., Ковшов В.Н. Применение режима загрузки доменной печи с изменяющейся массой подачи в цикле //Изв.вузов. Черная металлургия. -1987. -Ií3. -С.147-148.

64. Ковшов В.Н., Валявин С.М., Петренко В.А. Влияние режима загрузки на смешивание железорудного материала с коксом в подаче //Изв. вузов. Черная металлургия. -1987. -<74. -С. 151-152.

65. Изучение физических и газодинамических характеристик железорудной части доменной шихты при использовании локальных спеков окатышей /В.Н.Билоус, В.Н.Ковшов, С.А.Федосов и др. //Изв.вузов. Черная металлургия. -1987. -J.-6. -С.6-9.

66. Коешов В.Н., Математическое описание распределения шихты по радиусу колошника доменной печи //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1988. -л-95. -С.29-32.

67. Исследование газораспределения в движущемся слое шихты /В.Н.Ковшов, Н.В.Терещенко, В.А.Петренко и др. //Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1988. -;,=95. -С.46-51.

68. Ковшов В.Н., Терещенко H.B., Поторока А.Г. Экспериментальное определение прогиба поверхности засыпи при загрузке доменной печи //Проблемы металлургического производства: Респ. межвед.каучно-техн.сб. -Киев: Техн1ка. -1991. -J.-I04. -С.65-67.

69. Ковшов В.Н. Определение порозности потока шихты, ссыпающегося с большого конуса доменной печи //Проблемы металлургического производства: Респ.межвед.научно-техн.сб. -Киев: Тех-н1ка. -1991. -№104. -С.68-69.

70. Организация эксперимента: Учебн.пособие /В.И.Баптизман-ский, D.H. Яковлев, Ю.С. Паниотов и др. -Киев: УМК ВО. -1982. -244 с.

По теме диссертации получены авторские свидетельства СССР КГ-374374 . 603664 , 69S0I8, 709686 , 730812 , 767213 . 779389 . 9С8432, 933715, 9985II, ÍI6I563, I2IS65I, 1257090, 1266863, I2686I3, 1320229, 1435603, 1449592, 1475927, I57I072.

Подписано к печати O2.O3.1093.

Формат 60x84/16. Бумага ткпогр, № 2. Печать офсетная. Физ.пл. 2,0. Уч.-иэал 1,88. Усл.п-л. 1,86. Тираж 100 экз. Заказ 100. Бесплатно.

Днепропетровский металлургический институт, 32Э635, Днепропетровск, пр. Гагарина, 4

ОЗ ДМетИ, 320005, Лоцманское шоссе, 3-6.