автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и промышленное освоение технологии загрузки с циклическим изменением уровня засыпи

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ КОЩЕШЩ ОПТИМАЛЬНОГО РАШРВДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ГАЗОВ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ.

1.1. Исследование свойств доменной шихты.

1.2. Рациональное распределение шихтовых материалов на колошнике . II

1.3. Определение положения пластичной зоны.

1.4. Роль пластикой зоны в распределении газового потока.

1.5. Выводы. Задача исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГРЕБНЕЙ МАТЕРИАЛОВ, ЗАГРУЖАЕМЫХ НА ИЗМЕНШОВДИСЯ ВО ВРЕМЕНИ УРОВЕНЬ

ЗАСЫПИ.

2.1. Вывод уравнения траектории падения материалов с большого конуса с учетом восходящего потока газов.

2.2. Определение коэффициентов сопротивления компонентов шихты газовому потоку

2.3. Расчет траектории падения шихты с большого конуса и положения гребней материалов по радиусу колошника

2.4. Графическая интерпретация результатов изменения уровня засыпи подданному закону

2.5. Выводы

3. МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ

ЗАСЫПИ НА РАШРЩЕЖШЕ МАТЕРИАЛОВ И ГАЗОВ В ПЕЧИ

3.1. Методические вопросы исследования распределения рудной нагрузки по радиусу колошника ;г-<-'-:е. ". методом . математического моделирования

3.2. Распределение рудной нагрузки и мелких фракций шихтовых материалов по радиусу колошника

3.3. Экспериментальное определение рудной нагрузки и гранулометрического состава шихты по радиусу колошника перед задувкой.

3.4. Экспериментальное исследование распределения материалов и газов по радиусу колошника и середине шахты с помощью зондирования.

3.5. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ С ВДКЛИЧЕСКММ ИЗЖНЕШЕМ УРОВНЯ ЗАСЫПИ.

4.1. Влияние параметров циклического уровня засыпи на перераспределение газового потока в печи

4.2. Влияние режимов дутья с высокими параметрами на устойчивость газового потока в печи при циклическом уровне засыпи

4.3. Избирательное воздействие циклического уровня засыпи на распределение рудной нагрузки по радиальным зонам колошника.

4.4. Выводы.

5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ С ЩШШЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ УРОВНЯ ЗАСЫПИ.

5.1. Доменная плавка с высоким содержанием окатышей в шихте.

5.2. Доменная плавка на измененном профиле печи . . . ИЗ

5.3. Улучшение технико-экономических показателей доменных печей HJMK при работе на многокомпонентной шихте.И

5.4. Выводы.

0НЩЕ ВЫВОДЫ.

Проблема снижения топливных и энергетических затрат в технологических процессах, поставленная в решениях ХХУТ съезда. КПСС, особенно валена для черной металлургии, как одной из самых энергоемких отраслей народного хозяйства.

Доменное производство является основным потребителем в черной металлургии дорогостоящего кокса, дефиодт которого в народном хозяйстве постоянно возрастает. Сокращение расхода кокса в доменной плавке ведет к улучшению технико-экономических показателей и снижению себестоимости чугуна. Одним из путей снижения расхода кокса является достижение оптимального распределения материалов и газов на колошнике доменной печи с целью более полного использования восстановительной способности газов. Поставленная задача особенно актуальна для современных условий доменной плавки, отличающихся с одной стороны - использованием разнообразных по своим качествам шихтовых материалов с невысокими металлургическими свойствами, с другой - постоянным увеличением интенсивности и удельной производительности печей.

В настоящее время существуют различные подходы в решении поставленной задачи, в том числе применение новых конструкций засыпных устройств, исследование и оптимизация пластичной зоны, углубление знаний в области газодинамики Еерхней части печи, рассмотрение во взаимосвязи газодинамических процессов, протекающих одновременно в верхней и нижней зонах печи.

Целью исследований является разработка новой технологии загрузки и способа регулирования распределения шихтовых материалов на колошнике для достижения оптимальной структуры столба шихтовых материалов, активизации работы большей части сечения печи и улучшения степени использования газов. Работа имеет как теоретическую, так и практическую направленность. Она основывается на теоретическом обосновании новой технологии загрузки, математическом моделировании, установленных зависимостей и большом объёме экспериментальных исследований.

К защите представляются следующие научные и практические положения:

1. Траектория ссыпания шихтовых материалов с большого конуса с учетом восходящего потока газа в сопротивляющей среде описывается в параметрическом виде. Выведены и обоснованы уравнения, рассчитывающие положение гребней материалов при ссыпании шихты на изменяющийся во времени уровень засипи.

2. Предложен общий метод математического моделирования изменения рудной нагрузки по радиальным зонам колошника для режимов загрузки с циклическим изменением уровня засыпи.

3. Совместное рассмотрение математического описания и экспериментальных данных позволило установить эффективность применения технологии загрузки с циклическим изменением уровня засыпи .за , счет более равномерного распределения мелких и крупных фракций шихты по радиусу печи.

4. Исследования, проведенные на действующих доменных печах при различных режимах работы, дали возможность определить как основные параметры технологии загрузки с циклическим изменением уровня засыпи, так и подтвердить сформулированные ранее теоретические предпосылки использования новой технологии загрузки.

В заключении автор выражает благодарность работникам доменного цеха, ЦЗЛ НЛМК и сотрудникам лаборатории В 10 ЦНЙИчермет за помощь в проведении исследований и обработке результатов. Особую признательность автор приносит научному руководителю, доктору технических наук, профессору В.Г.Воскобойникову.

I. СОВРЕМЕННЫЕ конщщии ОПШЛАЛЬНОП) РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ГАЗОВ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Возрастающий дефицит металлургического кокса и необходимость

1ЭЭ О X 0213 снижения топлива в доменной плавке стимулировали в последние годы исследования вопросов, связанных с газодинамикой доменного процесса. Здесь следует отметить, презде всего, традиционные направления исследовании: газопроницаемости доменной шихты, распределения материалов на колошнике, способов регулирования материалов и газов в печи и разработф. конструкций засыпных устройств.

Большое внимание и ранее уделялось процессам, протекающим в Ш'Шней части доменной печи с точки зрения шлакообразования [I, 2] и были даны научные представления о переходе материалов из твердой фазы в пластичную, а затем в жидкую фазу. В последние годы, трудами в основном японских ученых? эти вопросы получили дальнейшее развитие. Исследованы, в частности, конфигурация пластичной зоны, положение этой зоны по высоте печи и возможность регулирования ее положения и форыца. Полученные результаты показывают, что пластичные слои выполняют функцию распределителя газами хара-их ктер распределения имеет большое значение для газопроницаемости всего столба шихтовых материалов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получено уравнение траектории падения кускоЕ шихты с большого конуса с учетом восходящего потока газоЕ в сопротивляющейся среде и рассчитаны точки встречи этой траектории с дискретно изменяющимся уровнем засыпи.

2. Графическая интерпретация полученных результатов показала, что при циклическом изменении уровня засыпи меняется местоположение загружаемой на этот уровень порции шихтовых материалов по радиусу колошника с цикличностью, которая характеризуется верхней и нижней границей уровня засыпи, шагом изменения уровня засыпи, количеством подач, загружаемых на каждом шаге, сочетанием цикла вращения распределителя шихты с циклом изменения уровня засыпи.

3. Разработан способ загрузки, основанный на изменении уровня засыпи по циклическому закону, согласованному с опусканием большого конуса и работой вращающегося распределителя шихты.

4. С помощью математического моделирования установлено, что при циклическом изменении уровня засыпи рудная нагрузка по радиальным зонам колошника отличается от рудной нагрузки при стационарном уровне. За счет периодического понижения и повышения уровня засыпи, а также периодического изменения угла наклона поверхности шихты рудная нагрузка при циклическом изменении уровня засыпи имеет более плавный характер зависимости с меньшей разностью значений между различными точками радиуса колошника, чем при стационарном уровне.

5. Экспериментальными методами с помощью одновременного зондирования на двух горизонтах шахты показано, что при циклическом уровне засыпи достигается более равномерное распределение материалов и газов по радиусу печи, на участке между исследуемыми горизонтами достигается лучшее использование газа.

6. На доменных печах объемом 1060, 1000, 2000 (две печи) и о

3200 м исследованы различные режимы циклического уровня засыпи. Установлено, что с помощью изменения параметров циклического уровня засыпи: количество подач, загружаемых на каждом уровне, нижней и Еерхней границы уровня засыпи, очередности загрузки материалов, шага изменения уровня засыпи можно усилить или ослабить газовый поток в радиальных зонах печи.

7. На основе проведенных исследований рекомендуется новый способ регулирования распределения шихтовых материалов на колошнике, который расширяет возможности конусных засыпных устройств в регулировании газового потока. Разработанный способ загрузки и регулирования обеспечивает устойчивый ход печи при высоких параметрах дутья.

8. Рекомендованы режимы загрузки и параметры дутья при осуществлении доменных плавок с высоким содержанием окатышей в шихте (40%) на измененном профиле печи и с использованием многокомпонентной шихты.

9. Технология загрузки с циклическим изменением уровня за-сыпи внедрена на всех печах ШМК, оборудованных конусными засыпными устройствами.

1. В.Г.Воскобойников Теплоемкость доменных шлаков при высоких температурах. Теория и практика металлургии, 1940, ^ 8, 11-60, В 10, 3-6.

2. В.Г.Воскобойников Суждения о физических свойствах доменных шлаков по температурам их плавления. Доменное и агломерационное производство. Москва-Днепропетровск, с.3-30.

3. Коробов И.И. Отчет ВИР БНТЬЬцентр В го с. регистрации 80027754, с.12-18.

4. J?cjch ¿Ke ivueivi. Факторы влияющие на угол откоса шихтовых материалов. Тэцу то хаганэ, 1982, 68, 4, 104, РЖ II В 244,1982.

5. Ufja^r^i gf i¿re ^г^и a^fi/tP/eé/ éhsA^Jp /т У /9, Nttf p Sé? -¿tf r / '• $íí¿c¿u %a /с ;h„ ¿^'

6. Изучение распределения руды и кокса доменной печи на модели с^натуральными размерами. 3- ^Z&h * 1979, 65, & 3, 358-367. РЖ 7 В 364,1982 г.9. Sy U {а ЙГгл/с1. С/ „

7. Изучение характеристик распределения шихты в доменной печи. Явление разрушения слоя кокса при загрузке руды. Тэцу то-.хаганэ, 1982, 66, В II, 701, РЖ ЗВ 286,1983.

8. КоробоЕ К.И., Коешое В.Н., ГалаганоЕ А.й. и др. Исследование работы доменной печи на разном количестве окатшей в шихте. Металлургия и коксохимия, 1975, $ 43, 41-45.

9. Коробов И.И., Галаганов А.И., Васюченко Л.И., Жак А.М. Распределение материалов на колошнике доменной печи при участии е шихте окатышей. Металлургия и коксохимия, 1980, В 70, 42-45.

10. Коешов В.Я., Чистяков В.Г., Петренко В.А., Терещенко Н.В. Исследование влияния систем загрузки на газопроницаемость доменной шихты в подаче. Металлургия и коксохимия. 1979, & 62, 30-34. .

11. Довгалюк Б.П., Шербицкий Б.В., Колесник И.Л., Илганин

12. С.Т., Крыжанов А.И. Влияние уровня засыпи на технико-экономические показатели доменной плавки. Металлургическая и горнорудная промышленность, В 3, 1977, 25-31.

13. Тарасов В.П., Лаврентьев М.Л., Миходиевский В.А. и др. Влияние равномерного распределения материалов по окружности колошника на работу газового потока. Металлургия и коксохимия, 1974,38, 65-69.

14. Тарасов В.II. Потери напора по сечению печи в реальных условиях доменной плавки. Сталь, 1973, ^ I, 11-13.

15. ТарасоЕ В.П. Изменение порозности слоя шихтовых материалов при их загрузке с конуса. Сталь, 1979, й 7, 486-489.

16. Тарасов В.П., Певтиев И.Ы., Русских В.П., Овчаренко 10.И., Тарасов Ф.Н. Влияние различных систем загрузки на показатели работы печи и стойкость холодильников шахты. Доменное производство. Тематический сборник гё 6, 40-44. М. Металлургия.

17. Логинов В.Н., Берин А.Л., Соломатин С.М., Жак А.М., Васюченко А.И. Влияние смешивания рудного сырья с коксом на газодинамические условия и технико-экономические показатели доменной плавки. Сталь, 1977, £ 5, 391-394.

18. Хомич И.Т., Зусманский А.Я., Воловик Г.А. и др. Улучшение работы доменной печи при изменении режима загрузки шихты, содержащей окатыши. Металлургическая и горнорудная промышленность. 1979, JS 4, 60-65.

19. Кэнно Юдзи, Сугата Массааки, Аибу Каору Результаты работы доменной печи В 4 завода "Муррран" с применением смешанной шихты. Тэпу то хаганэ, 1978, 64, tè 4, 55.21. ^tqiïoue Я, fi, 22 Ши&Жача ¿¡¿tufO^M,

20. ОкцмаУЯ б&й?. Работа бесконусного засыпного аппарата доменной печи .£п 2 завода Тиба. $Ù> iA/ct£aÂaj <£/eeJ , "1979, II, № 3, 410-427.

21. Su^Ttfi'Qu^u, Моделирование распределения шихто-еых материалов на колошнике. Тэцу то хаганэ, IS8I, 67, в 4, 20.

22. CutAJi^po okc(j<xuTO. Состояние шихты в засыпном устройстве доменной печи. Тэцу то хаганэ, 1981, 67, В 4, 15.

23. GÂ+'/uXt/'O Особенности распределения шихты при бесконусной загрузке доменной печи. Тэцу то хаганэ, 1979, 65, JS II, 75.

24. Работа доменной печи tè 3 завода в Кимитцу и эффективность подвижных плит колошника. /f ^/Êy&Ofy /f^/. GveVgeaJl" /9У7, /Yi/o, Г?-6F.27. Giuii M,t PctêoAe^i M, .

25. Распределение шихты в доменной печи tè I металлургического комбината в Таранто фирмы Италсидер. „ ^ ^ & * &t'c/en" /V* ЗКО, /¿f-'YOt28. Н, М, &

26. Распределение шихты бесконусным засыпным аппаратом на доменной печи $ I завода в Таранто.я?«к': /зло, , ¿¿/~"з чг га /мо.029• ёСи*иЯачо £ 951йДал^'// УпачмЛ'м¿/.кеч* А'** р/ А/££ /¿V/30. 1ысхъя^ама &

27. Эксплуатация мощной доменной печи с бесконусным загрузочным устройством на заводе в Тибе. „ ^¿и*^^гоъ аъе/Л/б&^&гЯ/г'-¿/су>ео>И . 1980, 20, Я II, 54-64.

28. Кондо Микио и др. Распределение по крупности шихты е области колошника в бесконусной доменной печи.

29. Уа^эои*'^ 1979, 65, II, 79. РЖ 8В 210.32. о1ииФич а чьи?, ^ • ^Аго«*

30. Работа доменной печи с бесконусным засыпным аппаратом при низком расходе топлива.ала-ы " 1980, 66, 13, 1956-65, пер. й 3518 ЦШ'Мчермет.33. Ф^иьА* М., Т ^^

31. Работа доменной печи с низким расходом топлива и совершенствование контроля распределения газа. $ ^ил* Су с&ЛГИ^?/ /Г,.1. Р о/ц оЛаъ&и*»^иЙЕ$0\ С^ир. ¿й/. Аои^Ту/Ьигь ьиий,, /Мо35. ^Ь&гиет? ^Я^сянА Ж

32. Достижения в регулировании распределения газового потока на доменных печах завода Порт Кембла. №: .уое.г /-'<?>'зб- А? Ло^/? С

33. Управление работой доменных печей на металлургическом заводе в Дюнкерке. Соыъъ. ¿и/. ^Оис/ »ем-М&ф*37. ¿¿¿айаъс/*с/, е., &

34. Совершенствование доменной плавки на заводе Солвер за счет организации распределения материалов на колошнике. „ сА-^^и¿ьА-1 'и^ аиоЦШмЬ"^' 1980, 7, 2, 53-67. Перевод 3307.РЖ ЗВ145, 1982.38. О-илк РаеьА^и М.

35. Новые критерии регулирования газопроницаемости доменных печи.; " 1982, 79, Аз 10, 775-783, РЖ. 4В 239, 1983г.

36. ОЛс/^ъО о Регулирование распределения шихтына колошнике. I. Математическая модель распределения материалов на колошнике доменной печи с бесконусным загрузочным устройством. Тэцу то хаганэ, 1981, 67, й 12, 709. РЖ ЗВ 157, 1982 г.

37. Изучение способов регулирования распределения материалов на колошнике. 2. Регулирование распределения 'изменением крупности кусков агломерата, подаваемого бесконусным загрузочным устройством. Тэцу то хаганэ, 1981, 67, $ 12, 708. РЖ ЗВ 148, 1982 г.

38. Изучение схода шихты на модели доменной печи. Тэцу то хаганэ, 1981, 67, & 12, 753, РЖ ЗВ 169, 1982.45. ^^ / Яс($Ы0 ckûUH^i ,

39. Двухмерная модель газового потока и массопередачи в доменной печи. Тэцу то хаганэ, 1980, 66, J5 13, 108-117^ НЕ%9 : C&ugl. l^kjc/.1.f0t Vtf.Z, S. i ф-cV?/ ' d1. Ybëw оо^Ы in /èôt^

40. Ulâ/êsLf Osùid (Çdi ¿Ф^e&u

41. И., ком Я % ; (Млоъ сХ Я\ ^^^(¿¿о^ецп^ оииха/ ю 9/а ¡ьъас^'еае4.о с&дЖбе. лаз МьомЖуц*ьЯск.а£. и ^Ы Ъс^Ыс?Ш # • ^ & ' Ма^'Ьа^ОЬ в 41. Щ Я ~б</ ' ' ? " '

42. Сообщение о демонтаже доменной печи В I завода в Лилйгй со Тэцу то.хаганэ, 1980, 66, гё 13, 1975-1984.64. 41ог<Уа Ж., ^о^Аоёа 9??,

43. Поведение окатышей и агломерата в зоне размягчения. Тэцу то хаганэ, 1980, 66, Л 13, 1960-1969. РЖ ЗБ 163, 1981 г.65. $U*,M м„ ЖоъоАа % ЯоыЖ V,

44. Разборка содержимого замороженных доменных печей. „ 0!Lot<i

45. W^jil/i/G^tO ^^'/¿^¿/Исследование низа зоны плавления доменной печи с помощью зонда веодимого через стенку распара. Тэцу то хаганэ, 1982, 68, II, 784. РЖ 2В 131, 1983г.

46. ЧЪ.^цЦииь&Ро ^{ot/yllwügQ^ Анализ результатов определения состояния полупродуктов по пробам, отобранным из доменной печи вертикальными зондами. Тэцу то хаганэ, 1980, 66, JS II, 684, РЖ ЗВ 179, 1981.

47. Явления, происходящие в нишей части доменной печи, работающей с пониженным расходом топлива. Результаты опытов на доменной печи ^ 3 завода Фукуяма фирмы "Ниппон" кокан. Тэцу то хаганэ, 1982, 68, Я II, 788. РЖ 233 133, 1983.75. ¿На^иуиа^о.

48. Опыты по уменьшению расхода топлива в доменной печи 13 I на заводе Факуяма фирмы "Ниппон кокан". Тэцу то хаганэ, 1982, 68, 4, 49. РЖ 12В 225, 1982.и им а

49. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. Учебник для металлургических специальностей вузов.3-е изд. М., Металлургия, 1979.

50. Готлиб А.Д. Доменныйпроцесс. Гостехиздат. У ССР, Киев, 1958, с.24.

51. Федоренко Г.И. Сталь, 1967, Jfc 7, с. 589-590.

52. Зозуля Г.С. и Сторожик Д.А. Сталь, 1969, J2 I, с.П-12.

53. Сторожик Д.А., Тылкин М.А., Гребеник В.Ы. Изготовление и эксплуатация загрузочных устройств доменных печей. Ы., Металлургия, 1973, с. 68-70.

54. Токарев JI.C., Иванов В.Б. Сталь, IS70, is 6, с. 498.

55. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики, М., 1963, с. 258-260.

56. Пешль Т. Техническая механика для инженеров и физиков. ГОНГИ M-JI., 1934, с.153-155.

57. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. Машгиз, IS52, с. 44175. .

58. Базалинский Ю.И., Клемперт В.М., Пухов А.П., Урбанович Г.И. Известия ВуЗОв, Черная металлургия, 1983, !■> 5, с. 15-20.

59. Базалинский 10.И., Клемперт хз.м., Френкель i'u • LI. Анализ процесса восстановления в шахте доменной печи. Извести ВузоЕ, Черная металлургия, 1983, & 9, с.131-132.

60. Базалинский 10.И. Клемперт В.М., Урбанович Г.И. Оценка газопроницаемости шахты доменной печи. Известия Вузов, Черная металлургия, 1983, J.? II, с. I6G-I6I.

61. ТарасоЕ В.П. Газодинамика доменного процесса. М., Меiталлургия, IS82, с.94-98.

62. Тарасов В.П. Изменение порозности слоя шихтовых материалов при их загрузке с конуса. Сталь, 1979, J,* 7, 486-489.

63. Тарасов В.П. Загрузочные устройства шахтных печей. М., Металлургия, 1974, с.117-121.

64. Похвиснев А.Н., Абрамов B.C., Красавцев Н.И., Леонидов Н.К. Доменное производство. Учебник для металлургических техникумов. М., Металлуршцдат, 1951, с.307.

65. Стефанович М.А. Анализ хода доменного процесса. Сверд-лоеск, Металлуршздат, 1963, с.88.105. ^u^t иге^^^1952, 2, JS 2, 89-94.

66. Рамм A.Ii. Современный доменный процесс. Ы., Металлургия, 1980, с.302.

67. Бабарыкин H.H. Сталь, 1973, të 8, с.684-687.

68. Подготовка руд к плаЕке и производство чугуна. Учебное пособие для практических занятии. Под редакцией проф. Похвиснева АЛ., 1981, 128.

69. Вегман Е.Ф., Краткий справочник доменщика. М., Металлургия, 1981.

70. Энгель К, Майер 3., Польтир К. Газопроницаемость столба шихты в доменной печи при использовании агломерата и окатышей. Черные металлы. Пер. с немецкого, 1973, JS I, с.3-10. /f111. ft/pf^ 1977, В 10, 57-65 (РЖ мет., 1978, 8В240).

71. КоробоЕ И.И., Галаганов А.И., Васюченко А.И. и др. Распределение материалов на колошнике доменной печи при участии в шихте окатышей. Металлургия и коксохимия, 15 70, 1980 , 42-45.

72. Крючков Н.М., Шпарбер Л.Я., Волков ЮЛ. и др. Освоение технологии доменной плавки на офлюсованных окатышах. Металлург, 1972, Я 10, с.10-13.

73. Волков 10.П., Шпарбер JI.Я. и др. Некоторые вопросы освоения офлюсованных окатышей в доменной плавке. Металлург, 1969,о, 6-10.

74. Котов A.II. и др. Сравнительная оценка основных металлургических свойств агломерата и окатышей. Металлург, 1972, 10, с. 10-13.

75. Бабарыкин H.H. и др. Применение офлюсованных окатышей в доменной плагке. Сталь, 1970, J* 8, с.673-683.

76. Бабарыкин H.H. Сталь, В 6, с.485-490.

77. Еембус М.Д. Сталь, 1977, JS 5, с.388-490.