автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование закономерностей колебаний шлакового режима доменной плавки и совершенствование его регулирования

Введение

1. Влияние основных технологических факторов на стабильность шлакового режима

1.1. Расчёт дисперсии основности шлака по данным о колебаниях условий плавки

1.2. Влияние колебаний состава агломерата

1.3. Влияние колебаний состава окатышей и руды

1.4. Влияние колебаний теплового состояния печи

2. Закономерности случайных колебаний параметров доменной плавки

2.1. Методика анализа случайных колебаний

2.2. Закономерности колебаний состава агломерата

2.3. Закономерности колебаний состава окатышей и руды

2.4. Закономерности колебаний основности шлака

3. Анализ существующих методов регулирования шлакового режима

3.1. Общие положения о регулировании основности шлака

3.2. Регулирование основности по возмущению

3.3. Регулирование основности по отклонению

3.4. Эффективность оперативного регулирования основности

Повышение требований сталеплавильного передела к стабильности качества чугуна (в первую очередь - содержания в нём серы) вынуждает ужесточать требования к стабильности шлакового режима доменной плавки, в частности - основности шлака, оказывающей решающее влияние на содержание серы в чугуне. В свою очередь, сократить случайные колебания основности шлака можно путём совершенствования оперативного регулирования состава металлошихты при загрузке в печь.

В 1960-1970 годах велись интенсивные и вполне успешные разработки алгоритмов регулирования теплового режима работы доменных печей; это даёт основание считать проблему стабилизации теплового режима доменной плавки в условиях нестабильного шихтового обеспечения разрешимой и частично решённой научной проблемой.

Вместе с тем, в отличие от теплового режима, вопросами регулирования шлакового режима доменной плавки не занималась ни одна научная организация. В результате, в настоящее время регулирование основности шлака производится на интуитивном уровне, не гарантирующем надлежащего качества чугуна в условиях нестабильной поставки шихтовых материалов. Поэтому решение соответствующих задач (формализация соотношений, нахождение количественных зависимостей, разработка оптимальных алгоритмов) вполне оправданно может рассматриваться как наиболее многообещающий метод стабилизации хода доменных печей, а значит - и повышения не только качества чугуна, но и технико-экономических показателей работы печей. Это особенно важно для современных условий, когда возможности стабилизации шлакового режима за счёт малозатратных мероприятий в аглопроизводстве практически исчерпаны, а размах колебаний состава шлака ещё далеко не достиг уровня, характерного для периодов наибольшей стабильности шихтообеспечения: среднеквадратичное отклонение основности шлака примерно в 1,5 раза превышает его величину, достигавшуюся в наилучшие периоды.

Целью работы является разработка методов стабилизации основности шлака за счёт повышения точности оперативного регулирования состава металлошихты, основанного на формализованных соотношениях между составом шихтовых компонентов и их соотношением в шихте.

В данной работе впервые изучены закономерности колебаний во времени состава агломерата и окатышей, состава загружаемых в печь подач и состава шлака, а также, получены количественные характеристики взаимосвязей этих параметров друг с другом. Получены количественные зависимости коэффициента распределения серы между шлаком и чугуном от состава шлака. Разработана методика количественной оценки долевого вклада разных шихтовых материалов в суммарные колебания основности шлака. На основе полученных результатов проведена оценка фактической полноты регулирования основности шлака технологическим персоналом и разработан оптимальный алгоритм регулирования основности шлака.

Практическая ценность работы заключается в разработанной технологии регулирования основности шлака, позволяющей свести к минимуму погрешность решений персонала при изменении соотношения между шихтовыми материалами в подаче и, тем самым, повысить стабильность шлакового режима работы доменных печей, а значит, и улучшить их технико-экономические показатели.

Разработка и внедрение методики побригадной оценки качества регулирования основности позволила достичь сокращения среднеквадратичного отклонения основности шлака в 1,03 раза. При этом соответствующая экономия кокса составила 0,3 кг/т чугуна, что соответствует годовому экономическому эффекту 2,5 млн. руб. 3

На основе результатов проведённой работы создан оптимальный алгоритм регулирования основности шлака, который передан в Вычислительный Центр доменного цеха ОАО «Северсталь», где на данный момент ведётся разработка системы автоматизированного регулирования основности шлака для доменной печи № 5 объёмом 5500 м3.

Апробация работы проведена на IV международном конгрессе доменщиков (г. Магнитогорск, 1998 г.), на заседаниях кафедры металлургических технологий ЧГУ (г. Череповец, 1998 г.), на техсоветах ОАО «Северсталь».

Материалы диссертации докладывались на первой международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г. Череповец, 1998 г.), на V международном конгрессе доменщиков (г.г. Днепропетровск - Кривой Рог, 1999 г.).

Материалы диссертации отражены в 5 публикациях.

ВЫВОДЫ

1. Массовой статистической обработкой взаимосвязей между составом чугуна (содержание серы) и составом шлака установлено, что в современных условиях решающее влияние на стабильность качества чугуна оказывают нарушения основности шлака. Поэтому необходимой стабилизации качества чугуна и улучшения технико-экономических показателей доменной плавки можно достичь путём совершенствования оперативного регулирования основности шлака.

2. Получены количественные зависимости коэффициента распределения серы между шлаком и чугуном от состава шлака; зависимости позволяют выполнять любые оценки влияния на качество чугуна (по содержанию серы) возможных изменений состава шлака: основности СаО/БЮг, содержания М§0 и содержания АЬОз.

3. Разработана методика количественной оценки долевого вклада разных шихтовых материалов в суммарные колебания основности шлака; методика позволяет доказательно устанавливать материалы, колебания состава которых оказывают решающее влияние на нестабильность состава шлака; тем самым обеспечивается необходимая «адресность» разработки конкретных мероприятий по стабилизации шлакового режима.

4. Доказано, что главной причиной нарушения шлакового режима на доменных печах ОАО «Северсталь» являются случайные колебания основности агломерата, - на их долю приходится около 70 % всех колебаний основности шлака. При этом в области средних частот (интервал корреляции - 5,0.5,5 часа) колебания основности шлака полностью тождественны колебаниям основности агломерата.

5. Установлено, что оперативное регулирование состава металлошихты в зависимости от основности агломерата на доменных печах ОАО «Северсталь» практически не выполняется: и расход

99 окатышей, и расход руды в подачу меняются вне зависимости от основности агломерата.

6. Расход руды в подачу эпизодически меняется в зависимости от основности шлака, однако это регулирование малоэффективно, поскольку время пребывания шихты в печи (8 часов) превышает интервал корреляции (5,0.5,5 часа) большинства отклонений основности шлака.

7. Разработана и внедрена методика побригадной оценки точности регулирования основности шихты и шлака; её внедрение позволило в 1,03 раза сократить колебания основности шлака; годовой экономический эффект - 2,5 млн. руб.

8. На перспективу разработан алгоритм оптимального регулирования расхода руды в подачу по данным о составе агломерата на выходе из аглоцеха; алгоритм внедряется в производство.

9. Доказана острая необходимость создания системы автоматического информационного сопровождения агломерата на участке шихто-подачи, которая обеспечивала бы слежение за процессом технологического продвижения агломерата конкретного состава от подающего транспортёра аглофабрики до главного конвейера доменной печи.

100

1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по высшей математике. М.: Гостехиздат, 1957. - 608 с.

2. Пугачёв B.C. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968. -368 с.

3. Исследование соответствия данных о составе агломерата по пробам аглофабрики и доменного цеха: Отчёт / ОАО «Северсталь». Череповец, 1996.

4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: наука, 1969. - 576 с.

5. Русаков П.Г. О закономерностях усреднения железорудных материалов // Изв. ВУЗ. Горный журнал. 1977. -№11. -С. 43-48.

6. Русаков П.Г. О максимальных усреднительных возможностях рудных складов // Изв. ВУЗ. Чёрная металлургия. 1980. - № 9. - С. 3035.

7. Русаков П.Г., Лебедев В.А. Исследование закономерностей движения сыпучих материалов в бункерах / Коммунарский горнометаллургический институт. Киев, 1984. - 6 с. - Рукопись деп. в УкрНИИНТИ Госплана УССР, № 1435 Ук -Д83.

8. Улахович В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах. М.: Металлургия, 1991. - 172 с.

9. Русаков П.Г. О погрешностях дискретного опробования материалов в технологических потоках // Изв. ВУЗ. Горный журнал. -1979.-№6.-С. 129-133.

10. Бабарыкин H.H. Восстановление и плавление рудных материалов в доменной печи. Курс лекций. Магнитогорск.: МГМИ, - 1995. - С. 6164.

11. Казаков В.А. Введение в теорию марковских случайных процессов и некоторые радиотехнические задачи. М.: Сов. Радио, 1973. - С. 84.

12. Шторм Р. Теория вероятностей, математическая статистика, статистический контроль качества. М.: мир, 1970. - С. 64.

13. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1968.

14. СТП 105-Д.86-98. Чугун передельный, поставляемый сталеплавильные цеха. -Череповец.: 1998.

15. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб A.A., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. Киев: Вища школа, 1981. - С. 259.

16. Куликов И.С. Десульфурация чугуна. М.: Металлургиздат, 1962. -С. 182.

17. Смирнова Е.В., Алексеев A.B., Русаков П.Г. Влияние теплового и шлакового режима доменной плавки на распределение серы между шлаком и чугуном // PER ASPERA.: Сб. трудов молодых учёных. -Череповец, 2000.

18. Кнотек М., Войта Р., Шевц И. Анализ металлургических процессов методами математической статистики. М.: Металлургия, 1968.- 1968.-С. 143.

19. Пугачёв B.C. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968.- С. 219.

20. Производство чугуна на рубеже столетий: Труды V международного конгресса доменщиков. Днепропетровск.: Пороги, 1999.-С. 153.

21. ТИ 105-Д.08-98. Система отбора, подготовки и испытания проб шихтовых материалов доменной печи № 5. Череповец.: 1998.

22. Гиммельфарб A.A. Ефименко Г.Г. Автоматическое управление доменным процессом. -М.: Металлургия, 1969. С. 13-18.

23. Маковский В. А. Динамика металлургических объектов с распределёнными параметрами. М.: Металлургия, 1971. - 384 с.

24. Автоматизация доменного производства: Материалы научно-технического семинара. М.: Металлургия, 1966. - 200 с.

25. Сорокин В.А. Комплексная автоматизация доменных печей. М.: Металлургиздат, 1963. - 280 с.

26. Русаков П.Г. Разработка теоретических основ производства агломерата стабильного химического состава. Диссертация. Коммунарск, 1989.-С. 40.

27. Улахович В. А., Райх Е.И. Исследование динамических характеристик доменной печи // Бюллетень ЦИИН 4M. 1972. - № 22. -С. 34-36.

28. Применение математических методов и ЭВМ для анализа и управления доменным процессом. Товаровский И.Г., Райх Е.И., Шкодин К.К., Улахович В.А. М.: Металлургия, 1978. - С. 144.

29. Остроухов М.Я. Процесс шлакообразования в доменной печи. -М.: Металлургиздат, 1963. 224 с.

30. Васютинский H.A. Металлургические шлаки. К.: Техника, 1990. -С. 135.

31. Доменное производство. Справочник, Т.1. М.: Металлургиздат, 1963, С. 593.