автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Повышение эффективности доменной плавки на основе новых методов анализа и закономерностей процессов теплообмена

Уральский государственный технический ушверсятат-УПИ

РГ6 од

- '» ДПР 199'}

. На правах рукописи

СПИРИН Николай Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ НА ОСНОВЕ НОВЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

- Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 1994

Работа выполнена на кафедре "Металлургические печи" Уральского государственного технического университета-УПК,

инициальные оппоненты:

-доктор технических наук, профессор Вегман Е.Ф. ;

-доктор технических наук, профессор Коротич В.И.;

-доктор технических наук, профессор Торопов Е.В.

Ведущее предприятие - Магнитогорский металлургический комбинат.

Зашита состоится о прем я 1994 года на заседа-

нии специализированного совета Д.063.14.01 по присуждении ученой степени доктора технических наук при Уральском государственном техническом университете - УШ по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УГТУ-УГШ.

С диссертацией мо&зо ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан МО0ТЮ1<зыт.

Ученый секретарь

специализированного совета Д.063.14.01,

доктор технических наук, • /О

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Масштабность производства металла черной металлургией России и ее роль в мировом разделении труда определяют приоритетное значение доменного процесса в системе производства металла сегодня и яа дальнюю перспективу. Поскольку развитие страны в последние годы характеризовалось как экстенсивное, то это коснулось и доменного производства, что сопровождалось увеличением числа агрегатов большой единичной мощности, интенсификацией плавки, осуществляемой за счет перерасхода топлива. Новая концепция развития металлургии до 2005 года и на дальнейшую перспективу предусматривает сокращение вы -плавки чугуна за счет ликвидации устаревших агрегатов и повышения экономичности работа остальных доменных печей при одновременном улучшении качества выплавляемого чугуна, повышении требований к экологии и безопасности. Применительно к доменному производству задача конкретизируется в направлении дальнейшего снижения расхода кокса на выплавку чугуна, повышения, эффективности использования заменителей кокса, сокращения расхода энергии на интенсификацию плавки за счет улучшения эффективности использования ин-тенсификаторов, совершенствования методов контроля и управления работой доменных печей, а также повышения надежности их работы.

Как показывает отечественный и мировой опыт, резервы доменной плавки использованы не полностью и реализация их является

задачей первостепенной важности, поскольку более половины топли-

/

ва, используемого черной металлургией, приходится именно на доменное производство. В связи с этим следует отметить, что большая часть пути эволюционного развития доменного процесса уже пройдена, поэтому возрастают трудности его дальнейшего совершен-

ствования, что присуще всем сложным техническим системам.. Дальнейшее совершенствование технологии выплавки чугуна возможно только при всестороннем и глубокой исследовании доменного процессе в современных условиях плавки, а поэтому развитие теории теплообмена и изыскание теплотехнических резервов доменной плавки являются актуальными.

Цель работы. Исследование и анализ закономерностей тепло-оомена в современной доменной плавке и разработка на этой основе перспективных направлений совершенствования тешгаооменных процессов, обеспечивающих улучшение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и повышение надежности работы доменных печей.

На заэдту вшгосятся следующие основные положения диссертационной работы, включающие результаты исследований, практические рекомендации и технические разработки.

1.Новые методы исследования процессов теплообмена, распределения материалов и газов в доменных печах, основанные на закономерностях теплообмена и движешм газа в плотном слое, а также комплекс измерительных схем контроля технологических параметров доменной плавки и результаты опытно-промышленных испытаний этих систем.

2.Результаты анализа явлений теплообмена в плотном слое с целью оценки представительности температурных полей для контроля неравномерности процессов теплообмена в доменных печах, а также методика выбора оптимального местоположения датчиков контроля неравномерности распределения потоков материала и газа по радиусу печи, способы прогноза температурных полей газа и материалов в объеме шахты доменной печи по данным контроля параметров в ло-

кальных участках слоя и результаты их опытно-промышленных испытаний. ' -

3.Результаты экспериментальных исследований и обобщений закономерностей теплообмена на действующих доменных печах, работающих по современной технологии, при плавке различного вида железорудного сырья, использовании комбинированного дутья высоких параметров с учетом неравномерности распределения материалов и газов.

4.Результаты расчетно-теоретических исследований закономерностей переходных процессов теплообмена в противоточно движущемся продуваемом плотном слое и применение их для анализа особенностей нестационарных процессов теплообмена в различных зонах печи, осложненных многокомпонентное«.» шихты и наличием газ-кидких-твердых фаз.

5.Комплекс математических моделей стационарного и нестационарного теплообмена футеровки с печной средой и решение обратной задачи теплопроводности с целью диагностики состояния футеровки по ее температурному полю, в также комплекс новых способов диагностики состояния футеровки доменных печей, основанных на закономерностях теплообмена, позволяющих контролировать толщину футеровки, тепловые нагрузки на футеровку и холодильники,' прогнозировать температуры рабочей среда вблизи футеровки, результаты опнтно-промышленных испытаний системы диагностики состояния футеровки.

6. Усовершенствованная система контроля теплового состояния фурменной зоны доменной печи по измерениям температур передней стенки воздушных фурм и способ прогноза теплового состояния горна. Результаты опытно-промышленных испытаний этой системы.

- Ь -

7.Методология постановки и метод решения задач оптимального распределения топливно-энергетических ресурсов в груше доменных печей с использованием основных положений теории оптимизации технических систем, методы оценки эффективности использования инжектируемого через воздушные фурмы топлива и технологического кислорода с учетом лимитирующих и ограничивающих факторов, основанные на положениях теории теплообмена в доменных печах, а также результаты исследований и внедрений по их оптимальному распределению.

Научная новизна основных результатов, полученных автором в ходе решения поставленной проблемы, проявилась в следующих разработках и научных достижениях:

- разработана методика выбора горизонта по высоте печи, имеющего максимальную чувствительность к неравномерности распределения материалов и газов, а также метода контроля, неравномерности их распределения на колошнике печи, основанные на закономерностях стационарного и нестационарного теплообмена в верхней части шахты;

- решена задача оценки показаний термоэлектрического термометра в слое кусковых материалов, на основании которой разработан и опробован в промышленных условиях метод раздельного контроля температурных полей газа и материала в слое шихтовых материалов. Разработан и опробован в промышленных условиях метод параметрической идентификации процесса теплообмена, позволяющий контролировать коэффициент теплообмена в слое кусковых материалов, з также метод прогноза температурных полей газа и материалов в объеме шахты гочи по измерениям локальных параметров в слое кусковых материалов;

- экспериментальными исследованиями на различных доменных пе-ах, выполненных автором с использованием новых методов контро-я, и сообщением результатов теоретических и экспериментальных сследований других авторов установлена справедливость в целом хемы теплообмена, предложенной Б.И.Катаевым и развитой в рабо-ах его коллег, и для современной технологии доменной плавки при уществуицей неравномерности распределения материалов и газов;

- проанализированы общие закономерности переходных процессов зплооомена в противоточно движущемся продуваемом плотном слое ускоЕых материалов, а также особенности переходных процессов зплооомена в отдельных зонах печи, обусловленные компонентно -ыо шихты, наличием газ-жидких-твердых фаз, теплопроводности поя материалов;

- разработан комплекс математических моделей стационарного и эстационарного, одномерного и двумерного теплообмена футеровки печной средой, дано решение обратной задачи нестационарного зплообмена футеровки с печной и охлаждающей средами, позволив-а предложить новые методы диагностики футеровки печи по ее змпературному полю;

- подтверждена возможность контроля теплового состояния фурмен->Я зоны и прогноза теплового состояния горна по измерениям тем-фатуры передней стенки воздушных фурм;

■ разработан метод анализа эффективности использования инжекти-гемых топлив, технологического кислорода в доменных печах с гетом ограничивающих и лимитирующих факторов, решена задача оп-мального распределения природного газа и технологического кис->рода между печами доменного цеха с использованием основных поженит торим оптимизации технических систем.

- а-

Практичес^ая ценности исследования связана с разработкой и опробованием в промышленных условиях методов, измерительных схем контроля параметров в слое кусковых материалов, использованием закономерностей теплообмена при совершенствовании технологии доменной плавки и с решением задач оптимального распределения топливно-энергетических ресурсов меаду печами доменного цеха, прогнозированием температурных полей в шахте, а также с разработкой и внедрением методов диагностики состояния огнеупорной футеровки доменных печей и теплового состояния фурменной зоны. Под руководством и при непосредственном участии автора достигнуты следующие основные результаты:

- предложен и реализован комплекс спосооов, устройств контроля процессов теплообмена, распределения материалов и. газов, а также методика выбора горизонта установки датчиков температуры для контроля неравномерности потоков в шахте доменной печи, метод Прогноза и контроля температурных шлей газа и материалов в шахте доменной печи;

- выявлены общие закономерности процессов теплообмена в доменных печах при современной технологии доменной плавки с учетом неравномерности распределения материалов и газов, которые должны учитываться при выборе параметров дутья (температура, состав), шихтовых материалов, при оценке эффективности заменителей кокса, систем загрузки материалов;

предложены и реализованы новые методы- диагностики состояния футеровки доменных печей, позволяющие контролировать толщину футеровки и тепловые нагрузки на холодильники;

- реализован метод контроля теплового состояния фурменной зоны и способ прогноза теплоього состояния горна по измерениям темпе-

- Э -

ратур носкв воздушных фурм;

г предложены и реализованы методы оптимального распределения инжектируемого топлива и технологического кислорода в группе доменных печей с учетом ограничений на объем и вид используемых топливно-энергетических^ ресурсов, производства чугуна и теплового состояния каждой из печей рассматриваемой группы;

- предложены и реализованы метода управления параметрами комбинированного дутья по ходу выпуска чугуна и шлака, позволявшие стабилизировать во времени теплооомекные, восстановительные и газодинамические процессы.

Реализация результатов работы. Результаты экспериментальных и теоретических исследований явились фундаментальной основой для технических решений, позволяющих усовершенствовать технологию доменной плавки, внедренную в условиях работы доменных цехов КМК и ШШ с экономическим эффектом 58 млн. руб. ^ в том числе до 1Э91 года - 1,3 млн.руб.

Эти результаты включают:

- комплекс способов и устройств, разработанных для исследования и контроля доменного процесса, позволяющих определять поля температур газа и материалов, распределение материалов и газов, рассчитывать коэф|!1шиент теплообмена, контролировать состояние газоотводов, прогнозировать и контролировать температурные поля материала и газа в объеме шахты и разрабатывать рекомендации по совершенствованию теплового режима доменной плавки, по распределении материалов и газов при плавке различного Еида сырья с учетом- циркуляции цинка в печи и других факторов;

- автоматизированные подсистемы оптимального распределения природного газа, технологического кислорода в груше доменных

печей, позволяющие выбирать оптимальные параметры комбинированного дутья в различных' технологических ситуациях раооты отдельных печей;

- новую систему диагностики состояния футеровки низа шахты доменных печей, позволяющую непрерывно контролировать тепловые на-грузкн на футеровку и холодильники и толщину футеровки;

- усовершенствованную систему контроля температур в передне! стенке воздушных фурм домэнных печей, позволяющую контролирован тепловое состояние фурменного пояса и прогнозировать теплово< состояние горна-;

- комплекс систем динамического управления параметрами комбинированного дутья по ходу выпуска чугуна и шлака с целью стабилизации во времени теплообменных, восстановительных и газодинамических процессов.

Результаты научных исследований внедрены в учебный процес в УГТУ-УШ при преподавании дисциплин "Автоматическое управлени металлургическими печеми", "Элементы теории систем и численно моделирование процессов тепло- и массообмена".

Апробация работы. Материалы диссертации долокены и обсув меш на 9 Международных, II Всесоюзных и 9 Республиканских кон ференциях, совещаниях и семинарах. основные из них сладупдке:

- Международного уровня. Симпозиум "Аэродинамике доменног процесса", Воллонгонг /Австралия/, 1975; 6-я конференция домег киков "Еитковице - 1979", Острава /ЧССР/,1979; 8-я конферент доменщиков "Витковице-1989", Острава /ЧССР/, 1989; конфзренщ-"Новые и усовершенствованные технологии для окускования сыры цроизводства чугуна и ферросплавов", Варна /НРБ/, 1990; конфс рвндая "Метвллургия-92", Краков /Польша/, 1992; 1-я конференщ

по газ-жияким-твердым промышленным реакторам, Сгайо-Колумбус /США/, 1992; конгресс доменщиков, Тула/Россия/, 1992; семинар "Научные осноеы конструирования металлургических печей: теплотехника и эколо'гия", Днепропетровск /Украина/, 1993; конференция " Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке Москва /Россия/, 1994.

- Всесоюзного уровня. "Проблемы автоматизированного управления доменным процессом", Киев, с 1973 по 1983 гг.; ЗКданов, 1985; "Теория и практика современного доменного производства", Днепропетровск, 1983; "Совершенствование теплотехники металлургических процессов и агрегатов", Свердловск,1983; "Моделирование процессов в шахтных и доменных печах", Свердловск, 1988; "Средства и система автоматического контроля и управления технологически?® процессами и газоочисткой в металлургии", Свердловск, 1991.

- Республиканского уровня. "Проблемы тепловой работы металлургических печей", Днепропетровск, 1978; "Обобщение передового опыта по автоматизации доменного производства. ", Н-Тагил, 1975; "Вопросы совершенствования тепловой работы- и конструкции металлургических печей", Днепропетровск, 1981; "Газодинамика и механика движения материалов в шахтных печах", Свердловск, 1986; "Теория и практика тепловой работы металлургических печей", Днепропетровск, 1988; "Пути улучшения газомеханики металлургических шихт", Караганда, 1987, 1990; "Эффективность внедрения новых технологических процессов в металлургии", Свердловск, 1986.

Кроме того, материалы диссертационной работы доложены и обсувдены на II региональных конференциях по теплотехнике металлургических переделов и металлургии чугуна, на заседаниях техни-

ческих советов доменных цехов Магнитогорского и Нижнетагильского металлургических комбинатов с 1971 по 1993 гг., научных семинарах кафедры "Металлургические печи" УГГУ-УПИ, а также в лаборатории тепло- и массообмена ВНИШГ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы з монографии, вторая монография находится в печати; 82 статьях и докладах; по результатам исследований получено 10 авторских свидетельств и патентов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 315 .наименований и прило^ жения. Работа изложена на 42'+ стр. машинописного текста, включая 93 рисунка и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Г. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ основы современной теории тепловой работы доменных печей созданы проф. Б.й.Китаевым, которым были установлены закономерности изменения теплоемкости потоков шихты и газа, предложена схема теплообмена в доменной печи и сформулированы основные положения, определяющие ее тепловую работу. Эти научные положения оказались чрезвычайно оригинальными и на многие годы определили бурное развитие теплофизики доменного процесса. Анализ экспериментальных и расчатно-теоретических исследований процессов и схем теплообмена в доменных ■ печах позволил констатировать следующее.

К исследованию особенностей теплообмена в доменной печи вновь приковано внимание многих отечественных и зарубежных исследователей. Это обусловлено поиском новых технологических приемов ведения доменной плавки, теоретическими разработками и вне-

дрением ресурсосберегающих технологий и, в частности, использованием комоинированного дутья высоких параметров. Схема теплообмена за прошедшие полвека по мере" совершенствования технологии доменной плавки хотя и претерпела некоторые изменения, но в "целом наблюдается выпуклость температур газа и материала в пределах верхней тепловой зоны и вогнутость - в нижней тепловой зоне, т.е. температурное поле доменной печи сохранило свои характерные черты.

Большинство.положений закономерностей теплообмена в доменных печах базируется на условиях равномерного распределения материалов и газов по сечению печи. В то же время при совершенствовании технологии плавки и конструировании доменных печей с целью повышения экономичности доменного процесса на первый план выступают факторы, формирующие поля температур, скоростей газа, ход восстановительных процессов при значительной неравномерности потоков по сечению печи. Плодотворность решения этих задач во многом определяется наличием методов, аппаратура, позволяющих контролировать поля температур шихты и газа, распределение материалов и газов, осуществлять прогноз температурных шлей в объеме печи. Важное значение для решения указанных задач приобретает поиск новых путей интенсификации процессов теплообмена в доменных печах с целью повышения эффективности использования топлив и интенсификаторов. Характерной' особенностью современной доменной плавки является и неразрывность задач экономии топлива с надежностью работы самой доменной печи, поскольку любые нарушения в работе оборудования,. системы охлаждения, футеровки отрицательно сказываются на. расходе топлива.

Тагам образом1, задает васющщ работы звкжг&щщ ф оде-дущемч

I. разработка и опытно-промышленное опробование новых методов контроля и исследования доменного процесса, основанных на закономерностях теплообмена и позволяющих определять распределение газов, материалов, их температуры, отношения теплоемкостей в шахте печи, а также расхода газа по газоотводам с учетом возможной степени их зарастания.

а. Решение задачи выбора горизонта установки датчиков по бысоте шахты, имеющего максимальную чувствительность и представительность к неравномерности -процессов теплообмена, а так»® разработка и испытание методов прогноза температурных полей газа к материалов в объеме шахты по данным локальных измерений.

а. Проведение на доменных печах комплекса, зксперименталъ- ■ ных исследований с целью оценки схемы теплообмена в различных вертикальных элементах печи и изыскания теплотехнических резервов современной доменной плавки.

4. Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование процессов нестационарного теплообмена с целью реализации теплотехнических резервов доменной плавки. '

5. Разработка и испытание системы диагностики состояния Футеровки шахты доменной печи, а также'системы контроля теплового состояния фурменных зон, позволяющей прогнозировать тепловое состояние горна.

Б. Решение задачи оптимального распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей на основе закономерностей теплообмена и основных полокений оптимизации технических систем.

.2. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ТЕПЛООБМЕНА В СЛОЕ Одним из главных факторов, определяющих сложность процессов доменной плавки, является неравномерность распределения материалов и газов, которая оказывает существенное влияние на распределение теплоемкости потоков шихты и газа по объему печи, а следовательно и на развитие явлений тепло- и массообмена.

Известно, что распределение температуры газа в верхней часта шахты дзет лишь приближенное представление . о распределении газов и материалов, однако относительная простота измерения этих параметров и особенно температур позволяет широко использовать их для качественной оценки процессов в объеме печи.

Экспериментальными исследованиями температурных полей на доменных печах показана идентичность распределения температур газа в слое и над слоем материалов по высоте шахты, однако распределение температур в слое шихты имеет значительно большую неравномерность, чем на колошнике печи. На нижних 29 'горизонтах шахты этот перепад температур вновь уменьшается. Таким образом, экспериментально удалось показать, что в шахте доменной печи имеется горизонт, где неравномерность температурного поля по радиусу печи выражена наиболее сильно, а следовательно, именно в ■этой области проявляется наибольшая чувствительность измерительной системы я повышается эффективность контроля неравномерности распределения потоков материала и газа [22,25,34]. Отмеченное явление закономерно-, оно вызвано большей выпуклостью температурных полей по высоте печи у стен и на оси, чем в рудном гребне, и подтверждено результата?® математического моделирования процес-

сов теплообмена в шахте доменной печи. Область шахты (расстояние от уровня засипи), где наблюдается максимальный перепад температуры газа по радиусу печи, можно определить по выражению

)/ш1- (пи-! )/тг' 11 >

где т1 -отношение теплоемкости потоков шихты и газа, характерное для зоны с максимальной температурой (периферия, ось); п^ - отношение теплоемкостей потоков для зон с минимальными температурами (рудный гребень)..

Расчеты показали, что с повышением равномерности область с максимальной чувствительностью температурного поля смешается в нижележащие горизонты шахты. С ростом равномерности уменьшается перепад температур газа на бсех горизонтах шахты, однако на уровне засыш это снижение проявляется значительно сильнее. Местоположение горизонта установки датчиков для контроля неравномерности, как следует из полученных данных, определяется конкретными условиями работы печи и находится для современных условий плавки на расстоянии 2-6 м ниже уровня засипи. Таким образом, при большой неравномерности распределения -материалов и газов температурное поле колошника достаточно представительно для контроля неравномерности, но по мере повышения равномерности температурное поле колошника теряет свою представительность для контроля неравномерности.

Для контроля неравномерности распределения отношения теплоемкостей потоков шихты и газов по радиусу колошника предложены новые методы, основанные на закономерностях стационарного и нестационарного теплообмена в верхней части доменной печи. Анализ процессов и уравнений, описывающих стационарный теплообмен, по-

называет, что характер температурного поля газа в основном определяется значением т. Поэтому, измерив распределение температур газа над уровнем засыпи и в слое материалов в верхней части шахты при известной начальной температуре загружаемых материалов и известном расстоянии мевду горизонтами измерений (высота слоя материалов), можно определить значение ш для каждого рассматриваемого вертикального участка слоя шихтовых материалов (21,23,34]. Контроль распределения можно осуществить . используя также закономерности нестационарного теплообмена для Еерхней части доменной печи, определяющие изменение тегагературы газа в период нагрева шихты при периодичности загрузки материалов. Дальнейшие экспериментальные и расчетно-теоретические исследования показали, что скорость изменения температуры газа над уровнем засыпи за период между смежными подачами' (теш прогрева шихты на колошнике) оказывается существенно изменяющейся по радиусу печи, это и позволило сделать вывод, что динамические характеристики температуры газового потока определяются соотношением руда-кокс и расходом газа в отдельных вертикальных элементах и могут служить' исходной информацией для оценки распределения шихтовых материалов по радиусу печи [25,30,34,48]. Слой, характеризующийся большей величиной т , требует и больших затрат тепла на прогрев слоя материала газом, и следовательно, при прочих равных условиях интенсивность прогрева будет замедленной, что приведет к уменьшению темпа роста температуры газа на выходе из слоя образованного подачей материалов. При этом, как показали результаты математического моделирования нестационарных процессов теплообмена в верхней части шахты доменной печи при периодичности загрузки материалов, наибольшее - различие в тешах про -

/

грева материалов в различных участках колошника наблюдается в интервале времени 0,2-0,6 цикла между подачами материалов. Таким образом, в этом случае распределение т определяется не по абсолютным значениям температур газа над уровнем засыпи, а по закономерностям динамики теплообменных процессов в слое, сформированном порцией материалов, опускаемой в доменную печь.

Предложенные методы контроля позволяют в конечном счете найти отношение теплоемкости потоков. Для определения.же распределения материалов требуется знание газораспределения и, наоборот, при известном распределении материалов можно получить эпюру газораспределения. В основу системы контроля газораспределения положен метод импульсного термоанемометра, основанный на зависимости темпа охлаждения предварительно перегретого спая относительно температуры измеряемой среды от скорости газового потока [5,21,45,47]. Применение данного метода в условиях доменного производства потребовало специальной технической и конструктивной доработки датчика и измерителя температуры, выбора соответствующих режимов нагрева и охлаждения, создания системы на базе серийно выпускаемой аппаратуры, оценки погрешности измерений, обусловленной непостоянством состава газовой фазы н ее температуры, переменностью лучистой и 'контактной составляющих теплообмена.

Важной задачей при контроле теплообменных процессов в доменных печах является измерение температур материала и газа (или их разности) в слсе шихты по радиусу и высоте непосредственно в доменной печи, которая до самого .последнего времени не нашла практического решения. В то же время относительно-просто измеряется температура газа в слое шихты отсасывающей термопарой, что

позволяет использовать этот подход и для разработки метода контроля температуры поверхности кусков ■ шихты в слое материалов. Принимая во внимание, что спай термопары помешан внутрь оконечности зонда и рассматривая систему "спай термопары-куски шихтовых материалов-газовый поток", отметая, что в случае, когда газ не просасывается, спай термопары фиксирует собственную температуру горячего спая, которая имеет промежуточное значение между температурами газа и материалов. За счет периодического перевода измерительного комплекса в.режим отсасывающей термопары в каждой из точек измерений фиксируется температура газа. Таким образом, зная собственную температуру горячего спая и температуру газа по известной математической модели этой системы, можно идентифицировать температуру шихты [36,40]. В диссертационной работе представлено описание математической модели нестационарного теплообмена рассматриваемой системы, учитывающее особенности теплообмена в слое кусковых материалов и основные вида теплообмена оконечности измерительного зонда и спая термопары с окружающей средой'. Анализ результатов математического моделирования применительно к условиям шахты доменной печи позволил установить, что температура спая термопары в стационарном режиме теплообмена при отсутствии прососа газа через зонд и оттока (притока) тепла от спая по электродам термопары составляет примерно'среднее значение между температурой газа и поверхностью, кусков шихты, что обеспечивает достаточную чувствительность предложенного способа, однако отток (приток) тепла от спая по электродам в некоторых случаях может быть существенным. Так, при'градиентах температур более +70°с/м возможен такой случай, когда показания термопары будут даже выше, чем температура газа (теплоносителя) в слое ма-

теркалов, что обусловлено дополнительным нагревом спая за счет притока тепла по электродам. При наличии существенного оттока тепла от спая по электродам (градиент температур < -60°С/м I возможно, что температура спая оудет даже ниже. температуры пгахты. Обеспечить необходимую точность контроля градиента мокно путем измерений температур с меньшим шагом по пространственным координатам в зонах, где изменения температур значительны, например, в периферийной и осевой зонах при радиальном зондировании доменной печи. Результата расчетов показали также, что необходимая точность измерения температуры газа в резагме работы зонда при отсосе газа достигается при значениях коэффициента теплоотдачи от газа к спаю термопары более 100 Вт/(мг К), что в пересчете на скорость омывания спая термопары газом составляет 4-5 м/с. это условие и было выполнено при дальнейшей разработке конструкции зонда и проведении исследований.-

Предложенные метода контроля распределения материалов и .газов, их температур и отношения теплоемкостей штоков позволяют определять эти параметры только в локальных участках печи. В то же время для контроля и управления доменной плавкой важно знать температурные поля газа и материалов в объеме печи, поэтому возникает задача прогноза температурных полей в шахте по данным локальных измерений параметров теплообмена. Эта задача по своей .сути является обратной задачей теплообмена, т.к. требуется определение температурных полей в объеме шахты по данным измерений параметров теплообмена на двух горизонтах: колошнике печи и в верхней части шахты, что наиболее соответствует реальным возможностям измерений температур в доменных печах. Известно,что температурное поле в шахте в значительной степени определяется зна-

- ¿л -

чениями коэффициента теплооомена (К^) и отношением теплоемкостей потоков шихты и газа (ш>, поэтому при решении задач прогноза важен правильный выбор именно этих параметров.

На действующих печах целесоооразно определение К,7 по результатам анализа процессов теплообмена в рабочем пространстве агрегатов. Фактически речь идет о параметрической идентификации, т.е. об определении этих параметров по результатам измерений входных и выходных параметров по заданной математической модели теплооомена в слое шихтовых материалов в режиме нормальной экс, плуатации доменной печи (54). из уравнений, описывающих стационарный теплообмен в противоточно движущемся продуваемом плотном ' слое, можно получить выражение для расчета К7 в различных участках шахты печи

V-н^тшрп-• . (2)

^ Таким образом, для параметрической идентификации суммарного коэффициента теплопередачи для условий верхней части шахты доменной печи необходимо измерить распределение температур газа над слоем т: и в слое шихтовых материалов"определить распределения отношения теплоемкостей потоков и теплоемкость потока газа (материала). Найденный таким образом К,/3 будет справедлив для услоеий исследуемой печи при предположении, что теплоемкости потока шихты и газа по высоте каждого из вертикальных участков высотой остаются постоянными. '

Способ прогноза, проиллюстрированный на рис.1,а, включает в себя два этапа и заключается в следующем: I. На участке от уровня засыпи до горизонта измерений темпера-

ИМ&*5 „

зосчп* -

температура, отношение пкшегшаш у

Иро&ет ЗЗслся

'сыт

I {-н еарнлоню "Т шнеренхн

^ температур

2-м горизонт V шнеремин ^ температур

\

\т»/

тетгерол&ра. етногиаш/е /тгивегяект&г

Рис.1. К прогнозу температурных полей в шахте доменной печи

ш 400 \

\ у У

/00 \

0 —~-

|1 0.9

1 "

I I

/

V

о о,г о.4 о,в о.& ю

1

у ч

1

II 1'

г

та \

¡Ой аа \ у

V ч V V, /

А Л \\ / />

1

IV

|м

ол

о о.г Ш аб й.з м

Расстояние от клал** . Лом ралпуса.

Рис.2. Распределение параметров в верхней части_шахты_

доменной печи 1е

в слое материалов;

---- над уровнем засыпи; ------- температура спая

термопары при»отсутствии отсоса газа через зонд

тур-газа в слое материалов для каждого вертикального элемента сначала определяется безразмерная высота слоя этого участка

При этом предполагается, что по высоте этого участка слоя (и^.) остается постоянным и равным его значению на колошнике печи Естественно, что в каздом вертикальном элементе шахты значения т^ существенно отличаются друг от друга. В дальнейшем определяются значения для каждого из вертикальных элементов печи по выражению (2). В.заключении этого этапа ужа при известных значениях ш1, и^, т^, V рассчитываются температурные поля материала и газа Т1 на горизонтах от уровня засыпи у=0 до горизонта измерений температур в слое материалов у=Я. Учитывая, что в шахте т1_<1, прогноз температурных полей материалов и газа

следует выполнять по выражениям:

уг 1-ехр[(т1-1)¥1/т1]

-Г»

1 1 Л-и^хрС^-! )Ы1/т1] ТГГ 1-т1ехрС(ш1-1 )У1/т±3

0 л *~пг>—1 ' ■ . (¡3)

1-4""1 Иг^ехрС^-т ^.¡/т^ 2. Для прогноза температурных полей на нижележащих, чем горизонт измерений температур газа в слое материалов, за начальную температуру материала, вступающего в теплообмен принимается температура материала' на этом горизонте дна выходе из предыдущего участка слоя), определенная на первом этапе вычислений. Значение п^ в каждом вертикальном элементе принимается равным среднему значению этого параметра на колошнике и в зоне замедленного теплообмена, а температура газа, выходящего из теплообмена, принимается равной измеренной температуре газа в. слое материалов

в дальнейшем, при условии,, что высота слоя н —« и У=о, из уравнения (5) определяется температура газа на входе в теплообмен для каздого из вертикальных участков слоя. В заключении осуществляется прогноз температурных полей газа и материала с использованием уравнений (4) и (5).

В работе разработана также методика прогноза температурных полей газа и материалов, когда имеется техническая возможность измерения температур газа в слое материалов на двух горизонтах шахты. С этой целью получено аналитическое решение задачи теплообмена при известных граничных условиях по температуре газа на двух горизонтах слоя, однако и в этом случае необходимо знание распределения газов и отношения теплоемкостей на колошнике печи. Методика.прогноза проиллюстрирована на рис.1,б. Учитывая, что контролируется температура газа на различных горизонтах шахты, -в прогнозе предполагается, что п>1 остается постоянным в пределах всей высоты рассматриваемого вертикального участка слоя, а его численное значение равно 8^=0,5 (т£и). Значение параметра Ку1 для- этого варианта целесообразно определять, используя подученное аналитическое решение из условия совпадения расчетных и фактических температур загружаемых материалов.

Для контроля секторальной неравномерности работы печи предложен новый способ определения расхода газа в газоотводах с учетом возможной степени их зарастания [40,50). Систему "свече-вых" газоотводов доменных печей можно рассматривать как параллельное соединение трубопроводов. Действительно, все четыре свечи начинаются из одного колошникового пространства, в дальнейшем они соединяются попарно, а затем последние в один общий газоотвод. Как показывает опыт эксплуатации, газоотводы зарастают . на

- 2Ь -

начальной участке (участок I/, на остальном участке газоотвода (участок II) отложения незначительны- Учитывая это обстоятельство , можно предположить постоянство отношения площадей эквивалентных отверстий газоотводов на участке II. При известном общем выходе колошникового газа (Тг) и измеренным перепадам давления на и участке $ газоотвода лр^ мокко определить расход газа через этот газоотвод.

где т^- температура газа в "3" газа в 3-м гвзоотводе. В дальнейшем по известному расходу и перепаду давления на участке I др^+4 этого же газоотвода может быть найдена площадь эквивалентного сечения с максимальным зарастанием газоотвода (в^), по которой в конечном счете и определяется степень зарастания газоотвода.

Гд Л Лр1

¿тг

--• Л/хп^ ..(7)

где - р0 плотность газа при нормальных условиях, кглР; рк - давление колошникового газа, Па. .

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИ?

ДОМЕННОЙ: ПЛАВКИ-С целью оценки закономерностей теплообмена при дальнейшем совершенствовании технологии доменной плавки, использовании ресурсосберегающих технологий в диссертационной работе обобщены и проанализированы результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных исследователей.

Установлено, что при глубоком обогащении дутья кислородом, использовании комбинированного дутья высоких, параметров, применении металлизованного железорудного сырья и др. мероприятий сохраняются характерные черты двухступенчатой схемы теплообмена и важно существование не только нижней, но и верхней ступеней теплообмена в современных условиях работы доменных печей. Естественно, что существенное снижение расхода кокса и рост интенсивности плавки, имеющие место при внедрении различных мероприятий, сопровождается некоторым похолоданием шахты доменной печи, и в верхней части доменной печи общий уровень температур при увеличении рудной нагрузки понижается. Но в любом случае при нормальной и устойчивой работе должна существовать некоторая резервная высота, полное исчезновение которой влечет за собой заметную деформацию температурного поля и нарушение устойчивости тепловой работы печи.

Таким образом, двухступенчатость схемы теплообмена и в сегодняшних условиях работы печей малого и большого объема обеспечивает устойчивость хода процессов и экономичность плавки. Эта особенность является внутренним свойством доменного процесса, а работа доменной печи с "вырождением" верхней ступени теплообмена технологически исключается. Этот вывод имеет принципиальное значение для разработки новых технологических приемов повышения эффективности работы и экономии топливно-энергетических ресурсов в доменных печах.

Применение разработанных способов и устройств контроля позволило провести комплекс трудоемких экспериментальных исследований распределения материалов, газов, - отношения теплоемкостей потоков, определить значения коэффициента теплообмена и осущзст-

вить прогноз температурных полей газа и материала на ряде доменных печей, работающих по современной технологии, а обобщение результатов этих исследований позволило сделать вывод о закономерностях теплообмена в доменной печи с учетом неравномерности распределения материалов и газов.

Так, впервые исследования радиальной неравномерности материалов и газов в верхней части шахты были выполнены на доменной печи N 7 ММК полезным объемом 1370 м3 в 1974 г. во время отработки технологии доменной плавки при содержании в рудной части шихты 100% окатышей, 30% окатышей и 70% агломерата, 100% агломерата [5,11]. В дальнейшем аналогичные измерения проводились на той же доменной печи N 7 и N 9 объемом 2014 м-3. Результаты исследований показали, что отсутствует достаточно жесткая взаимосвязь характера газораспределения с изменением состава газа и его температур по радиусу печи. Экстремуму на эпзсре скоростей не всегда соответствовало максимальное значение температур и наименьшая степень использования восстановительной энергии газов и наоборот. Максимальные скорости газа наблюдались в этих исследованиях у стен печи, что объясняется периферийным вводом дутья, наличием пристенной области с повышенной порозностьв и относительно меньшим по сравнению с рудным гребнем значением рудной нагрузки. Падение скоростей газа в районе рудного гребня объясняется наличием в этом вертикальном элементе зоны вязко-пластического состояния железорудных материалов, с образованием значительного по сравнению с другими участками печи количества расплава. Небольшое повышение скоростей в средней части радиуса по данным этих исследований связано с периферийным вводом дутья, наличием фурменных очагов и эллипсоидов разрыхления в нижней

части печи, влияние которых по мере роста равзомерности распределения материалов, улучшения подготовки железорудного сырья, использования в шихте; окатышей, отсева мелочи, уменьшения различий в газопроницаемости кокса и железорудных материалов и роста интенсивности плавки на формирование полей скоростей газа возрастает.

Следует однако отметить, что влияние фурменного ввода дутья - и эллипсоидов разрыхления на газораспределение в верхней части печи проявляется и в современных условиях плавки доменной печи не всегда. Это положение нашло подтверждение в исследованиях, выполненных в 1991 г. на доменной печи N 4 ММК. При Проведении исследований использовался весь комплекс разработанных способов, а результаты представлены в.5 рис.2. Характерной особенностью этих исследований является отсутствие "всплеска" скоростей газа в средней части радиуса колошника. Обобщение и анализ результатов исследований показывают на несоответствие меаду распределением скоростей, температур и состаза газа в верхней части печи, которое связано с тем, что распределение состава газа и температур, являясь функцией распределения материалов и газов по радиусу, не являются характеристиками, достаточными для оценки неравномерности каждого из этих параметров в отдельности: распределения материалов и газов. "

Анализ и обобщение экспериментальных исследований распределения материалов и газов, выполненных как автором, так к дру-

4»

.гими исследователями^ показал, что особенности конструкций, отличия в режимных параметрах, характеристиках проплавляемого сырья вносят те или иные особенности в распределение газа, материалов, температур. Однако есть общее, типичное а характерное.

что объединяет представленные результаты: отношение теплоемкос-тей потоков шихты и газа на колошнике печи во всех вертикальных элементах меньше единицы, и как результат этого - двухступенча-тость схемы' теплообмена во всех вертикальных элементах печи [10,26,37,411. Этот вывод должен учитываться при всех вариантах дальнейшего совершенствования доменного процесса.

Экспериментами на доменной печи N 4 также впервые . оыла показана принципиальная возможность использования метода раздельного контроля температуры газа и материала в слое шихты. Результаты расчетов температуры поверхности кусков шихты в слое материалов по данным измерений температуры газа и оконечности измерительного зонда (при отсутствии прососа газа через зонд) показывают, что температура кусков ниже температуры газа во всех участках радиуса примерно на одинаковую величину, равную 70-80 ^С.

Отмеченная особенность закономерна и подтверждается анализом процессов теплообмена в различных вертикальных элементах шахты. На уровне засыпи разность температур газа и материалов будет больше в вертикальном участке с . пониженным значением т (периферия, ось) по сравнению с вертикальным участком с повышенным значением т (рудный гребень). однако по мере опускания шихты эта разность убывает быстрее на периферии и оси по сравнению с рудным гребнем. Поэтому в шахте доменной печи имеется горизонт, где разность температур газа и материалов. по радиусу примерно одинакова. Выше этого горизонта разность температур на периферии, и оси больше, а ниже - меньше, чем в районе рудного гребня. ' отмеченное явление подтверэдено математическим моделированием процессов теплооомена в различных вертикальных элементах шахты пета и показано, что с ростом равномерности распределения пото-

• - УО -

ков материала и газа этот горизонт смещается в нижележащие горизонты шахты и для современных условий доменной плавки находится на расстоянии 2-6 м нижа уровня-засыпи. Таким образом, в зависимости от конкретных параметров работы доменной печи распределение разности температур газа и материалов по радиусу печи на отдельных горизонтах шахты может иметь различный характер. Так, в районе рудного гребня эта разность может быть больше, меньше или равна разности температур в периферийной (осевой) зоне .

Полученные результаты были использованы для решения задачи прогноза температурных полей газа и материала в доменной печи н Прогноз температурных полей осуществлялся для решения конкрет ной проблемы - определения границ существования зон циркуляции цинка, а поэтому прогноз ограничивался размерами верхней ступени теплообмена. Результаты прогноза температурных полей в объеме шахты в дальнейшем' использовались сотрудниками УралНШ черных металлов и ММК для разработки и совершенствования новой технологии доменной плавки, позволяющей существенно сократить количество цинка, накапливающегося в рабочем пространстве - доменных печей и тем самым улучшить технико-экономические показатели плавки.

Результаты исследований радиальной неравномерности распределения процессов в доменных печах подтвердили выводы других исследователей, что реализовать резервы теплового и восстановительного потенциала газового потока в современных условиях плавки можно путем совершенствования распределения материалов и газов: увеличением загрузки периферии и открытием центра печи. £ работе дан теплотехнический анализ резервов доменной плавки при различном характере распределения температур по радиусу колошника и опытными плавками установлено, что для реализации указанны?

резервов,кроме улучшения подготовки железорудного сырья, необходимо дальнейшее совершенствование методов контроля и управления тепловым состоянием печи, а также увеличение мощности воздуходувных машин [26,17,20,].

При решении задач управления ходом доменной плавки и отыскания резервов экономии топливно-энергетических ресурсов необходимо рассматривать и нестационарные состояния. С целью исследования особенностей нестационарных процессов теплообмена для условий, близких к доменной плавке, выполнено решение ряда задач нестационарного теплообмена [4,6,9,18,24,28]. Эти задачи включали общий анализ переходных процессов теплообмена при изменении отношения теплоемкости потоков; развитие переходных процессов в слое при многокомпонентности слоя шихты, т.е. наличии кокса, агломерата, (окатышей); при учете продольной теплопроводности слоя материалов; при наличии шлака, чугуна и коксовой насадки в зоне расплава. Математическим моделированием процессов нестационарного теплообмена выявлены особенности переходных процессов теплообмена и показано, что двухстуленчатость схемы теплообмена, при которой в верхней ступени теплообмена.т<1, в нижней т>1, приводит к различному влиянию возмущений на изменение температур по высоте печи. Наблюдается затухание (демпфирование) воздействий в зоне замедленного теплообмена, т.е. зона замедленного теплообмена выполняет в определенной степени роль "буфера", стабилизируя температуру материалов, поступающих в нижнюю ступень теплообмена. Наибольшие изменения в температурах материалов наблюдаются, !

как правило, на выходе из нижней ступени теплообмена и в средней части верхней ступени теплообмена [2,3,8,13]. Нестационарность хода доменной плавки вынуждает вести доменный процесс таким об-

разом, чтобы в пэчи имелся резерв тепла. В связи с этим совершенствование технологии доменной плавки должно предусматривать мероприятия, позволяющие стабилизировать температурное поле в печи на минимально допустимом уровне и тем самым создать предпосылки экономии топлива. На практике это означает, в первую очередь^ необходимость стабилизации качества загружаемого сырья и постоянства распределения его на колошнике. Примером реализации нестационарных явлений доменной плавки, обусловленных периодичностью выпуска жидких продуктов плавки, является и технология доменной плавки с коррекцией по ходу плавки дутьевых параметров. Обобщение результатов экспериментальных и расчетно-теоретических исследований показало, что циклические колебания скорости схода шихты, вызванные периодичностью отработки жидких продуктов плавки, привадят к существенным изменениям температур в печи, поэтому во время отработки жидких продуктов плавки и ускоренного схода шихтовых материалов необходимо увеличивать и расход теплоносителя [46,49]. Решение этой задачи реализовано за счет циклической коррекции дутьевых параметров: расхода дополнительного топлива, расхода дополнительного топлива и горячего дутья, расхода дополнительного топлива и техноло;.'веского кислорода [15,29,32].

. 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ' СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ

И КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ФУРМЕННОЙ ЗОНЫ Решение проблемы повышения надежности и увеличения продолжительности кампании печей связано с контролем толщины футеровки шахты, тепловых нагрузок на холодильники и кладку. Обобщение отечественного и зарубежного опыта позволило констатировать, что наиболее перспективным и надежным методом диагностики состояния футеровки является использование термодатчиков, установленных в

кладке. При этом обязательным условием определения толщины футеровки является знание еще двух параметров - температуры рабочей среды в месте установки датчиков и условий теплообмена этой среды с рабочей поверхностью.футеровки. Для определения этих параметров предложен новый кондуктивный способ диагностики состояния, футеровки [53], предусматривающий установку.в печи не менее двух дополнительных вкладных элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга и материала кладки значениями коэффициентов теплопроводности и последующим измерением температур как в материале кладки, так и в каждом вкладном элементе. При этом материал кладки конструктивно можно заменить - третьим вкладным элементом с отличным по теплопроводности от остальных двух элементов. В дальнейшем по измеренным значениям температур из решения системы уравнений, описывающих теплообмен для каждого из вкладных элементов, определяются искомые параметры: толщина футеров-га, температура рабочей среда и коэффициент теплообмена рабочей среды с поверхностью футеровки [44]. Оценка возможных погрешностей- этого способа, выполненная методом вычислительного эксперимента, показала, что предложенный способ обеспечивает значительно более высокую точность контроля параметров состояния футеровки по сравнению с известными способами, при этом основное внимание при разработке конструкции датчика, математического и программного обеспечения необходимо удалить точности определения температур и, в частности, учету влияния оттока (притока) тепла мезду вкладными элементами. С этой целью разработана двумерная математическая модель, учитывающая теплообмен между вкладными элементами, а также самих этих элементов с рабочей средой и футеровкой печи, применение которой позволило решить проблему по-

вшешя точности способа и выбрать материалы вкладных элементов и определить оптимальные конструктивные размеры датчика и его элементов.

Предложенный кондуктивный метод имеет широкие возможности и обеспечивает достаточную точность контроля комплекса параметров футеровки, однако конструкция датчика достаточно сложна и трудоемка в изготовлении. Поэтому разработан второй вариант способа диагностики состояния футеровки, в основу которого положено математическое решение задачи нестационарного теплообмена [ а

Этот метод не требует установки многослойного датчика, а достаточным является измерение температур только в одном материале, в том числе и в материале футеровки. Однако для реализации этого варианта потребовалось решение прямой и обратной задач нестационарного теплообмена применительно к футеровке шахты доменной печи. Проверка адекватности математического и программного обеспечения, выполненная методом вычислительного эксперимента, показала, что относительная погрешность контроля толщины футеровки составляет 5-10%. При разработке конструкции датчика с целью повышения, надежности информации осуществлялось дублирование термопар в точках измерений температур, использовались способы защиты спаев термопар от науглероживания и некоторые другие , технические решения. Опытно-промышленными испытаниями датчиков температуры в шахте доменной печи N 8 ММК в течение более года показана достаточная надежность конструкции; разработанное математическое и программное обеспечение позволило рассчитывать степень износа футеровки и тепловые нагрузки на футеровку и холо-.дильники. Учитывая положительные результаты этих испытаний, аналогичными системами оснащаются и другие печи комбината.

Одной из главных трудностей» ослокнящих регулирование теплового режима доменной плавки, является неполнота я недостаточная достоверность информации о текущем тепловом состоянии печи. Ряд исследователей указывают на то, что о тепловом состоянии горна можно судить по температуре фурленных зон. Наиболее перспективным для этого следует признать способ, предложенный сотрудниками ЩСИС, основанный на измерении температуры торцевой стенки воздушных фурм, который и был положен в основу усовершенствованной системы контроля теплового состояния нижней части доменной печи. Применение специальных заполнителей, кабельных термопар и др. усовершенствований в конструкции датчиков позволило повысить их надежность. Температура фурменных зон оказалась относительно тесно связанной с показателями теплового состояния горна. Анализ результатов вычислений взаимных корреляционных функций температуры фурменных зон и различных критериев, характеризующих тепловое состояние горна, показал,, что возможен прогноз теплового состояния с опережением на 1-2 выпуска» что подтверждается экстремальным значением этой функции для указанных интервалов времени независимо от вида используемого критерия теплового состояния горна. При этом максимальное значение этой функции изменяется в пределах от 0,3 до 0,5. Дальнейший анализ динамики указанных параметров показал,что для повышения тесноты связи необходимо использовать реализации, в которых колебания анализируемых критериев сравнительно существенны по амплитуде и длительности действия. Установлено, что при отклонения содержания кремния в чугуне более чем на 0,1 S и длительности отклонений два и более циклов выпусков чугуна и шлака максимальное значение взаимной корреляционной функции существенно возрастает и достигает знача-

ния 0,70-0,75 при сохранении возможности прогноза теплового состояния печи с опережением на 1-2 выпуска. При небольших колебаниях теплового состояния печи, когда^ как правило) и нет необходимости в коррекции теплового режима доменной плавки, практически исключается и возможность прогноза теплового состояния горна. Таким образом, температура передней стенки воздушных фурм может служить одним из дополнительных показателей при оперативном контроле теплового состояния нижней части,доменной печи.

5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПЛИВНО-

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ В ГРУППЕ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ Решение проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов за счет оптимального распределения природного газа и технологического кислорода в группе доменных печей потребовало разработки общей идеологии постановки в последовательности решения такого класса задач применительно к условиям доменной плавки, создания оптимизационной модели с учетом возможных технологических и других ограничений как Еа работу каждой печи в отдельности, так и группы печей в целом, а также создания системы оптимального распределения комбинированного дутья и адаптации ее к конкретным условиям работы доменного цеха [35,38].

При постановке задачи оптимизации в качестве цели в зависимости от конкретных условий работы цеха могут задаваться различные критерии, в частности, максимальный экономический эффект от использования комбинированного дутья, максимальная экономия кокса и др. В системе учитываются различные виды ограничений: на работу цеха в целом, т.е. связанные с ограниченностью имеющихся ресурсов по природному газу, кислороду, коксу, необходимостью выполнения плана по выплавке чугуна, а также технологические,

индивидуальные для каждой печи в отдельности, обусловленные различием в конструктивных и режимных параметрах работы каждой из печей цеха. При выборе основных ограничений использовалось физическое обоснование и классификация лимитирующих факторов при ин-кекции топлив и обогащении дутья кислородом, основанных на закономерностях теплообмена [31].

Анализ имеющихся методик по определению эквивалента замены кокса природным газом показал, что наиболее адекватно отражает эф|)ективность применения природного газа эквивалент замены, рассчитываемый по отношению тешюотдач ишсектируемого топлива и углерода кокса в нижней, определяющей расход кокса ступени теплообмена, методика расчета которого разработана сотрудниками ИМЕТ УрО РАН и УГТУ-УПИ [39,51]. С использованием основных положений теплообмена исследовано влияние расхода технологического кислорода на температурное поле доменной печи и показано, что при решении задач распределения комбинированного дутья между печами необходимо учитывать при обогащении дутья кислородом не только изменение производительности печи, но и расхода кокса [52]. Изменение расхода кокса в доменных печах при обогащении дутья кислородом определялось по приращению прихода тепла в нижнюю ступень теплообмена и теплоотдаче кокса в пределах этой же зоны.

В качестве исходной информации для расчета влияния природного газа и тезшологического кислороду на расход кокса и производительность печи используются фактические значения входных и выходных параметров работы печей цеха в предшествующий прогнозу период, что позволяет повысить надежность и достоверность прогноза. Оптимизационная модель представлена как задача нелинейного математического программирования. Исследование модели на адек -

ваткость показало, что es mosho свести к задаче линейного математического программирования. Программное обеспечение реализовано в вычислительном центре доменного цеха ШК, применительно . к условиям работы которого учитывалось до 100 ограничений, а опта-" шзация оруществлялась по 20 переменным параметрам. Анализ вычислений показал, что достоверность рекомендаций во многом зависит от надежности исходных данных, поэтому для сбора, обработки и проверки исходной информации использовалась существующая подсистема сбора, обработка и'усреднения информации. С использованием системы еженедельно оценивалась эффективность использования инжектируемого топлива, технологического кислорода за предшествующий прогнозу период и выдавались рекомендация по оптимальному перераспределению указанных ресурсов. Установлено, что эффективность использования природного газа и технологического кислорода на доменных печах монет в ряде случаев существенно отличаться, что долг;-» сопровождаться значительной коррекцией параметров комбинированного дутья. Оптагизационная модель играет роль "советчика'', т.к. в условиях неполной информации особенно в экономических к планово-проектных задачах необходима активная роль человека при принятии окончательного решения.

. Автоматизированная система оптимального распределения позволяет прогнозировать оптимальные расходы природного газа и технологического кислорода на кавдой пз печей цеха в условиях лимита на общий объем выделенных ресурсов, в условиях остановки отдельных печей, изменении конъюнктуры рынка, технологических параметров работы отдельных печей,' а технологическому персоналу при необходимости вносить необходимые коррективы.

- 39 -6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обобщены результаты исследований, проведённых автором с 1971 по 1993 гг., я предпринята попытка решения крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение для современной металлургии и заключающейся в развитии и обобщении закономерностей теплообмена в современной доменной плавке с учетом неравномерности распределения материалов и газов, разработке и опытно-промышленной реализации новых методов контроля и исследования доменного процесса, в создании систем оптимального распределения топливно-энергетических ресурсов в группе доменных печей и системы диагностики состояния их футеровки, контроля теплового состояния фурменной зоны, прогноза теплового состояния горна и температурных полей газа и материалов в шахте доменной печи, позволяющих повысить эффективность доменной плавки.

С целью получения представительной научной информации в качестве объектов исследований были выбраны крупные доменные печи Уральского региона, работающие по современной технологии. При проведении исследований широко использовались эксперименты на действующа доменных печах с использованием специально разработанных новых способов и устройств контроля параметров теплообмена, распределения потоков материалов и газов в слое кусковых материалов. Метода математического моделирования (вычислительного эксперимента) применялись широко в тех случаях, когда экспериментальные исследования были или невозможны, или можно получить решение, адекватно отражающее. реальный процесс, с меньшими . затратами.

Основные научные и практические результаты диссертационной

работа могут Сыть сформулированы следующим образом.

I. Экспериментальными и расчетно-теоретическими исследованиями установлено,что в шахте доменной печи имеется горизонт по высоте шахты, где неравномерность температурного поля по радиусу печи выражена наиболее сильно и, следовательно, наблюдается наибольшая чувствительность метода контроля неравномерности распределения потоков материала и газа. По мере роста равномерности распределения потоков материала и газов этот горизонт смещается в нижележащие горизонты шахты, а поэтому контроль неравномерности только по температурному полю на колошнике при существующей технологии хотя и необходим, но недостаточен. Предложена методика выбора местоположения датчиков температуры по высоте печи, где обеспечивается наибольшая представительность системы контро-ля^ради&шюй неравномерности.

д 2.Экспериментальными исследованиями и решением задачи не -стационарного теплообмена, обусловленного периодичностью загрузки Материалов на колошнике доменной печи, показано, что темп про -грева материалов, поступающих в печь циклически, определяется отношением теплоемкостей потоков материала и газов. На основе анализа закономерностей процессов нестационарного и стационарного теплообмена в плотном слое кусковых материалов предложены и прошли опытно-промышленные испытания новые способы контроля неравномерности распределения потоков материала и газов, скоростей газа в верхней части-шахты.

3.Разработан к опробован Ь промышленных условиях способ контроля температуры поверхности кусков шихты в рабочем пространстве доменной- дачае по взтшрения» температуры газа отсасывающей теркшарой с показания» термоэлектрического термометра &

слое материалов. Исследовано влияние различных факторов на, точность контроля и дана оценка возможным погрешностям измерений. Экспериментальными исследованиями на доменных печах, а также математическим моделированием процессов теплообмена, установлено, что в шахте имеется горизонт, на котором разность температур газа и материалов по радиусу печи примерно одинакова. Выше этого горизонта разность температур на периферии и оси больше, а ниже - меньше, чем в рудном гребне на том же горизонте. Это положение имеет важное значение при выборе величины и разности температур газа.и материалов при составлении зональных балансов и определении степени завершенности процессов теплопередачи.

4. Предложена методика прогноза температурных полей газа и материалов в объеме шахты доменной печи по. данным измерений распределения по радиусу печи температур газа над уровнем засыпи и в слое шихты, а также теплоемкостей потоков шихты и газа на колошнике. С целью повышения достоверности прогноза в этом случае коэффициент теплообмена целесообразно определять методом параметрической идентификации. Опытно-промышленными испытаниями показана принципиальная возможность прогноза температурных полей газа и материала в объеме шахты. Методы прогноза температурных полей материала и газа в шахте в дальнейшем можно использовать при

.совершенствовании контроля и управления тепловым режимом доменной плавки. : '

5. Разработан метод контроля расхода газа по газоотводам и степени их зарастания. Сущность способа состоит в том, что он' обеспечивает контроль этих параметров в зависимости от фактических значений перепадов статических давлений по длине отдельных газоотводов, значениям температур газа в этих газоотводах и об-

щэму выходу колошникового газа.

6. Обобщением и анализом экспериментальных и теоретических исследований показано, что двухступенчатость схемы теплообмена и в современных условиях плавки является обязательным условием устойчивости хода доменного процесса и экономичности плавки. Эта особенность является внутренним свойством доменного процесса, а работа печи с "вырождением'' верхней ступени теплообмена недопустима. Современные условия работы доменных печей характеризуются сохранением двухступенчатой схемы теплообмена и в любом вертикальном элементе столба шихтовых материалов. Любые изменения технологии доменного процесса не должны мэнять этой схемы; ее сохранение может быть обеспечено либо соответствующей организацией подачи теплоносителя, либо подбором систем загрузки пихтовых материалов.

7, Математическим моделированием процессов нестационарного теплообмена в движемся слое выявлены особенности переходных процессов теплообмена при многокомпонентное™ шин, теплопроводности слоя, наличии шлака, чугуна, коксовой насадки и показано, что двухступенчатость схеш теплообмена приводит к различному влиянию возмущений на изменение температурного поля по высоте печи. Наблюдается демпфирование возмущений в зоне замедленного теплообмена, а наибольшие изменения в температурных полях мате-р!ала наблюдаются в средней части верхней и на выходе из южней ступеней теплообмена. Нестационарность хода доменной плавки вынуждает вести доменный процесс таким образом, чтобы в печи имелся определенный резерв тепла, поэтому совершенствование технологии доменной плавки должно предусматривать мероприятия, позволя-щие стабилизировать температурное поле на минимально допустимом

уровне. На практике это означает необходимость,в первую очередь, стабилизации качества загружаемого сырья и постоянство его оптимального распределения на колошнике. Примером реализации этого принципа является способ доменной плавки с коррекцией по ходу выпуска чугуна и шлака параметров комбинированного дутья.

8. Предложен кондуктивный способ диагностики состояния футеровки, предусматривающий установку в кладке печи дополнительных вкладных элементов из огнеупорных материалов с отличными друг от друга значениями коэффициента теплопроводности, и показано, что этот способ имеет широкие возможности и позволяет осуществлять контроль толщины футеровки, тепловых нагрузок на холодильники шахты и футеровку,температуру рабочей среды. Установлено, что диагностику состояния футеровки печи с достаточной для практики точностью можно осуществлять и по измерениям температур в нескольких точках по толщине футеровки в одном огнеупорном материале. Для реализации этого способа выполнено решение прямой и обратной задачи нестационарного теплообмена применительно к футеровке печи. Опытно-про.мышлешшми испытаниями показана достаточная надежность разработанной конструкции датчика и возможность использования математического и программного обеспечения для расчета параметров состояния футеровки низа шахты доменной печи. Эта способы можно широко использовать и для диагностики состояния футеровки других печей самого 'широкого назначения.

9. Прошли опытно-промышленные испытания усовершенстиован-иья система контроля теплового состояния фурменных зон доменных печей по измерениям температуры передней стенки воздушных фурм. Экспериментально подтвержден вывод других исследователей о возможности использования этой информации для оценки и прогноза

теплового состояния горна. Установлено, что наиболее тесная связь меаду текаиратурой передней стенки воздушных фурм и содержанием кремния в чугуне наблвдается при колебаниях содержания кремния более ±0,1%. .

10. С использованием основных положений теории оптимизации технических систем и закономерностей теплообмена в доменной печи предложена методология постановки и последовательности решения задач оптимизации распределения комбинированного дутья в груше доменных печей с учетом лимитирующих и ограничивающих факторов. Разработанная на основании этих полокений автоматизированная подсистема оптимального распределения природного газа и технологического кислорода в рекиме "советчика" позволяет рекомендовать оптимальные параметра комбинированного дутья на каздой из печей цеха при изменениях рекикных параметров работы отдельных печей, объема имеющихся топливно-энергетических ресурсов и конъюнктура рынка. •

Основные публикации по теме диссертации I. Монографии

1. Нестационарные процессы и повышение эффективности доменной плавки / Ю.Н.Овчинников, В.И.Нойкин, Н.А.Спирин, Б.А.Боковиков. Челябинск: Металлургия, 1989.-120 с.

2. Теплообмен и повышение эффективности доменной плавки /Н.А.Спирин, Ю.Н.Овчинников, В.С.Швыдкий, Ю.Г.Ярошенко; Под ред. Ю.Г.Ярошенко.. Екатеринбург; УГТУ-УПИ, 15 п.л. (в печати).

Часть результатов исследований в виде отдельных разделов вошла б монографию "Теплотехника доменного процесса"/Б.И.Китаев, Ю.Г.Ярошенко, Е.Л.Суханов н др. Ы.:Металлургия, 1978. 248 с.

II. Статья и доклады

1. Совершенствование методов контроля технологических параметров доменной плавки /Б.К.Сеничкин,В.Н.Овчинников, H.A.Спи-зин и др.//Вопросы теплотехники и автоматизации металлургическо-х» производства: Сб.научн. трудов. Вып. 132. Магнитогорск; изд. Ж, 1972. С. 15-25.

2. Спирин H.A.. Овчинников D.H., Китаев Б.И. Исследование 1естационарности теплового состояния шахты доменной печи //Пробами автоматизированного управления доменным производством. йгп.З. Киев: Институт автоматики, 1973. С.73-75.

3. Цикличная нестационарность теплового состояния шахты ¡оменной печи/Ю.Н.Овчинников, Б.К.Сеничкин, Б.И.Китаев, Н.А.Спи-яш //Известия вузов.Черная металлургия. 1974. N б. С.24-27.

4. К расчету нестационарных температурных полей шахта до-генной печи/Н.А.Спирин, Б.И.Китаев, Б.М.Шавельзон и др.//Произ-юдство чугуна: Межвуз. сборник N 8. Магнитогорск: МГШ1, 1974. 1.89-97.

■ 5. Исследование газодинамических процесов в доменных печах [ их нестационарности /Б.И.Кнтаев, А.С.Кукаркин, Ю.Н.Овчинников, LA.Спирин и др.//Труды Международного симпозиума по аэродинами-:е доменных печей: Воллонгонг (Австралия),. 1975. С. 15-19.

. 6. Спирин H.A..Толмачев Н.И., Овчинников Ю.Н. Нестацданар-ый теплообмен;в движущемся слое при наличии продольной тепло-роеодности//Производство чугуна: Межвуз. сборник N 14. Магни-огорск: МШИ, 1975. С.42-47.

7. Спирин H.A., Овчинников D.H., Толмачев Н.И. Оценка пес-ацйонарности температурных полей в шахте доменной печи//Мзвес-ия вузов.Черная металлургия. 1975. N 10. С.30-33.

8. Исследований нестационарных процессов в доменных печах ММК /Ю.Н.Овчинников, Н.А.Спирин, В.С.Новиков и др.//Металлургическая теплотехника и теплофизика. Свердловск: УПИ, 1976. С.63-72.

9. Спирин H.A., Овчинников D.H., Сеничкин Б.К. Анализ пе- -реходных процессов теплообмена в движущемся слое с применением метода планированного эксперимента//Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов: Межвуз. сб. Вып.5. Свердловск: УПИ, 1977.С. 63-70.

10. Исследование температурных полей в доменных печах ММК/Б.И.Китаев, В.С.Яовиков, Н.А.Сггарин и др.//Известия вузов.Черная металлургия. 1978. N 2. с. 25-28.

11. Исследование распределения скоростей газа в. доменных печах ММК /Ю.Н.Овчинников, Ю.В.Яковлев, В.Б.Щербатский Н.А.Спирин //Стэль. 1978. N 5. С.391-395.

12. Роль фурменного устройства в формировании газовых потоков в шахтных печах /В.Б.Щербатский, Б.М.Шавельзон, Я.М.Гордон, Б.Й.Китеев, В.С.Швыдкий, Н.А.Спирин//Извастия вузов. Черная металлургия. 1979. N 12. С.20-23.

13. Исследование неставдонарности температурных полей и их стабилизация, для улучшения доменного процесса/ Б.И.Китаев, Б.Н.Овчинников, Н.А.Спирин и др.//Труда 6-го Международного конгресса доменщиков. Острава (Чехословакия), 1979. С.224-233,

14. К вопросу об оптимальном уровне засыпи в доменной печи /Б.К.Сеничкин,Б.И.Китаев,H.A.Спирин и др.//Теплотехника процессов выплавки стали и сплавов. Свердловск: УПИ, 1980. C.I06-II7.

15. Овчинников D.H., Спирин H.A., Мадисон В.В. Автоматиче-

ск8я коррекция параметров комбинированного дутья //Металлург. 1981. N 6.С. 15-17. ""■"'

16. Овчинников Ю.Н., Спирин H.A.* Боярских С.Н. Динамика схода шихтовых материалов в доменной печи //Известия вузов.Чер-ная металлургия. 1981. N 2. С.24-26.

17. Влияние расхода кокса на температурное поле в доменных печах ШК/ Н.Н.Бабарыкин. Б.А.Марсуверский, Б.И.Китаев, Н.А.Спа-ркн//Известия вузов.Черная металлургия. 1981. N 12. с.13-16.

18. Спирин H.A., Китаев Б.И., Овчинников Ю.Н. Нестационарный теплообмен в нижней части доменной печи//Йзвестия вузов.Черная металлургия. 1982. N 6. C.II3-II8.

19. Пути экономии кокса . в доменных печах/Н.А.Спирин,В.С.Новиков, Н.М.Кршов и др.//Производство чугуна: Межвуз.сборник. Вып.8.СБердловск: ЛШ, 1982. С.39-48.

20. Китаев Б.И., Ярошенко 0.Г., Спирин H.A. Главное мероприятие , обеспечивающее экономию горючего в доменной печи//Тео-рия и практика современного доменного производства: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Днепропетровск: ДМЕТИ, IS83. • С.23-24.

21. Спирин H.A., Мэдисон В.В., Щербатский В.Б. Количественная оценка распределения материалов и газа в доменной печи//Тео-рия и практика современного доменного производства: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Днепропетровск: ДМЕТИ,

:383.С.67 св.

22. Представительность температурных полей для оценки радиальной неравномерности в шахте доменной печи/Б.И.Китаев, Н.А.Спирин, Ю.Н.Овчинников и др.//Известия вузов.Черная металлургия. 1984. N 6.C.I1-I4.

23. Спирин H.A., Попов Г.Г., Косолапов М.Е. Оценка неравномерности в доменной печи по измерениям температур на двух горизонтах ' шахты/Л1роизводство чугуна: Межвуз. сборник. Сверд-ловск:УПИ, 1985. С.44-49.

24. Спирин H.A., Овчинников D.H., Попов Г.Г. Нестационарный теплобмен в шахте доменной печи//Теплотехника процессов вы -

плавки стали и сплавов: Межвуз. сборник. Вып.9. Свердловск: УПИ, I98S.C.IO-I5. - ,

25. Использование закономерностей теплообмена для оценки распределения материалов и газов на колошнике доменной печи/ Н.А.Спирин, В.Б.Щербатский, Ю.Н.Овчинников и др.//Известия вузов. Черная металлургия.1986. N 2. С.15-20.

26. Китаев Б.И., Спирин H.A., Овчинников D.H. Теплотехнические основы контроля и управления тепловым состоянием доменной печи//Производство чугуна: Меквуз.сборник. Свердловск: УПИ, 1987 С.70-77.

27. Исследование нестационарности скорости схода шихтовых материалов в доменной печи/Ю.Н.Овчинников, .В.В.Мадисоя, В.Б.Щербатский, Н.А.Спирин//Сталь. 1987.- N 9. С.12-16.

28. Спирин H.A., Овч1шников D.H., Попов Г.Г. Анализ переходных процессов теплообмена в движущемся слое//Известия вузов.Черная металлургия. 1988. N 2. С.128-132.

29. Коррекция расходов природного газа и кислорода по ходу доменной плавки в условиях НТМК /В.В.Мадисон, Ю.Н.Овчинников, H.A.Спирин и др.//Бюллотень ин-та "Черметинформация". 1988.

N 3.С.31-32.

30. Спирин H.A. Использование закономерностей теплообмена для совершенствования методов контроля доменного процесса//Моде-

.чарование процессов в шахтных и- доменных печах: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Свердловск: ВНИИМТ, 1988. С.77-78.

31. Спирин H.A., Цветков А.Б. Учет лимитирующих условий при перераспределении природного газа в группе доменных печей// Моделирование процессов в шахтных и доменных печах: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Свердловск: ВШШТ, 1988. С.76-77.

32. Опыт работы доменных печей ММК с коррекцией параметров комбинированного дутья по ходу плавки/Ю.Н.Овчинников, Н.Л.Спирин, Ю.В.Федулов'и др.//Сталь. 1988. N 8. С.4-10.

33.' Разработка комплексных методов экономии топливно-энергетических ресурсов в доменных 'печах/Ю.Н.Овчинников, Н.А.с'пя-

ркн, В.С.Новиков и др.//Сборник докладов конференции доменщиков "Витковице 1989". Острава (Чехословакия), 1989. C.I6I-I76.

34. Спирин H.A., Овчинников Ю.Н., Сафронов М.О. Использо-

>

ванне закономерностей теплообмена для контроля доменного поцес-са//Сталь, 1990. N 10. С.9-14.

35. Автоматизированная система распределения топливно-энергетических ресурсов в доменном цехэ/Н.Д.Спирин, В.П.Монастырское, Ю.В.ieдулов и др.//Новые и усовершенствованные технологии для окускования сырья и поизводства чугуна и ферросплавов: Труды Международной конференции. Варна(НРБ). 1990. С.63-64.

36. Разработка методов контроля теплотехнических параметров домонкоя гитвки/Ю.Н.Овчинников, Н.А.Спирин, В.С.Новиков и др. Там та. С.62-63.

37. О схемах теплообмена в доменной печи /Н.А.Спирин,С.Н.Овчинников, Ю.В.Федулов, Ю.С.Юсфин, Ю.Г.Ярошенко//Известия вузов. Черная металлургия. 1991. N. 9. C.I6-I8. .

38. Спирин H.A., Федулов Ю.В., Овчинников Ю.Н. Оптимальное

управление топливно-энергетическими ресурсами при выплавке чугу-на//Средства и системы автоматического контроля и управления технологическими процессами в металлургии:' Материалы Всесоюзной конференции,Свердловск: УШ, 1991. C.II5-II7.

39. Оптимизация перераспределения природного газа в доменном цехе ММК/Н.А.Спирин, Ю.Н.Овчинников, Й.Е.Косаченко и др.// Сталь. 1991. N 8. С.13-18.

40. Спирин H.A., Лавров В.В., Новиков B.C. Разработка методов контроля процессов в шахтных печах//Средетва и системы автоматического контроля и управления технологическими процессами в металлургии: Материалы Всесоюзной конференции. Свердловск: УПИ, 1991. С.36-38.

-41. Закономерности теплообмена в доменной печи при неравномерном распределении потоков материала и г-аза//Ю.Г.Ярошенко, Н.А.Спирин, В.С.Новиков и др.//Известия вузов.Черная металлургия. 1992. N 6. С.55-58.

42. Теплотехнические аспекты повышения эффективности доменной плавки/Н.А.Спирин, В.С.Новиков, Ю.Г.Ярошенко и др.//Материалы Международной конференции "Металлургия 92". Краков (Польша), 1992. С. 12-14.

43. Идентификация и управление процессами теплообмена в шахтных печах/Н.А.Спирин, Ю.Н.Овчикников,.В.С.Новиков, Ю.В.Феду-лов//Труда 1-й Международной конференции по газ-жидким-твердым промышленным реакторам. Огайо. Колумбус(США), 1992. C.8-II.

44. Спирин H.A.,Лавров В.В..Швыдкий B.C. Разработка нового способа состояния огнеупорной футеровки металлургических печей/ Научные основы конструирования металлургических печей: Материалы международной конференции. Днепропетровск: Пороги, 1993. С. II-I

III. Авторские свидетельства а патенты

45. A.c. 546819 СССР. ЫКИ G Ol P5/I0; G Ol F 15/00. Устройство для измерения скорости газа в вахте доменной печи/В.Б.Щер-батский, О.Н.Овчинников, Б.М.Шавельзон, Ю.Г.Ярошенко,. Н.А.Спирин. Опубл. 15:02.77. Бвл. Н 6.

46. A.c. II2I232 СССР. ШШ С '21 В 5/00. Способ регулирования хода доменной печи /В.В.Федулов, О.Н.Овчинников, Б.И.Китаев, О.В.Яковлев,H.A.Спирин и др. Опубл.30.10.84. Бвл. N 40.

47. A.c. I2I010I СССР. МКИ G 01 Р 5/10-Устройство для-изме-рения скорости газа/В.Б.Щербатский, A.B.Цветков, Н.в.Сафронов, Н.А.Спирин и др. Опубл.07.02.86. Бил. Д-5.

48. А.с.1152965 СССР. ШЯ С 21 В 7/24. Способ контроля распределения шихтовых материалов на колошнике доменной печи/Н.А.Спирин, Б.И.Китаев, Ю.Г.Ярошенко а др. 0публ.30.04.85. Бил.К 16.

4Э. A.c. 1188207 СССР. ЫКИ C2I В5/Ш. Способ регулирования работы доменной печи/В.Н.Овчинников, Н.А.Спирин, А.В.Ченцов и др. Опубл. 30.10.85. Бал. Н 40.

50. A.c. 1747496 СССР. ШШ C2I В7/08. Способ определения состояния газоотвода/Н.А.Спирин, Я.М.Гордон, В.С.Шзыдкий и др. Опубл. 15.07.92. Бш. N 26.

51. A.c. I518380 СССР. МКИ С 21 В5/00. Способ работы группы доменных печей/Ю.Н.Овчинников, А.В.Ченцов, Н.А.Спирин и др. Опубл. 30.10.89. Бш. N 40.

52. Положительное решение по заявке о выдаче патента, МКИ C2I В5/00. Способ управления работой группы доменных печей /H.A.Спирин, В.П.Монастырсков, Ю.В.Федулов и др.

N4765110/02(1444307). Заявл.04.12.89.

53. Положительное решение по заявке о выдаче патента, МКК 121 Ш9/00. Способ контроля работой печи/Н.А.Спирин, В.С.Новиков, Ю.В. Федулов И др. N5012652/02(077077). Заявл.22.11.92.

54. Положительное решение по заявке, о выдаче патента, МКМ С21 В7/24. Способ контроля теплообмена в Доменной печи / Н.А.Спирин, В.С.Новиков, М.Ф.Сафронов и др. К 504989/02(026888). Заявл. 4.06.92.

Условные обозначения: с - теплоемкость; Н - полная высота слоя; п - отношение теплоемкостей потоков шихты и газа; у - координата по высоте слоя; К7- коэффициент теплообмена в слое; "р - плотность; я - скорость потока; N - безразмерная высота слоя; У - безразмерная координата по высоте слоя; "г - температура материала^ Т - температура газа. Индексы: ' - на входе в слой; * - на выходе из слоя; г - газ; м - материал; п - периферия; ~ - относительное (по отношению к среднему) значение; о .- нормальные условия; N=(^>/(0^^); У=(К7у)/(сгрг??г); в=(Т-Г)/(Г-Г); ^и-ГКОТ'-**).

-Подписано в печать 03..03.94 Формат 60х 84 1/16

Бумага Плоская пе'чать Усл.п.д. 3,02

Уч.-изд.л. 2,36 . Тираж 100 Заказ 149 Бесплатно

Редакциояно-и здательский отдел ЛТГ-УШ 620002, Екатеринбург, 7ГТ7-У1И, 8 -й учебный корпус Ротапринт. ШУ-УШ. 620002, Екатеринбург, УГТУ-УШ, 8-й уч.корд^