автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка энергосберегающего режима электроплавки металлизованных окатышей на базе исследований тепловых и массообменных процессов

Введение

1.Состояние вопроса, постановка задачи и методика исследования.

1.1. Современное состояние и особенности выплавки электростали с использованием металлизованного сырья.

1.2. Анализ путей совершенствования теплоэнергетического режима электроплавки в дуговых печах.

1.3. Эффективность применения кислорода в дуговой печи для интенсификации процессов электроплавки.

1.4. Совершенствование технологических процессов электроплавки на основе применения кислородных зондов.

1.5. Особенности объекта, задачи и методика исследования.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных исследований в производственных и лабораторных условиях установили особенности взаимосвязи между процессами нагрева и обезуглероживания металлической ванны переменной массы, теоретическим анализом и опытным путем впервые обоснована актуальная научно-техническая задача - согласование процессов нагрева и обезуглероживания ванны в зависимости от режимов непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей, применительно к технологии выплавки электростали в сверхмощной дуговой сталеплавильной печи с продувкой ванны кислородом.

1. Разработана методика, алгоритм и программа расчета на ЭВМ тепловых потоков в рабочем пространстве ДСП с непрерывной подачей металлизованных окатышей в ванну. По данным моделирования и расчетов определены условия, при которых падающий тепловой поток в максимальной степени распределяется по поверхности металлической ванны при погружении электрических дуг в объем вспененного шлака, что позволяет обеспечивать наилучшие условия теплообмена для интенсификации плавления окатышей по ходу электроплавки.

2. Изучен механизм и кинетические закономерности усвоения металлизованных окатышей железо-углеродистым расплавом Получено критериальное уравнение зависимости числа Шервуда (Sh) от критериев G, характеризующего интенсивность перемешивания расплава и Шмидта(8с), а также показано, что скорость диффузионного плавления металлизованного сырья определяется в основном концентрацией углерода в нем, режимом обезуглероживания расплава и теплопитания сталеплавильной ванны.

3. Экспериментальным путем в 150 т ДСП изучены закономерности нагрева и обезуглероживания металла при непрерывной подаче металлизованных окатышей в ванну. Установлено, что изменение скорости непрерывной загрузки металлизованных окатышей и удельного расхода электроэнергии оказывает большее влияние на режим нагрева ванны, чем на процесс обезуглероживания расплава. Предложен теплоэнергетический режим электроплавки, учитывающий особенности обезуглероживания и теплопитания металлической ванны, что позволяет улучшить технологические и технико-экономические показатели процесса.

4. Разработана и предложена математическая модель теплового состояния сталеплавильной ванны с изменяющейся массой металла, основанная на решении задачи сопряженного теплообмена в рабочем пространстве ДСП, позволяющая непрерывно рассчитывать температуру металла, скорости обезуглероживания и нагрева расплава и их соотношение по ходу электроплавки.

5. Разработан энергосберегающий режим электроплавки на основе соблюдения синхронности нагрева и обезуглероживания ванны. Найдено оптимальное соотношение скоростей нагрева и обезуглероживания металла (Копт=-350), позволяющее вести плавку с перегревом металла около 75 °С, то есть в оптимальных пределах 50-100°С.

6. Результаты моделирования и обработки большого массива опытных данных свидетельствуют о том, что при использовании математических моделей расчета тепловых потоков, согласования процессов нагрева и обезуглероживания расплава и управления тепловым состоянием металлической ванны улучшаются технико-экономические показатели процесса: в сравнении с типовым режимом производительность печи возросла с 1,15 до 1,26 т/мин, удельный расход электроэнергии снизился с 619 до 578 кВт-ч/т.

7. Разработана и внедрена для использования в дуговых печах на ОАО "ОЗММ" система сквозного контроля активности (концентрации) кислорода в металле, позволяющая оптимизировать режимы раскисления, легирования и внепечной обработки стали и обеспечивать повышенные технико-экономические и качественные показатели процесса.

1.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. - М: "Металлургия", 1979.- 256 с.

2. Kenders S. Design of modern electric steel mill/ European Electric Steel Congress, Florence, Italy, 29th Sep. lsl Oct., 1986. P.P. 2.2./1-29.

3. Обзорная информация МИНЧЕРМЕТ СССР/ Серия Сталеплавильное производство М., 1988 г., вып. 3, с.З.

4. Бюллетень института «Черметинформация», 1983 г., вып. 1, с.З 1.

5. Трахимович В.И., Шалимов А.Г. Использование железа прямого восстановления при выплавке стали.

6. Черная металлургия. Сер. Сталеплавильное производство. Обзорная информация, 1982 г., вып.З.

7. Черная металлургия. Сер. Сталеплавильное производство. Обзорная информация, 1981 г., вып.1.

8. Черная металлургия капиталистических и развивающихся стран. Сводная информация института «Черметинформация»- М., 1980 г.

9. Hallot Г. Tes fours elctricques.- Homme et fonderie, 1980, №110, p. 4549.

10. Schwabe W. E. Influence of reactance on operating and investment cost. Electric furnace Proceedings of the Iron and Steel Society of AIME December 1979 Conference, Detroit, Michigan, USA, v.37.

11. Becvar I. Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung, b.20, №1, 1982, s.31-38.

12. Электросталеплавильное производство. Бюллетень иностранной коммерческой информации, 1981 г., №155-156,с.3-4

13. Пантке X., Квинс X. Качество губчатого железа для производства стали/Черные металлы, 1977, №14, с.9-14.

14. Денисенко В.М., Фомин И.А., Кошелев А.Е. и др./ «Сталь», №6, 1988 г., с.28-30.

15. Пирожников В.Е. Автоматизация электросталеплавильного производства. М: «Металлургия», 1985.- 184 с.

16. А.с. № 118646 СССР. Способ контроля содержания углерода в сталеплавильной ванне. В.М. Денисенко, Б.Б. Анисимов, Л.Я. Колесников и др./ «Открытия. Изобретения», 1985, №39, с.112.

17. О.Е. Молчанов, Е.А. Нечаев, Г.В. Сарайкин и др./ «Сталь», №4, 1986 г., с. 33.35.

18. Э.Э. Меркер, О.И. Бартенева, А.С. Тимофеева/ «Известия вузов. Черная металлургия», №11, 1998 г., с.5-7.

19. Кислородные зонды в сталеплавильном производстве. В.П. Лузгин, И.В. Зинковский, В.В. Покидышев и др. -М : "Металлургия", 1989. -144 с.

20. С.Б. Свиридов, С.Л. Черепанов, В.В. Рябов, А.Г. Касьянов, В.Ф. Меркулов / "Сталь", №10, 1997 г., с.32-33.

21. Г.В. Серов, С.Н. Падерин, B.C. Римкевич, В.Ю. Зимин/ "Сталь", №11, 1987 г., с. 45-46.

22. Кожеуров В.А. Термодинамика металлургических шлаков. М: "Металлургия", 1955 г. - 156 с.

23. Куликов И.С. Раскисление металлов. М: "Металлургия", 1975 г. -504 с.

24. Сборник технологических инструкций ОЭМК по выплавке стали в ДСП-150.

25. A.M. Фомин, H.K. Анисимов, Т.И. Изгалиев, А.Н. Иванов/ "Сталь", №9, 1995 г., с. 22.23.

26. А.Н. Макаров, А.Д. Свенчанский. Оптимальные тепловые режимы дуговых печей. М: "Энергоатомиздат", 1992 г. -96 с.

27. А.Н. Макаров. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. -Тверь : ТГТУ, 1998 г. 184 с.

28. А.Н. Макаров, Е.М. Мошкова / "Известия вузов. Электротехника", с. 34-36.

29. С.И. Герцык, В.А. Владимиров/ "Сталь", № 1, 1998 г., с. 28-31.

30. Г.М. Палий. Функции распределения тепловых потоков, падающих от дуг, и некоторые вопросы тепловой работы дуговой электросталеплавильной печи/ В сб. "Производство стали и стального литья". Вып. 10. М: "Металлургия", 1971 г.

31. B.C. Сапиро, С.Н. Тимошенко, А.Б. Чернышев и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №3, 1981 г., с. 63-66.

32. И.И. Игнатов/ "Сталь", №4, 1986 г., с. 36-39.

33. М.А. Глинков, Б.С. Бокштейн, В.Н. Ткачук, Ю.П. Филимонов, А. Мукерджи/ "Известия вузов. Черная металлургия", №7, 1975 г., с. 166-170.

34. Г.В. Булгаков, В.И. Явойский, В.П. Григорьев, В.Ф. Кравченко. Исследование и пути совершенствования процессов производства стали/ Сб. LXII/ Раскисление и дегазация. М: "Металлургия" , 1970 г., с.109-114.

35. М.Я. Меджибожский, Е.А. Капустин, А.В. Шемякин и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №11, 1972 г., с. 39-42.

36. A.M. Амдур, А.С. Михайликов, С.Г. Братчиков, A.M. Ереметов, A.M. Фомин, В.М. Дедовской/ "Известия вузов. Черная металлургия", №1, 1989 г., с.49-53.

37. В.И. Баптизманский, В.М. Душа, Б.М. Братченко и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №6, 1987 г., с. 19-22.

38. А.Г. Бобковский, Р.А. Шварцман, П.П. Шухвостов/ "Известия вузов. Черная металлургия", №2, 1990 г., с. 5-7.

39. A.M. Амдур, А.С. Михайликов, С.Б. Братчиков и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №11, 1988 г., с. 42-45.

40. О.И. Бартенева, Э.Э. Меркер, В.И. Сидоров, А.И. Булгаков, Д.А. Харламов/ В сб. Международная научно-техническая конференция "Вопросы проектирования и эксплуатации технических систем в металлургии", г. Старый Оскол, 1999 г., с.54.

41. Б.П. Крикунов, В.В. Парабин, С.В. Шлемко / "Сталь", № 4, 1986 г., с. 32

42. Степанов А.Т. Разработка и внедрение режима продувки сталеплавильной ванны с применением двухъярусного потока кислорода. Дис. к.т.н. -М., 1978 г.

43. А.В. Гейнеман. Исследование особенностей процессов обезуглероживания и нагрева мартеновской ванны при различных способах интенсификации плавки. Автореферат к.т.н. -М., 1969 г.

44. Челядин М.М. Исследование некоторых закономерностей тепловой и технологической работы мартеновских печей, работающих с продувкой ванны. Автореферат к.т.н. Днепропетровск, 1972 г.

45. A.M. Фомин, О.А. Хохлов, В.М. Дедовской, В.И. Трахимович, A.M. Ереметов/ "Сталь", №1, 1988 г., с.40-42.

46. В.И. Донцов, A.M. Амдур, В.А. Ровнушкин/ "Известия вузов. Черная металлургия", №7, 1986 г., с. 31.

47. А.Б. Усачев, А.С. Лобода, В.А. Григорян/ "Известия вузов. Черная металлургия", №10, 1981 г., с.31.

48. С.Н. Падерин, Е.В. Феоктистов. С.И. Чемерис и др./ "Сталь", №11, 1992 г., с.35-37.

49. Падерин С.Н., Абрахам С.О./ "Известия вузов. Черная металлургия", №11, 1995 г., с. 25-29.

50. Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин, А.В. Попов и др./ "Сталь", №5, 1981 г., с. 13-17.

51. Афанасиади А.Г. «Физико-химические закономерности и разработка энерготехнологических режимов выплавки полупродукта в сверхмощных дуговых печах ДСП-100», канд. дис.

52. Фомин A.M. «Физико-химические особенности плавления МОК, исследование их фазового состава и разработка технологии производства стали в дуговой печи с целью повышения технико-экономических показателей плавки» канд. дис.

53. Э.Э. Меркер/ "Известия вузов. Черная металлургия", №3, 1982 г., с. 23-27.

54. Э.Э. Меркер, В.П. Лузгин, В.И. Явойский, А.Т. Степанов/ "Известия вузов. Черная металлургия", №11, 1976 г., с. 31-35.

55. В.И. Явойский, А.В. Явойский. Научные основы современных процессов производства стали. М: "Металлургия", 1987 г. -184с.

56. С.Б. Братчиков, Б.Ш. Статников, В.В. Волкова, А.С. Михайликов, О.И. Щербакова/ "Известия вузов. Черная металлургия", №12, 1981 г., сообщ.1, с.92-95.

57. С.Б. Братчиков, Б.Ш. Статников, В.В. Волкова, А.С. Михайликов, О.И. Щербакова/ "Известия вузов. Черная металлургия", №4, 1982 г., сообщ.2, с. 112-115.

58. В.П. Цымбал. Математическое моделирование металлургических процессов. М: "Металлургия", 1986 г. - 240 с.

59. Ю.Н. Яковлев, А.В. Камкина, Т.В. Рыдванская и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №6, 1992 г., с. 17-21.

60. А.Г. Пономаренко/ "Сталь", №1, 1991 г., с. 19-23.

61. И.В. Лапшин, Н.Н. Попов, А.И. Петров/ "Известия вузов. Черная металлургия", №5, 1986 г., с.50-52.

62. Н.Н. Попов, И.И. Игнатов/ "Известия вузов. Черная металлургия", №1, 1986 г., с. 42-46.

63. И.И. Игнатов, В.Н. Курлыкин. Расчет на математической модели тепловой работы дуговой сталеплавильной печи с ТКГ. Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия, 1984 г., вып. 1 (251), с. 1-3.

64. Математическое моделирование и расчет ЭТО/ Сб. научных трудов ВНИИЭТО. -М: "Энергоатомиздат", 1989 г.

65. А.Б. Усачев, А.В. Баласанов, Е.Г. Полозов и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №9, 1985 г., с. 68-72.

66. Я.Л. Кац, В.П. Кириленко, А.Г. Шалимов, Е.П. Шахпазов/ "Сталь", №9, 1997 г., с.24-29.

67. А.В. Егоров/ "Сталь", №3, 1997 г., с.27-31.

68. Д.А. Харламов, Э.Э. Меркер, О.И. Бартенева. Энергосберегающий режим нагрева металла в АКОС.//В сб. « III Международная научно-практическая конференция «Человек и окружающая среда», г. Пенза, 2000 г., с.47.

69. О.И. Бартенева, Э.Э. Меркер, Д.А. Харламов. Исследование теплоусвоения сталеплавильной ванны в дуговой печи с изменяющейся массой металла. «Известия вузов. Черная металлургия»,№5, 2001, с. 74.

70. О.И. Бартенева, Э.Э. Меркер, Д.А. Харламов. Энергосберегающий режим электроплавки при синхронизации процессов нагрева и обезуглероживания. «Извести вузов. Черная металлургия», №9, 2001.

71. О.И. Бартенева, В.В. Гмыря. Разработка энергосберегающего режима электроплавки стали.//Всероссийская научно-техническая конференция «Современная металлургия начала нового тысячелетия», г. Липецк, ЛГТУ, 2001 г., (в печати).

72. Бартенева О.И., Кочетов А.И., Меркер Э.Э. «Энергосберегающий режим электроплавки при непрерывной подаче металлизованных окатышей в ванну» //Международная электронная заочная конференция «Молодежь, студенчество и наука XXI века», г. Ижевск, 2001 г.

73. Ю.П. Снитко, И.М. Оржех/ "Сталь", №8, 1989 г., с. 34-36.

74. Н.В. Евсеева, O.K. Токовой, А.И. Волкодаев, С.И. Прокофеьев/ "Сталь", №7, 1998 г, с. 27-29.

75. В.М. Бреус, Я.Л. Кац, А.А. Клачков/ "Металлург", №3, 1999 г., с. 38-41.

76. Ю.М. Максимов, И.М. Рожков, А.Г. Закурдаев, В.А. Голенко/ "Сталь", №4, 1970 г., с. 316.

77. B.C. Кочо, В.П. Афанасьев, А.А. Якунин и др./ "Известия вузов. Черная металлургия", №11, 1972 г., с.54-56.

78. В.Г. Антипин//«Сталь», №1, 1991 г., с.18-19.

79. Г.О. Нейгебауэр, В.И. Дмитриенко, Г.Л. Борщевская, Д.В. Мурзаев // «Сталь», №5, 1987 г., с. 38-41.

80. И.И. Игнатов, Л.Б. Раппопорт, А.В. Хаинсон// В сб. ВНИИЭТО «Математическое моделирование и расчет ЭТО», с.З-10.

81. Л.Б. Раппопорт//// В сб. ВНИИЭТО «Математическое моделирование и расчет ЭТО», с. 11-15.