автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка способов интенсификации доменного процесса на основе исследования оптимальных режимов загрузки шихты и работы горна

ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ.

На правах рукопису

Дишлевич Ігор Йосипович

РОЗРОБКА СПОСОБІВ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ДОМЕННОГО ПРОЦЕСУ НА ОСНОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ ОПТИМАЛЬНИХ РЕЖИМІВ ЗАВАНТАЖЕННЯ ШИХТИ ТА РОБОТИ ГОРНА

Спеціальність 05.16.02 "Металургія чорних металів"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ, 1995

Роботу виконано в Державній металургійній Академії України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Ковгаов В.М.

Офіційні опоненти : доктор технічних наук, професор Петрушов С.М.

кандидат технічних наук, доцент ' Гладков Ai.А.

Ведуче підприємство: Дніпровський металургійний комбінат ім.Дзеркинського

Захист відбудеться " 199 S р. о *7$, _ годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради К 068.02.01 при Державній металургійній Академії України за адресою: 320065, м.Дніпро-петровськ, пр.Гагаріна,4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державної металургійної Академії України.

Автореферат розісланий "ЛЬ " /С/ 1995 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої радй

7/jrr

канд.техн. наук, доцент / (/ ,

. ЛГАЛЕІА >.\РЛі;ТЕгі!СТЖЛ РОБОТИ

Актуальність роботи . Нова концепція розвитку металургії України перецумовлюа ліквідацію застарілих агрегатів, а також підвищення ефективності роботи сучасних доменних печей, щія чого необхідне подальше зниження витрат коксу, підвищення ефективності використання замінювачів коксу, зниження витрат енергії за допомогою використання нових та удосконалення відомих методів інтенсифікації.

Е нинішній час більшість доменних печей працює в режимах, значно віддалених від режиму оптимального і, більш того, - без чіткого формулювання критсрія оптимізації. Це пояснюється перл за все недостатністю досліджень в сучасних умовах, що характеризуються високим рівнем неконтролюемих обурень доменного процесу. Тому удосконалення і розвиток відомих, а також вишукування нових методів інтенсифікації плавки можливі при поглибленому дослідженні процесів, протікаючих в доменній печі.

Завантаження, путтєвий та шлаковий режими сучасного доменного процесу мають резерви підвищення інтенсивності плавки, які полягають частково в застосуванні нових конструкцій <|урм і спеціальних додатків до шихти, покращуючих фізичні властивості шлаку, а також - в оптимізації параметрів завантаження і дуття. Вирішенню цих актуальних задач якраз і присвячена дисертаційна робота.

Ьіетою роботи е поіаук, розробка та .використання методів інтенсифікації плавки шляхом поглибленого дослідження процесів,які мають місце у доменній печі, на основі- більш повного використання резервів роботи горна та оптимі заці ї завантажень і розподілу шихти на колошнику.

Поставлена ціль досягається вирішенням таких задач: визначення повного кола методів інтенсифікації доменної плавки; визначення шляхів розширення факторного простору класичних методів інтен-

сифікації; інтенсифікація суттєвого режиму в сучасних умовах; застосування методів раціоналізації шлакового режиму; оптимізація цуттевого режиму і завантаження доменних печей в сучасних шихтових умовах.

Наукова новизна роботи:

- визначено умови ефективної інтенсифікації роботи доменних печей на основі статистичних досліджень впливу'основних факторів на кінцеві параметри доменної плавки;

- запропоновано методику поглибленого дослідження окислювальних зон в умовах подачі різної кількості відновлювачів;

- установлені шляхи інтенсифікації роботи горна, які полягають у раціоналізації складу шлаку за рахунок введення до шихти спеціальних добавок, організації оптимальної кількості випусків та підбір оптимального гідродинамічного режиму випуску чавуну;

- запропоновано методи опгимізації дуттевого режиму, завантаження і розподілу шихти на колошнику, які інтенсифікують роботу доменної печі.

практична цінність роботи:

- розроблені раціональні способи підводу газу у фурми, нові конст-

рукції фур.і з раціональними параметрами, які активізують роботу горна доменної печі; .

- визначені раціональні кількості та види добавок до шихти, опти-мізуючих шлаковий режим;

- застосовані оптимальні параметри відпрацювання продуктів плавки для активізації роботи горна доменних печей;

- використані експериментальні та теоретичні методи оптимізації параметрів дуття та завантаження, ще дозволили інтенсифікувати роботу доменної печі.

На захист виносяться такі положення: результати промислових випробувань, які встановлюють закономірності протікання процесів

у всьому об’ємі зони циркуляції при введенні різної кількості віцновлювача; методи інтенсифікації роботи горна за допомогою оптимізації параметрів дуття та вдосконалення конструкції фурм; методи раціоналізації шлакового режиму введенням до шихти стабілізуючих розріджуючих економічних добавок; постановка задачі і методи вирішення завдань оптимального розподілу шихти на колошнику. '

Особистий вклад автора дисертації в розробку наукових положень і досягнення практичних результатів роботи полягаз в тому, що він самостійно запропонував і організував дослідження та перевірив на доменних печах технологію плавки з оптимізацізю кількості і періодичності випусків чавуну, а також розробив і впровадив методи оптимізації режимів пуття та завантаження для конкретних умов роботи доменних печей.

Методи досліджень, що застосовані для вирішення завдань дисертаційної роботи, засновані на сучасній теорії доменного процесу, фізико-хіиічних та балансових розрахунків, статистичної обробки техніко-економічних показників, застосування сучасних'методів моделювання, теоретичної та експериментальної оптимізації, витікаючої з аналізу складних систем.

Теоретичні методи інтенсифікації перевірялись та доповнювались натурними дослідженнями на доменних печах за допомогою застосування дослідних плавок з подальшим порівнянням їх результатів з базовими періодами роботи доменних печей при урахуванні . впливу діючих факторів на продуктивність та витрати коксу. Застосування таких методів досліджень дозволило розширити відомі та відшукати нові ефективні методи інтенсифікації, які значно поліпшують техніко-економічні показники доменної плавки.

Реалізація результатів У промисловості по темі дисертації.На

доменних печах металургійного завоцу ім.Петровського впровапже-но екрановані та нахилені повітряні фурми оптимальних параметрів, які дозволяють знизити витрати коксу на 1,3 - 1,97% та підвищити продуктивність на 1,36 - 2,73$.

Впроваджено введення конверторного шлаку цо шихти доменної плавки, що позволило поліпшити цесульфурацію чавуну, стабілізувати шлаковий режим та одержати економічний ефект 900 тис карбованців у цінах до 1991 року.

Впроваджено оптимальний режим відпрацювання продуктів плавки, що характеризується оптимальною масою випуску,.що привело до стабілізації роботи горна та інтенсифікації доменної плавки з піц вищенням продуктивності та зниження витрат коксу.

На доменних печах Криворізького металургійного комбінату впроваджено: роботу доменних печей № 5,6,8 з оптимальними парамет рами завантаження, встановленими на підставі послідовного симплен сного пошуку, який забезпечує зростання продуктивності на 2% та зниження витрати коксу на 0,4$; технологію доменної плавки при використанні у шихті залізорудних обкотишів та конверторного шлаку. .

У доменному цеху Запорізького металургійного комбінату засто совано методику, оптимізації газодинамічного режиму доменної печі № 4 факторами дуття та завантаження, які дозволили підвищити продуктивність доменної печі на 3-5% та знизити витрати коксу на 1,5 - 2,0$. . -

Апробація "роботи» Матеріали дисертації викладено та обговоре но на республіканських, всесоюзних та міжнародних конференціях і семінарах: міжвузівській науково-технічній конференції по організації та регулюванню доменного процесу, Магнітогорськ, квітень І9б8р; першій.республіканській конференції, молодих вчених-.металургів, Дніпропетровськ,січень, 1969р.; науково-технічній конфе-

ренції "Газодинаміка та механіка руху шихти в доменних печах, Свердловськ, березень, 1969р.; всесоюзній науковій конференції " "Теоретичні основи металургії чавуну”,Москва,січень,1974р.; третій республіканській науково-технічній конференції молодих інженерів- металургів,Дніпропетровськ, грудень, 1974р.; першій науково-технічній.конференції "Молоці .вчені - науково-технічному прогресу у. металургії", Донецьк, червень, 1977р.; всесоюзній науково-технічній конференції " П’ятирічці якості та ефективності - праця та пошуки молодих металургів”, Тула, жовтень, 1978р.;. всесоюзній науково-технічній нараді "Проблеми автоматизованого управління доменним виробництвом", Київ, жовтень, 1979р.; всесоюзній науково-технічній конференції "Теорія та практика сучасного доменного виробництва",Дніпропетровськ, травень,1983р.; конференції доменщиків "Витковице - 1989", Острава / ЧССР /, 1989р.; конференції "Металургія - 92", Краков / Польща/, 1992р.; конгресі доменщиків, Тула / Росія/, 1992р.; конференції "Чорна металургія Росії та країн СНГ у XXI сторіччі / Росія/,І994р.

Результати роботи апробувано на науково-технічних семінарах кафедр металургії чавуну Державної металургійної Академії України, Московського інституту сталі та.сплавів, Дніпроцзержинського державного технічного університету. . . .

Матеріали дисертації.докладалися на науково-технічних конференціях заводу ім. Петровського, комбінатів "Криворіжсталь" і "Запоріжсталь".

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у 18 статтях. . . .

Структура та обсяг роботи. Робота складається із вступу, п’яти розділів, вміщуючих 172 сторінки машинописного тексту, ЗІ ілюстрацію, 20 таблиць, списка літератури з 126 найменувань та додатка на 3-х сторінках.

\

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

І. В с т у п .

Інтенсифікація плавки- один з основних напрямків прискорення та удосконалення доменного процесу. Стосовно цо доменного процесу "інтенсифікація" включає не тільки продуктивність доменної печі, і і здійснення процесів доменної плавки у найбільш сприятливих умовах з меншою витратою палива.

Відомі класичні методи інтенсифікації: підготовка шихтових матеріалів цо доменної плавки, нагрівання дуття,_ вдування у піч віцновлювачів га окислювачів, використання підвищеного тиску під колошником. Та цим списком не вичерпується весь перелік можливостей інтенсифікації процесу. До методів інтенсифікації можна відне ти також модифікацію та удосконалення окремих технологічних і І ко структивних параметрів, удосконалення.окремих режимів завантаженн конструктивних параметрів завантажувальних пристроїв, фурм, горна та ін.,оптимізацію технологічних процесів - все що приводить у кінцевому рахунку цо зниження витрат коксу та підвищення продукти ності доменної печі.

Оптимізація технологічного режиму доменної плавки у теперішній час може служити одним з основних методів інтенсифікації.

В сучасних умовах класичні методи інтенсифікації значною мірою вичерпали себе із-за економічних та організаційних причин. Так, наприклад, застосування підвищених температур дуття потребує, з одного боку, значних капітальних витрат на ремонт повітря-нагрівачів, сума яких підвищується з ростом максимальної температури, а з іншого боку, підвищені температури потребують у горні доменної печі додаткової кількості охолоджувачів для оптиміза-ції теплового стану горна. Дослідження та розрахунки, проведені і останні роки показують» що нагрів дуття вище І20Ю°С недоцільний. Підвищений тиск піц колошником, якщо він перевищує майже всюди

досягнуту межу в 2,5 ат , призводить до швидкого спрацювання завантажувальних механізмів, до пошкодження броні доменної печі, а також кожухів повітрянагрівачів та пилоуловлювачів. У цьому разі потрібні додаткові витрати на зміцнення конструкцій та обладнання доменних печей.

Більшість класичних методів інтенсифікації у сучасних умовах можуть бути розвинені шляхом розширення меж факторів впливу на доменний процес, встановлених засобом поглиблених досліджень процесів, які належать до основи цих методів. Дійовими методами підви- • щення інтенсивності доменної плавки можуть бути також.оптимізація процесів завантаження, газодинаміки, шлакового та суттєвого режимів. Метопи оптимізації не потребують капітальних або інших значних витрат і реалізуються за рахунок відповідності параметрів складних систем, визначених за допомогою спеціальної процедури або алгоритме.

2. Оцінка умов ефективної інтенсифікації роботи доменних печей

Згідно з сучасними уявленнями залежності питомих витрат коксу і продуктивності печі від інтенсивності плавки мають екстремальний характер. Літературна інформація дає підставу рахувати, що більшість сучасних доменних печей працює у такому режимі, коли інтенсивність перевгацуе значення, відповідні мінімальним витратам коксу. У зв’язку з цим виконано дослідження та трьох металургійних підприємствах: ім.Дзержинського, ім.Петровського і Криворіжсталь, які мають різницю в об’ємах доменних печей, сировинних умовах та інших технологічних факторах.

У дослідження входило визначення кількісного впливу інтенсивності плавки на питомі витрати коксу і продуктивність доменних печей. Вирішення цих завдань здійснювалось шляхом проведення дослідних плавок на доменних печах, а також шляхом математичної об-

робки виробничої інформації метоцом множинного рєгресійного аналізу. Було піщано математичній обробці на ЕОМ показники роботи . печей за період протягом він 1,5 по 2,5 років. За початкову інформацію використовували середньодобові показники. Інтенсивність плавки оцінювали по кількості коксу спалюваного в печі за добу

О

на І м корисного об’єму печі.

Результати обробки приводять по висновку, що підвищення інтенсивності плавки, здійснене з поліпшенням газопроникності шихти при збереженні постійного перепаду тиску у робочому просторі печі, супроводжується зростанням питомих витрат коксу. Дня більшості печей зростання витрат коксу з підвищенням інтенсивності

О

плавки на 1% у діапазоні 800-1200 кг/м сут. складає 0,2-04%.

Задача подальшого підвищення виплавки чавуну повинна здійснюватися разом з.впровадженням заходів, спрямованих на зниження питомих витрат коксу. Для цього необхідно визначити фактори,.які найбільше впливають на витрати коксу і інтенсивність доменної плавки. Визначення цих факторів, межі їх змінення та взаємовпливу було здійснено на підставі досліджень, проведених на доменних печах Алчевського металургійного заводу.. . . ..

Дослідження проведено шляхом сполучення балансових та статистичних методів аналізу роботи доменних печей із застосуванням ЕОМ. Суть їх зводиться до систематичного збору та обробки повної інформації про роботу доменних печей на ЕЦ0М з накопиченням цієї інформації за 1-5 місяців роботи цеха. Надхопжуючу інформацію обробляли з ціллю вилучення показників, які характеризують результати плавок і рівень віцновлювальних, теплових та газодинамічних процесів, а також для визначення статистичних залежностей між основними технологічними, параметрами, продуктивністю печі, витратою коксу та лкістю чавуну. ... ........

В"умовах роботи доменник печей Алчевського металургійного

завопу виявилось доцільним по.мірі збагачення дуття киснем форсувати їх хід одночасно з інтенсифікацією теплообміну у нижній зоні шляхом підвищення температури у фурменних зонах на 30-Ю0°С і підвищення основності шлаку / по відношенню СаО/5 іО^ / до 1,26 -1,32. Підвищення основності шлану і теоретичної температури го -ріння забезпечило інтенсифікацію плавки та підвищення продуктивності печі завдяки зменшенню кількості легкоплавкого первинного шлаку та підвищення нагріву матеріалів, які приходять у горн. В цих умовах робота горна поліпшується, що в кінцевому рахунку і визначає можливість форсировки доменної плавки.

Дослідження впливу концентрації закису заліза у агломераті на питому продуктивність доменних печей та витрати коксу показали, що при підвищенні інтенсивності плавки по фурменному газу з

О О

2,35 до 2,45 м / хв.м оптимальна / по умовах одержання найбільшої продуктивності печі/ концентрація закису заліза у агломераті зростає з 13,5 до 13%. Питома витрата коксу в умовах форсованого ведення печі різно зростає, якщо концентрація ¥е0 перевищує 14,5^.

Таким чином, посліщг.ення показали, що загальна інтенсифікація доменної плавки стримується рядом факторів, які впливають на роботу горна і розподіл шихти на колошнику. Таке збільшення інтенсивності потребує підвищених температур у зонах горіння до 2І50°С, визначеної основності / 1,27 - 1,30 / шлаку, додаткового вдування кисню / до 26,5%/ та віцновлювачів з визначеним співвідношенням останніх / менш І /, певного розподілу на колошнику шихти / у даному випадку підвантаження периферії печі/, підвищення вмісту РеО в агломераті до 14%. .

3. Дослідження та інтенсифікація путтєвого режиму

- - . . .доменної плавки .

-Розмір, .форма та .розташування, окислювальних зон у горні доменної печі суттєво впливають на рух шихтових матеріалів, розподіл

газового потоку по перерізу печі та протікання .фізико-хімічних процесів / горіння, відновлення, плавління, теплообміну та ін./, а виходячи з цього - і на техніко-економічні показники доменної плавки.

При роботі доменних печей з використанням природного газу виявилося, що формування газової фази та окислювально-відновлюваль-ні процеси у горні протікають згідно з законами,що значно відрізняються від відомих раніше. Тому було застосовано нову методику зондування зон горіння, яка дозволяє більш повно досліджувати

процеси, що протікають у зоні циркуляції та міжфурменному прос-

О

торі. Доменну піч корисним об’ємом 1033 м було обладнано двома цоеліпжувальними отворами, які дозволяють відбирати проби з зони горіння збоку від осі повітряної фурми та вище неї.Результати зондування дозволили виявити аномалії у розподіленні продуктів горіння та розробити заходи щодо ефективного вдування відновлю-вачів у доменну піч.

Ефективність змінення способу введення природного газу оцінювали шляхом дослідження розподілу газу в горні та піц рівнем засипу при зміненнях деяких показників доменного процесу. Було встановлено, що ряд показників / ступінь змішування природного газу з дуттям, розподілу продуктів горіння та концентрації водню по перерізу печі / в значній мірі залежать від способу введення природного газу.

При введенні природного газу по осі фурми виникло різке ле-рерозподілення компонентів горнового газу в об’ємі зони горіння та міжфурменному просторі. Окислювальна зона та зона максимальної концентрації діоксипу вуглецю в газі наблизились до периферії ; розміри окислювальної зони у довжину значно збільшилися, а у ширину дещо зменшились. Максимальна кількість С0£ по осі відбору знизилась. Особливо різко підвищилась концентрація у газі водню

на периферії в міжфурменному. просторів окислювальній зоні та поза її метами на осі повітряної фурм/.. За межами окислювальної зони концентрація вільного водню.складала 10,6 - II,6% та була вище балансової концентрації у горновому газі. При підводі природного газу по осі фурми піч працювала більш рівно, що в свою чергу додатково поліпшило показники її роботи. Більш рівномірне розподілення водив по перерізу горна зумовило краще використання газу в дослідному періоді на І,8£ абс. / 4,2% віцн./ та відповідне зниження питомої витрати коксу.

Підведення газу знизу або по осі каналу фурми назустріч потоку дуття значно поліпшує утворення однорідної газової фази. Підвід газу знизу не був розповсюджений через те, що можлива закупорка отвору шлаком; загнуті назустріч потоку дуття патрубки складні у монтажі та згоряють під час взяття печі "на тягу".

Краще змішення та сгоряння частини газу в каналі фурми призводять до збільшення втрат тепла з водою, яка охолошуе фурми. З ціллю розосередження струму природного газу, що підводиться, для одержання однорідного газового струму та зменшення втрат тепла з охолоджуючою водою було запропоновано встановити в робочому каналі фурми перфоровану циліндричну вставку з жаростійкої сталі ХІ8НІ0Т. Фурми з перфорованими екранами було випробувано на домен-

О

них печах об’ємом 670 та 1033 м заводу ім. Петровського.

Аналіз усереднених показників роботи доменних печей за тривалі періоди цо і після впровадження екранованих фурм показав, що в результаті підвищення ступеню використання природного газу та зменшення втрат тепла, витрати коксу знизились на 3-5 кг/ т чавуну. .

На розташування окислювальної зони, її розміри та форму значно впливають також діаметр, висов та конструкція фурм. Па доменній печі об’ємом 1033 м з 14 фурмами діаметром 165 мм було дос-

ліджено окислювальні зони при роботі з прямими / горизонтальними/

та нахиленими фурмами / кут нахилу 9 градусів/. Результати дослід-

\

жень свідчать про скорочення зон горіння у радіальному напрямку перед нахиленими фурмами внаслідок великого опору руху газу вниз, викликаного меншою порозністю коксу, розташованого нижче рівня фурм. При цьому активність периферійних дільниць підвищилася при деякому її зниженні в осевих зонах доменної печі. При погіршенні якості коксу та захаращуванні горну встановлення нахилених фурм дає позитивні результати / у тому числі і по стійкості фурм/ завдяки підвищенню активності цих зон печі. '

Поліпшити техніко-економічні показники роботи доменних пе«ей можна також шляхом змінення параметрів фурм таким чином, щоб співвіц ношення площин кисневої та відновлювальної зон у горні було оптималь ним. Із зіставлення дійсних розмірів виходить, що киснева зона поширюється до ділянки, де ступінь зрошення продуктами плавки максимальна. При цьому збільшується кількість елементів чавуну, що окислю -ються навколо фурм, та витрачається додаткове тепло на їх повторне відновлення.

Згідно з теоретичними розрахунками та даними досліджень діючої доменної печі, було-запропоновано збільшити діаметр фурм з 0,155 до 0,17 м та. нахилити.їх на 9 градусів з ціллю поліпшення дренажу у підфурменнкх очагах. Експеримент показав, що використання газового потоку збілшилося на 1%, коливання температури периферійних газів значно зменшилося у порівнянні з переддослідним періодом. Помічено суттєву стабілізацію концентрації кремнію у чавуні.

Так, частота випадків виплавки чавуну з концентрацією кремнію

0,5 ... 0,8/£ збільшилася на 11,6%, а.більше 0,8/£ - зменшилася на 13,2%. .

Активізація роботи піцфурменних. зон. шляхом змінення нахилу фурм різко відбилася на стійкості повітряних фурм на всіх доменних

печах. Стійкість повітряних фурм у дослідному періоді у порівняні з переццослідним підвищилася на 22 ... 43,2%.

4. Інтенсифікація роботи доменної печі шляхом

удосконалення шлакового режиму. ' '

Шлаковий режим визначається складом шлаку, а також методами відпрацювання рідких продуктів плавки. Склад шлаку впливає на якість чавуну та газопроникність шихти у нижній зоні, режим випусків обумовлює стабілізацій роботи горна і доменної печі в цілому. Удосконалити шлаковий режим можна поліпшенням його хімічного складу, • наприклад, введенням спеціальних добавок до шихти.

Спеціальними добавками можуть служити луги, флюорити, шлаки різних виробництв та ін. Луги помітно впливають на фізичні властивості шлаку у всьому діапазоні його формування. Як сильні основи А/а^О та К^О можуть зв’язуватись у сілікати, і за рахунок цього вони впливають на відновлення заліза та кремнію з агломерату і шлаку. Дослідженнями було виявлено доцільність додаткового введення луг до шихти у кількості 2,0-2,55? , рахуючи на кінцеві шлаки. Для перевірки цих висновків в умовах: Дніпропетровського металургійного заводу ім.Пет-

О

ровського на доменних печах корисним об’ємом 1033 та 675 м було проведено дослідні плавки, під час яких додаткова кількість луг у шлаку досягалася за рахунок введення до шихти через колошник кускових відходів содового виробництва.

Частотна оцінка хімічного складу чавуну по випусках у дослідні та базові періоди свідчить про сприятливий вплив луг на якість чавуну. У середньому для доменної печі № 5 концентрація кремнію у чавуні в дослідний період знизилась з 0,70 до 0,54$, при цьо\гу концентрація сірки знизилась з 0,031 до 0,029/Т. Коливання, хімічного складу чавуну зменшились. При цьо(ііу треба зазначити, що поряд зі зниженням концентрації кремнію у чавуні фізичний нагрів продуктів плавки зберігався постійним.

¡іаявність таких цінних складових, як залізо, марганець, вапно, магнезія та ін., що входять до складу конвертерних Еілаків, ставить питання про необхідність їх повторного використання. Ііежі можливого використання конвертерного шлаку зумовлені, з одного боку, кількістю його шкідливої складової - фосфору, а з іншого - корисного компоненту - марганцю.

Використання конвертерного шлаку дозволяє вивести з шихти на

І т чавуну 6,7 кг агломерату, в якому лише 10% закису заліза пов’язано у сполуки / олівіни та сілікзти заліза /, що важко відновлюються, в той час як у конвертерному шлаку практично І0С$ оксидів за ліза та марганцю пов’язано у складні сполучення. Розрахунки свідчать, що сумарні зміни у прибуткових та вицаткових статтях теплового балансу при використанні конвертерного шлаку відповідає економії 1,93 кг коксу.

Незважаючи на те, що використання конвертерного шлаку призводить цо збільшення виходу цоиенното шлаку, погіршення газопроникності стовпа шихтових матеріалів не помічається тому, що конвертерний шлак розплавляється безпосередньо у горні при високих температі рач; суттєво покращуються умови десульфурації чавуну.

Одержані дані дозволяють зробити висновок, що використання значної кількості / до 250-300 кг/т чавуну/ конвертерного шлаку потрібного фракційного та хімічного складу сприяє поліпшенню техніко- економічних результатів плавки. .

Періодичний випуск продуктів плавки є джерелом порушення постійності основних параметрів доменного процесу. Нераціональний режим відпрацювання продуктів плавки веде до захаращування горну та погіршення роботи печі. Аналіз причин нерівномірності маси випуску чавуну на доменних печах об’ємом 1033 м показав, що головними причинами з .порушення графіку-випусків, зупинки печі для заміни шлакових та повітряних фурм, а також, зміна' інтенсивності плавки

Для оцінк:; спливу режиму відпрацювання продуктів плавки на показники роботи печі було проведено дослідні плавки у доменних печах об’ємом ІСЗЗ м . Чавун випускали не за графіком, а по кількості накопиченого чавуну у горні. Час початку випуску визначали за кількістю проплавлених подач та виходу чавуну з подачі. При такому режимі відпрацювання продуктів плавки повністю виключається нерівномірність маси випусків, яка визначається інтенсивністю хода печі та порушенням графіку випусків. Це дозволяє стабілізувати процеси у нижній частині печі. Систематична робота доменних печей з випуском чавуну по мірі його накопичення у гоні дозволила підвищити * продуктивність на 3-4% без якихось капітальних затрат.

Вплив маси випуску на хімічний склад чавуну вивчався на цій самій печі на протязі місяця. Одночасно контролювався вихід нижнього шлаку. Проведені дослідження дозволили відібрати більш вірний режим відпрацювання продуктів плавки. Кількість випусків чавуну на

О

печах об’ємом 1033 м встановила дев’ять замість десяти. Хімічний склад стабілізувався за рахунок зменшення коливань маси чавуну під час випуску та більш рівного ходу печей при додержанні графіків випуску. Маса випуску чавуну впливає на тепловий стан горну печі, а отже, на хімічний склад чавуну. Встановлено, що для кожної доменної печі існує оптимальна маса випуску, яка сприяє стабілізації хімічного складу чавуну. Збільшення частки нижнього шлаку до певної межі дещо знижує концентрацію сірки у чавуні. Для печі, що досліджувалася, ця межа становить біля &Ж. Оптимальний режим відпрацювання продуктів плавки має вибиратися для кожної доменної печі / або груп печей / індивідуально.

Форсування плавки та зріст об’ємів доменних печей значно збільшили кількість рідких продуктів, що проходять через горн. Створення належних гідродинамічних умов у горні запезпечує нормальний перебіг процесу горіння коксу у фурменній зоні, повторне від-

новлення оксидів та цесульфурацію чавуну.

Об’ємна швидкість випікання чавуну та шлаку піц час випуску залежить в найбільшій мірі він величини коефіціетну фільтрації, що визначає зв’язок між вагою рідких продуктів плавки, їх в’язкістю та порозністю коксу в нижній частині печі. Швидкість витікання рідких продуктів плавки через чавунну льотку зумовлена коефіцієнтом фільтрації, геометричними розмірами горну, а також висотою шару чавуну та шлаку в горні доменної печі. Оптимізація процесів фільтрації шлаку в горні дозволяє створити раціональні умови роботи горна, які забезпечують необхідні умови для вирівнювання ходу доменних печей та значного поліпшення техніко-економічних показників доменної плавки.

5. Оптимізація завантаження, розподілу шихти та чуттєвого режиму доменної печі Як показав аналіз літературних джерел, методи оптимізації можуть значно інтенсифікувати доменний процес. Задачі оптимізації засновано на використанні експериментальних зв’язків між параметрами доменної плавки та показниками роботи доменних печей, а також відповідності величин різних параметрів один одному. Б роботі застосовувалися як експериментальні методи оптимізації, так і теоретичні, засновані на створенні стохастичних математичних моделей з подальшою їх оптимізаціею.

Для поліпшення статистичних зв’язків факторів та параметрів цуттєвого режиму розглядали вплив путтєвих параметрів на проміжні та кінцеві показники доменної плавни. Дуттеві фактори впливають на інтенсивність горіння коксу, прибуток тепла до нижньої зони печі та процеси відновлення, що в свонз чергу, впливає на продуктивність печі та витрати коксу.

Оскільки потужність струї дуття / Е / є узагальнюючим параметром цуттєвого режиму плавки, за допомогою розрахунку коефіцієн-

"У кореляції визначали наявність зв’язку кінетичної енергії з вихідними параметрами доменного процесу: продуктивністю, інтенсивністю, витратою коксу. Кореляційний аналіз показав, що проміжними параметрами математичних моделей можуть бути показники використання газового потоку та газопроникності стовпа шихти ^, оскільки вони пов’язані з вихідними параметрами доменної плавки, але характеризуються меншою кількістю факторів, які впливають на них.

Як показник газопроникності стовпа шихти використовували комплекс

це /Я- кількість дуття. температура, Ро - нормальний тиск,

_ д

дР - перепад тиску, Рк - тиск під колошником, Кп- коефіцієнт газопроникності.

Для розробки статистично надійних стохастичних моделей було зібрано щомісячні пані доменних печей № 4 "Запоріжсталі" та № 5 заводу ім. Петровського за І99І-І992 роки. На базі цих даних було одержано залежності за допомогою регресійного аналізу, наприклад, для доменної печі № 4:

' л = 05+ о, 009 £ - 0,0000666-Ег^ ^^-цзб+О^іібіЕ-0,000211-Ег

з коефіцієнтами кореляційного відношення 0,6272 та 0,7950 при критичному значенні 0,456 та-показниках надійності 4,12 та 21,2 відповідно.

Для визначення оптимального значення кінетичної енергії та відповідних їй значень газопроникності та використання газового потоку користувались методом невизначених множників Лангранжа. Застосування оптимальної технології привело до поліпшення техні-ко-економічних показників доменної плавки. За дослідний період середня витрата коксу склала 511 кг/т чавуну. При оптимальній кінетичній енергії навколо 70 кДк витрати коксу склали 487 кг/т

чавуну.

Для оптимізації завантаження конкретної печі відокремили з загальної системи доменного процесу необхідну для газодинамічного опису підсистему, яка визначає газопроникність та розподіл га зового потоку на колошнику. Для здобуття стохастичних математичн моделей, базованих на статистичних даних роботи доменної печі, с стему завантаження формалізували, тобто подавали у вигляді кільк сних факторів. Система завантаження, яка впливає на радіальний р поділ, включає по себе порядок скипів у подачі, масу подачі / М та рівень засипу /А/ . Порядок скипів у подачі розпадається на два фактори: ступінь навантаженості периферії / БС / та ступінь перемішування залізорудної складової / з коксом.

Наявність у шихті обкотишів також впливає на розподіл ших^и та у загальному випадку - на економічність доменної плавки, тому що поведінка обкотишів на колошнику під час завантаження відрізняється від поведінки агломерату. Величина складу шихти / СШ / являє собою долю обкотишів відносно суми агломерата та обкотишів Для винаходження оптимальних значень факторів завантаження відповідних максимально можливим значенням використання газового потоку та газопроникності, методом множинного регресійного аналі зу одержано моделі, які подано неповними квадратичними поліномам для факторного простору в межах М = 19,5 - 22,5 т; ТіС = 0,6 - 0, = 0,4 - 0,9 ;-СШ = 0,01 - 0,36.

СОг = -Щ 6СШ-0,222М* -і-гЗ/ЛС+ІЗбї-З ¿V 65СШ-І3,№

£г--8/64 і- 0&}М-0,0151Мг+31№ПС-2/5ПСг-1-фЩ-01Щг+с)тсшЧ} Для оптимізації завантаження та газодинаміки доменної плавк застосували багатофакторну оптимізацію на основі метода невизнач них множників Лагранжа. Задачу вирішували за допомогою ЕОМ мето дом ітерації, в результаті вирішення якої одержано оптимальні па раметри завантаження для доменної печі : М = 21,8 т; ПС= 0,8-0.9

|*= С.9 - 1,0; 03 = 0,32 - 0,35.

Застосування рекомендованих показників на доменній печі підвищило продуктивність на 3-5?- та знизило витрати коксу на 1,5 -2,0£.

Загальні висновки та рекомендації

1. Аналіз та узагальнення літературних джерел дозволило визначити напрямок розробки методів інтенсифікації, найбільш ефективних в сучасних умовах. До них належать пофакторні та оптиміза-ційні метопи інтенсифікації, винайдені шляхом поглиблених дослід- -жень процесів, що протікають у горні та на колошнику під час завантаження.

2. Оцінено умови інтенсифікації на основі досліджень ефективності факторів, що впливають на кінцеві результати в умовах доменних печей Дніпродзержинського та Алчевського металургійних комбінатів.

Показано, що подальшу інтенсифікапію доменної плавки може бути здійснено лише сумісно з впровадженням заходів, спрямовані« на зниження питомої витрати коксу, а також розширення меж змінен-ня факторів, які визначать режими: суттєвий, шлаковий, завантаження та розподілу шихти на колошнику.

3. Поглиблене дослідження окислювальних зон дозволило запропонувати та випробувати декілька способів підводу відновлювача у фурми / соосний та розосереджений/, в результаті чого поліпшився розподіл газу, скоротилися втрати тепла та знизились витрати коксу.

Запропоновано нову конструкцій фурм з раціональними параметрами, яка активізує роботу горна печі та знижує витрати коксу.

4. Дослідженнями встановлено, що подальша інтенсифікація роботи горна можлива за рахунок раціоналізації шлакового режиму шляхом введення спеціальних добавок до пихти, поліпшення газо- та

гідродинамічного режимів та раціонального відпрацювання продуктів плавки.

Експериментальні доменні плавки показали, що введення луг та конвертерного шлаку позитивно впливають на роботу доменних пе чей та якість чавуну: знижуються концентрація та коливання вміст кремнію та сірки у чавуні при постійному фізичному нагріві, покр щуються техніко-економічні показники.

Раціональний режим відпрацювання продуктів плавки по кілько ті проплавлених подач з оптимальними значеннями маси випуску та ефіціенту фільтрації веде до ліквідації захаращування горну, ста білізації хімічного складу чавуну, зниження концентрації сірки е металі та до поліпшення техніко-економічних показників доменної плавки.

5. Теоретичний та експериментальний аналіз процесів доменне плавки показав, що їх можна інтенсифікувати шляхом оптимізації завантаження, розподілу шихти та дуттевих параметрів.

Розроблено методику оптимізаиії завантаження, розподілу ши> ти та суттєвого режиму, базовану на статистичних моделях з года; шим активним експериментуванням при використанні методів невизнг чених множників та сімплексного планування. Застосування їх на доменних печах заводу ім. Петровського та комбінату "Запоріжста; дозволило збільшити виробництво чавуну та знизити витрати коксу, Основний зміст дисертації опубліковано у працях:

1. Распределение газа по радиусу горна при различном подводе прі родного газа к фурмам / В.Е.Левченко, К.И.Котов,... И.И.Длплеви' и др.// Металлург,- 1970.- РЭ.-С.10-12.

2. Исследование состава газа в окислительной зоне и межфурменної

• '

пространстве при работе доменной печи на комбинированном дутье/ К.И.Котов, В.Е.Левченко, И.И.Л^шлевич и др. // Сталь.-1972.-№4.' С. 292-295. •

3. Исследование поведения щелочных добавок в доменной печи / Г.А.Во-

ловик, К.И.Котов,... И.И.Дышлевич и цр. // Сталь.-1972.- Ki.-C.394-396. '

4. Распределение и использование восстановительных компонентов горновых газов при двук способах ввода природного газа в струю чутья / В.Е.Левченко, К.И.Ногов,... И.И.Дышлевич и цр. //Сталь.-1972.- №5.-С.391-393.

5. Использование конвертерного слака в доменном произвоцстве/К.И.Котов, В.И.Котов, И.И.Дышлевич и др. // Металлург.-I974tKI2.-C.I4-I5.

6. Оптимизация гидродинамических параметров работы горна /М.И.Дик, К.И.Котов, И.И.Дышлевич и др. // Изв. вузов. Черная металлургия.-1974.-Ш.-С.24-28,

7. Интенсификация работы доменной печи выбором оптимального режима отработки продуктов плавки / А.М.Лапа,А.М.Жак,... И.И.Дышлевич и др.// Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.-Киев: Техника.-1975.-Вып.43 -С.92-95.

8. Влияние массы выпуска на химический состав чугуна/ А.М.Лапа,

В.Т.Ильин, А.И.Васюченко, И.И.Диплевич // Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн. сб.-Киев: Техника.-Вып.43.-С.95-98.

9. Изменение размеров и расположения зон горения в доменной печи при замене обычных фурм наклонными / В.Е.Левченко, В.А.Белецкий,.

.. И.И.Дышлевич и др. // Металлург.- I975.-F7.-C.I0-II.

1C. Интенсификация работы доменной печи путем выбора оптимальннх параметров воздушных фурм / А.М.Ляпа, В.Т.Ильин, И.И.Дышлевич и др.// Металлургия и коксохимия: Респ.межвед.научно-техн.сб.-Киев: Техника.-1976.-Внп.48.-С.74-77.

11. Использование экранированных фурм доменных печей с рассредоточенным вводом природного газа / Э.Я.Лившиц, К.И.Котов, И.И.Дышлевий и др. // Металлургич. и горноруцн. промышленность.-197б.- Ji3.-C.6-7.

12. Оценка условий и эффективности форсированного ведения доменных

печей / JI.П.Брусов, И.И.Дышлевич, Г.Г.Васюра и цр. // Сталь.-1978.- Jf 9- С.792-795.

13. Влияние интенсивности .доменной плавки на удельный расход

кокса и производительность печи / А.Л.Берин, А.И.Парфенов,... И.И.Дышлевич и др. // Интенсиф. процессов домен, плавки и освое] печей большого объема : Всесоюэн.сб.-М. : Металлургия.-1979. —Jf5

С.40 - 45. ■

14. Оптимизация параметров загрузки мощных доменных печей с цел: интенсификации плавки/ В.Н.Ковшов, Б.А.Петренко,... И.И.Дышлеви и др. // Металлург, и горноруцн. промышленность.-1980.-№ 4.-C.L

15. Оптимизация загрузки современных доменных печей при помощи последовательного симплексного метода / В.Н.Ковшов, В.А.Петренк ... И.И.Дышлевич и цр. // Металлургич. и горноруцн. промышгенно 1983.- № 3.- С.7 - 9.

16. Оптимизация режима работы нижней зоны доменной печи при исп зовании в пихте окатышей и конвертерного шлака / И.И.Дышлевич, В.Н.Котов, H.A.Егоров и цр. // Металлургич. и горноруцн.промышл ность - 1983.-М.-С.5-7.

17. Экспериментальный поиск рациональных режимов загрузки домен ных печей комбината "Криворожсталь" / И.И.Дышлевич, В.Н.Ковшов, Н.В.Терещенко и цр. // Вопросы теории и практики производства ч гуна: Всесогозн.сб.- М. : Металлургия.- 1986.-С.43 - 48.

18. Исследование влияния интенсивности плавки на работу цоменны печей комбинэтэ "Запорожсталь” /А.Л.Берин, И.И.Дышлевич, В.И.Нс бока и др. .// Оаль.- 1993,- # 9,- С.7 - 13.

Дышлевич И.И. Разработка способов интенсификации доменного процесса на основе исследования оптимальных режимов загрузки ши ты и работы горна. Диссертация на соискание ученой степени канп цата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия v ных металлов. Государственная металлургическая академия Украинь

Днепропетровск, 1995. Рукопись 172 С.^ 20 табл., 31 рис.^библиогр. из 126 назв.

Содержит результате исследования, разработки и применения способов интенсификации доменного процесса. Установлено, что интенсифицировать работу горна можно введением в шихту специальных добавок, оптимизацией гидродинамического режимапараметрами фурл и рациональной отработкой жидких продуктов плавки; оптимизацией загрузки и распределения шихты на колошнике совместно с цутьевь'-ми параметрами. Осуществлено промъчдленное внедрение предлоленннх технологий и конструкций, приводятся данные их эффективности.

Dushlevitoh I.I. Elaboration of the Blast Furnace Methods Intensification on th= base of Investigations of the Optimal Ch-ir^ing rfcgiae an^ the K-„-arth Operation.-Master s thesis cn the speciality oÿ.16.02 -ferrous metallurgy. State Metallurgical Academy of Ukraine,Dnepropetrovsk, 1995•-Manuscript, p*—1*72, t a bl. - ¿0 , iir5.—^1, rtf.—126.

'ihere ~L'b results of investigation,nev; methods of blast furnace intensification and their employment in production in this thesis. Iti is possible to intensify the blast furnace operation by providing of the special additions, optimizing of hydrodynamic regime in the tuyeres zones, rational regiuo of the pig iron ana slag tapping.

C.'ha g.;bdynanic regime is possible to intensif., by optinizaation both the blast furnace charging and blast pai.. meters. Innovations and new constractions are introduced in practice of the blast furnace opcration.lt is shown ihcii; exfec uiveness.

Key words 8 blast, furnace, raetods of intensification, sla^ regime, optinization of the blast parameters and charging

Ключові слова; доменний процес, методи інтенсифікації, пляковий режим, оптимізація цуттевих пар ‘ .