автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Высокотемпературные процессы в дом... технологии плавки при высоких параметрах ... дутья

?Г о ОД - 4 АИР 1394

АКАДЕШЯ НШ УКРАИНЫ

институт чвтой мзтадлурш

На правах рукопиог

ШСКАЛИНА Зедор Николаевич

!

шс скотешжратужж процессы в док технологии плавки при шсских пара?

дутья

Специальность 05.16.С, "Металлургия чарних й .'та"

Автореферат диссертации на соискага'а ученой степени доктора технических наук

Днепропетровск 19*4

Работа выполнена в Институте черной металлургии Академии наук Украины.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.Н.АЕЩРШОВ;

доктор технических наук, профессор В.П.ТАРАСОВ;

доктор технических наук, профессор К.Ф.ШУМИЛОВ.

Ведущее предприятие - Днепровский металлургически* комбинат им.Ф.Э.Дзержинского.

С Защита диссертации состоится "й.4' 1994 г. на

заседании специализированного совета Д.068.20.01

при Донецком государстветном техническом университете.

С диссертацией мокло ознакомиться в библиотеке университета. 5ерат разослан " 1994 г.

к

Уч^лкй секретарь п П/ г- \ спзциалаэйрозанного -совета, {{[{//, г \ >•• доктор технических наук, I ¥/ /'// 1

профосе ор I // С.Л.Яро2еЕс:аш

о

ОЕШ ХАРШШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема повышения ¿$?ективности доменного производства, как наиболее энергоемкого передала в черной металлургия, является одной из актуальных при разработке перспектив развития топливообеспеченая промышленного комплекса Украшш.' Одним из основных путей улучшения экономичности доменной плавки состоит в кардинальном совершенствовании процесса выплавки чугуна при применении природного газа п дутья с изменением содержания кислорода в широком диапазоне, вплоть до предельных значений.

Технология доменной плавки с применением комбинированного дутья, разработанная в 1957-1958 г.г., в последнее время получила широкое распространение на металлургических предприятиях Украины - в 1990 г. в доменные печи Министерства промышленности было подано 5,03 млрд.м3 природного газа я 5,39 млрд.м3 технологического кислорода, что обеспечило дополнительное производство окгао 5 млн.'тонн чугуна и экономию кокса примерно 4,3 млн.тшга в год.

Однако, в связи с резким сокращением объема поставок природного газа и удорожанием энергоносителей в настоящее время подача его в доменные печи практически полностью прекращена. Наряду с ухудшением других условий работы доменных печей, (понижение качества железорудного сырья и кокса и др.) перевод доменных печей Украины на режим без вдувания природного газа й обогащения дутья кислородом привел к значительному увеличению расхода кокса - за II месяцев 1993 г. он составил 617 кг/т чугуна по сравнению с 529 кг/т чугуна в 1992 г. Тем не менее в перспективе проблема сокращения расхода топлива в доменной производстве будет обостряться, в связи с чем исследования по определению путей экономии металлургического кокса являются своевременными и актуальными. Поэтому раскрытие потенциальных технологических возможностей комбинированного дутья приобретает народнохозяйственное значение.

Следует отметить, что существующие теоретические концепции применения комбинированного дутьл базируются на асиотатических лоложс-чиях, в которых задача минимизации расхода кокса не ставится и соответствующие условия для достижения этой цели не разработаны. Том не мпнее, основали->е на этих принципах технологические рокиш оказались достаточно эффективными начальном этапе обогацени.-г дутья кислородом до 25-23 %, но при более высоких знечинияч этого параметра наблюдаются существенною изменения в развитии пры,оссов, прежде всего в высокотемпературной области доь.знно„ пачи, что припеда-. к нарушениям процесса п. а вкл. Однако '.тсутств; иг то-

повы и практические рекомендации по оптимизации параметров процесса как в существующих условиях работы доменных печей, так и в перспективных с дальнейшим увеличением концентрации кислорода в дутье.

Данная диссертационная работа посвящена решению важной народнохозяйственной проблемы - резкому повышению эффективности доменной плавки за счет применения комбинированного дутья с изменением кон центрации кислорода в широком диапазоне, вплоть до предельных значений, и разработке оптимальных технологических режимов. В этой связи рассматриваются основные проблемы эффективного применения комбинированного дутья ~ рациональный ввод газа в дутье, формирование и распределение восстановительных реагентов в печи, развитие восстановительных процессов а высокотемпературной зоне, теплообмен, и . газодинамика процесса плавки.

Главное научноэ направление представленной работы состоит в расчетно-теоретическом исследовании развития высокотемпературных процессов яра широком изменена параметров комбинированного дутья о определением их предельных значений и в разработке способов оптимизационного управления технологатаеккм режимом доменной печи. Такал образом, диссертационная работа посвящена решении крупной народнохозяйственной .проблг;,ш - значительному сокращении расхода дефицитного металлургического кокаа при сохранении или увеличении объема производства чугуна путс^ кардинальных изменений восстановительно-тепловых и газодипь^ичасютс условий доменной плавки при существуют качества ггд2зеруд??ого сырья и топлива. Это определяет актуальность представ.-работы.

Тема диссертэцзонной работы непосредственно связана с решением' основной нройлелга дагсшгого производства по создании и освоению б промышленном масштабе те. коложчссках процессов и оборудования для подготовки сырья и вшшавки чугуна, обеспечивающих интенсификацию производства за счет, улучяшия металлургических свойств сырья, увеличения использования кислорода в'природного газа, применения пылоугольного тоалава 2 горячих восстановительных га?с;з, которая последовательно решалось в отделе металлургии чугуна ИЧМ в 1958-1985 г. г. Для совремевшх условий актуальность работы состоит в обеспечении возможности стабилизации технологических режимов доменных вечей Украины в существующих нестационарных условиях частых производственно-технических и организационная нарушений и сбоев.

Целью ряботк являются теоретические и экспериментальные после-дованил процессов газообразования, теплообмена и восстановления в шеокотешзратурной зоне доменной лочи при значительном увеличении

восстановительного потенциала горпових газов (примерно в два раза) и широком варьировании дутьевю: и газа,1Шпа>,пг^огаг: параметров в разработка на этой освоив оптимальных режимов шишки и способов управления, обеспечизашах сттаеиие расхода кскса п прирост производства чугуна. Результаты исследований позволяют решить крупнуп даучно-тзхническуэ и народнохозяйственна проблем сокращения расхода кокса на 15-20 % пра значительном увеличении пли сохранения объема выплавки чугуна, что дает возможность усовершенствовать структуру отрасли путем концентрация доменного передела на современных печах, существенно повисеть технический уровояь до?д'енного производства, те» самым улучшить эколопгческув обстановку в металлургических регионах Украины.

Для достижения поставленной цели решалась следзэдас задачи: а) гг -.г.~-дв!Ш расчетно-тзоротичоскло ксс^а.~сваяия фпзико-хймнчз-скпх с^догавдао-тешових процессов, развяваадихоя в низшей зоне печи, при изменения содержания кислорода з дутьо з пределах 2Т-Б0% и расходах природного газа 0,3-0,7 m3/?î3 дутья, я которых рассмотрены слодувдао вопросы:

изменения производительности и расхода кокса при различных га-зодин&ягческих pezn?,ax плавки;

развитие зндотормическпх процессов в шсокотекператураой зоне почи;

количественные законе?,сорности образования непоокенда крешяя (StQ) в области горна s заплечиков;

развитие тзплообиспа в верхней а иианей зонах печи при различной газ одзша',гаке процесса;

формирование концентрационных полей а полоста воздушной фурж п зонах горения;

изменение цространствешшх размеров и взаиморасположения фуриек-ных очагов при различных параметрах дутья;

зависимость продельной концентрации кислорода в дутьа от расхода природного газа и интенсивности плавки;

б) на основе теоретического анализа бшш разработаны метод: оптимизационного управления режимов плавки, которые базируется на разработанных принципах взаимозависимости и согласссаннссти процессов* развивающихся в верхней и нижней частях докеппоЭ печи;

в) проведены длительные опктао-прсиашлгшшо плавка на дсмояпнх печах объеме»! I38S, 2000 и. 5000 ц3 при кепцептрагст кислорода в дутьо 25 с 30, 35 ït 40 п которых т?шга езробовавн й "внедрены разра-

• .6 Зсташша штоды оптимизационного регулирования, подтвердившие соот-ьзтотвие теоретических предпосылок и фактических закономерностей развития высокотеыпературкых процессов;

г) выполнены проиипшешше исследования на доменных печах при ¿одеряшшя кислорода с дутье 23-35 % - состава газовых смесей в Фурма, температурного режима и состава газа, в том числе его глазное тл, по сечению горна, изменений тешератур чугуна и шла:» на вшуске, а тахас состава газовой фазы а температуры по висоте доменной печя.

Научная новизна основных результатов, полученных автором в гх-да решения поставяевнцх проблем, проявилась в следующих орагин&гъ-шх разработках к научных достизениях:

создана научная оаза високогф^ктивггого технологического про-цасса производства чугуна н способов его управления путем применения комбинированного дутья с кирокнм диапазоном изменения расхода каслорода и природного газа;

продлояени ш обоснованы ноша принципиальные положения о развитая высокотемпературных процессов Далеиной шшвхи - образование фурменного очага, как специфического вида неизотерштаской струи, йвтоношостъ лвиааккя' газовых потоков в верхней н нижней зеках печн, крпволкнейвостъ движения рудного гребня по шеота ночи, возможность широкого варьирования газодинамических параметров плавки, коетчестаенные закономерности образования монооксида крелашя {$¿0) в заксокотеипвратурной области;

разработаны теоретические обоснования предельных уровней обогащения дутья кислородом б зависимости от технологических условна ведения процесса;

получены экстремальные закононэрноотв изменений прироста производства чугуна и экономия кокса на добавочный I % 0% в дутье в гаэкснмоетл от уровня обогащения дутья кислородом}

определены взаимосвязи медду теоретической температурой горения и внеокотемпзратуриши тепловыми затратами в различных диапазонах содервания кислорода в дутье;

разработана таэрзтаческие основы формирования концентрацнонних полей в полоста фурмн при различных параметрах потоков природного газа и дутья;

устрлоалени особенности тешгообмзна по высоте печи в зависимости ох характеристик потоков гааов к шзхти и интенсавнооти процесса плавки$

7 ;

предетярлеин теоретически« обсяпвшшз развития зторнчкого окисления чугуна в полах горзютя я «шля этот" процесса на (Гчияг-рационные свойства горна;

получени аналитические соотзсгчшя между уровнем теорзттпесг.ой температуры горения и технологическими условия?«! работы пета. - составом шихты, концентрацией кислорода в дутье , давлением кодопнлко-вого газа и др.;

произведен теоретически анр.'лз двезеняя газового потока з зоне кускового состояния материале, при различном состояпап столба шихты - налички каналов» деформированном профиле скорости тза, различной порозиости слоя по сечскта печи.

Практическая ченность рас ,'н определяется тем, что в ней резт-пн следузил'е научно-технические проблемы:

создав теоретические основы внсоковнтенсагной технология производства ,,/гуич и внедрены в практику зкономэткнэ технологичоспЕо р&шм на современных доменных печах обьексм I33G-5Q00 и3 з сдес?-вуюптих '.пихтовых условиях, возводящая достигать узгольной ВШИаПОТ чугуна до 3,0 т/м' сутки с ионикеннем расхода кокса до 400-410 кг/т чугуна;

разработали . расчэтш-тгор.этичоскйо - огособы онтпмаза-

сиз основных технологических параметров дсмонпой плаша? как в конкретных условиях работы доменных печей, так к в перспективных при переводе ях на повышенную концентрация кислорода в дутьо;

предложен и реализовав новый метод расчета параметров рацяовя!7-пого подвода природного газа з дутьо;' :

решена задача выбора коккретпше технелогичзокгос способов ear • ратявчого управления релпмои шгзпкп с цальв обамтешгя эго устойчивости и роЕНостл схода пихты;

на основе проваденннх наследований освоены, и. шедрепн т"сгт-логические способы оптштцип параметров влавкя Еомчтгнх печоЗ объемом 2000-5000 и3 прз концептрагет кгслородв в щтъа f? np?jrft.r»T 30-40 %i .

ореллахевн способа подокна плавки на помбияяро-заяжч» путь« г> выбором приоритетных задач ~ odeoirowinur rateittrtutMrarn tij-npncr-?, производства тугузга п.га дюупяявял тгтгжъ.-гюгс удаш.чп*« ржг*(>»г кокса;

раэрчботпна технология алзгхв» по^по.-гдадат папп !- чутуп 1 швпш oiyiepwrnow креадшя (0,3-0,4 i). п зутояг »-\vwir {•>••->.

ТЫ печей иугпч ЯЯГЬЧГ^ПЯПРЛ n«|*W'Vl г>.Т'|Т Я» >'»>*.

Новая технология выплавка чугуна позволяет решать стратегиче-•с^аз задача черной металлургии Укракки хсак. по увелкчегл: производства чугуна в отдельных регионах на существующих мощностях и сокращения расхода кокса, так ** улучшении экологической обстановки в регионах ой счет вывода из эксплуатации маломощных и ыьзкегффективных доменных оечей.

Пгю'.шдлецная реализация результатов диссертационной работы осу-щэзтадядась в процессецровздеиая внервие в шровоЙ практике опизкле плавок: т доменных.печах объемом 1386 ыв ДЖ к 2000 мэ шщк ц мк "'Кразороасталь"'' с обогащением дутья кислородом до 25 , 30 , 35 к ¿0%; Ьрз зтогл на I % 02 в дутье прирост производства чугуна составил 2,38-2,6 & коэффициент замани коксаиркродним газси - 0,83 ~ 1.,08 кг/и3.

Суммарный экономический аффект от внедрения результатов НИР, -тйыиолнешшх под руководством автора и ооставаЕщгх основу диссерта-Озонной работы, составил 9026,3 тыс.рублей.

Лачннй долевой эксиолшескиД аффект автора от внедрения. резу.и. -&ьтсв .работ составил 4313,6 тис.рублей в год (в ценах 1980 г.).

Основные ислоЕеиша диссертационной работе бшш использовали прз ■составлении "Типовой технологической инструкция по доменному производству" (в1шускЯ977 и 1990 г.г.), а такие нашла отражение в учеб-'■ишх я учебна; пособиях по специальности "Металлургия чугуна": -'А-.Д/Гоюшб "Доглешшй процесс" (М., Металлургия, 1566,-506 е.), А.Н. !Раш "Современный доцзшша процесс* (Ы., Металлургия, 1980» 302 е.), Г,Г.&|здэш>, А.А.&гшэяьфарб, В.Е.Лавченко "Металлургия чугуна" (Киев, "Ваза ш-:алам, 1981, 494 с.) к в справочниках-изданиях -В.в/Вехша "Краями опросят додетака" ( Ц., Маталяурпш, 1281, 238 с.}, "Домгнноа производство" (!.!., Металлургия, 1989, 494 с).

Аггообядия ...работа. Материалы диссертация додокани и обе уда а и:

а) на Европейском конгрессе по доманноиу производству (14 -17.09.86 г., Аахеа, ФРГ);

б) На ХН еаоедаашг Кашсони по черной металлургий отран-чльир-СЭВ (12-25.11.78 г., Со1т, Болх-ар:т);

в) на 10-та всзосшзных научно^ехшгееокаэс конференциях и совещаниях - мелвузовс-кой коЩоренцвз "Ортааыашщя а рвчгзшроваиве доменного црецезоа"' (Магнитогорск, 1268 г.)} конфофонодях "Прсблеш авгома-г0а".роввнимо уирзвдашш потопим иргщассои" (Киев, Ш71 г., 1973 V,. 1975 г., 1977 Г., 1979 г., 1981 г., 1983 г.), «ойфврепШШ "т.-сгР9 к итптч современного яшопчог» ироааво тгва" (Днепропот-

ровен, 1983 г.); везеошинх оопгигмдап по доконтлту проязводетву ÍI972-I931 г.Г.)5

г) на рееаублякааокях, мейохр;.. левых я ойжазтких кокферзяцяя-" г a тают? на науянше семинарах отдала шуаллурпга чугуна Ииотчтуп черной металлургии» кафедры "Руднотермичоские процессы" Донецкого государственного технического унплврсятота;

д) на отраслевых совещаниях а о домзннгчу производству я (Piraeu Кянисторотвй черной «вталлургяя СССР» совещаниях а проектно-явслз-' доратвльских организациях (Гпар'Т**»?е, Укргапрсиезо), научпо-тзхпг-ческих советах металлургически:. предприятий (Днепровского кнтоллур-гяческого комйсааха км.Дзаряш .его, комбината "Кряворотзмль", 1Г»-волнпецкого металлургического искбяяата).

I. TSCPEWiECKHB 0СНЭ|л1 Ш1ИМК2ЩМ РЗ*391Л ДОИНШСЙ ПЛАВКИ- 1ШИ К0!.!Ш21?0ЕШН0М ДУТЬЕ

ГЛ. Прогнозная оценка показателей жембяяой плавая

Супзс-.сутдив котоды определения проаэводвтельноатя в удельного расхода г,окоа на учисиваат разнообразия газсдяяЕмичяспях рэггмоя плавки н различны* соотнесений кеяву расхода.*« атмосферного воздуха, технологического кислорода з природного газа, в свяан с чем результата расчетов значительно омзчеатся о? реальных пгссагатояой работа докэяних сечей. В разработанной истоде проязподвтая учет указанных фактороз и, кроме того, ясяздьэуотоя новоэ уравнение для расчета показателя степени пртапго сосзтвяозленяя 2(1 » готороо дает результаты, практически созшуъщие с фаптмясааи црп обога-шшя дутья кислородом и ирвдвлэг ¡?4-40 •

где %t\r - расход природного'газе, дуп-я.

Пра аяаяпзз взмовв:тК пск?эатвяэ8 плаактг ряпсчтгрза&^О'. рде реаэш сбогаяззяя дутья кяодородсм: объем горнового ггза озта-• ется неизменным O/JT®« c4t*sb ), sra^Ketm ачходг гаяа п олккяцу временя прояорцзояадьно прярапвяпо еодзргапяя шздерода в дуть о С = &С-0 '), няпвхпчвекая оиерггл я редхоп дуты оохрвкяг-тся поотодшдоет ( E°s ссяд1> я Qg я спггз'Ь ■ ), Расход прярояяото ' гага па I в3 кизлорода (козффяигевт ксшюясации) гззеоютхея я /тред---лах 0,3-0,7 и3. Б савяся«оехв от пкбраляого рояиа ira I t я ду тье выход горяовога газа я адрвдзу влктсня лг.моуяэте^ о? нудчг ло 3,7 J?. Для опродолевяя ^ЪГмзятчштестя яс-'гбзяя]:о!»?.яяс.п ;л~?ья с уя«. ягажссм копцеятрзияи гесдорода па I бита ряормогрэдм iwvwpw

tu

Ч| ■ ■ ■

\ .i' X

ó; * К ' * -

* « \ и" ч Í4. »

* и \

< » - о i —

■ ■s id is sa , SS Fîï&cji-- í¿U•pa.Wí'ra.

Н:л?впсйВ8 йбйазгшаш Seto? расхода природного газа. - X " tío зрагаенв» {!); 2 - по уразнэшэ Л*й.Ео:,ж1 (ioq-юкга rdP^iunefta раа$эгш\ти omraas toJaawd

прироста производительности л Р , снтаения удельного расхода кок-оа д|< , изийнэния степени прямого восстановления д 7о1 . интенсивности плавки <£»0 и расхода дутья д Од. Расчетный анализ поведения указанных показателей позволил выявить их характерные закономерности (таблицы 1,2,3).

Таблица I

Изменения показателей доменной плавки на I % ОоЛри увеличении содержания кислорода от 21 до 45 %,%

Показатели

Режимы плавки_'_

У?*сагиЬ Б"«согЦ йдасоп^Ь

Дер =0,3 А<|М],б ! ,ДЦ> =0,5 ! =0,5 4<р=0,5

Производительность 1Д Р) : +3,69 +2,66 +1,61 +1,5 +3,0 +4,0

Расход кокса(дК) -1,22 -1,32 -1,41 -1,43 -1,27 -1,17 .

Интенсивность плавки (ДЗГ ) +0,78 +1,69 <

+1,40 ■»0,50 -0,35 -0,37

Степень прямого восстановления (АЫ)

-3,1 -3,6 -4,3 -4.3 -3,4 -2,9 *

Раоход дутья (й<3 »> -о.б -0,8 -1,0 -1,47 'С -0,63 0

Таблица 2

Изменение показателей доменной плавки на 1% 02 в различных диапазонах обогащения дутья кислородом и коэффициентах компенсации (режим дп/^»дсо )3с/а

коэффициент кошенсации дер , м0/«1*"

нив дутье?

В" =0,3

дР дК др+д14 1

д^ =0,5

АР А к дРмК д«га.

А*Р=0,7

Др дК »Р+дМ д<Д

21-25 +1,9 -2,8 4,7 -3,2 +1,5 -3,8 5,3 -4,2 ,+1,3 -4,71 6,0;-5,3 26-35 +4,2 -1,6 5,8 -2,0 +3,2 -1,8 4,8 -2,1'+2,1 -1,б| 3,71-2,1 36-45 +2,3 -0,5 2,8 -0,5 +1,7.-0,4 2,1 -0,75 0.9 -0,3, 1,2' -0,9

Результаты приведенного анализа состоят в следующем: газодинамика иргцесса существенно влияет на показатели плави! -при цереводе печи с режима а саолЬ ца режим ОссгйЬ приросг производительности д Р на I % п диапазоне обогащения дутья лоредом 21-45 % возрастает с 1,5 до 4,0 %, л •..консмия кокса соответственно уменьшается о 1,43 до 1,17 %;

Таблица 3

Изменение показателей доменной плавки на I % 02 в различных диапазонах обогащения дутья кислородом и режимах плавки ( Ьф = 0,5 м3/м*), %

Содержа ние 02в дутье "V^scoivit conàt QA°= varvbt

дР дК дР+дК t&¿ дР дК AftAK ДР ДК iPtûK

21-25 26-35 36-45 +1,1 -4,3 5,4 -4,9 +2,2 -1,7 3,9 -2,2 +0,8 -0,4 1,2 -1,0 +1,8 -3,2 5,0 -3,6 +4,0 -1,7 5,7 -2,2 +1,4 -0,4 1,8 -0,7 +2,2 -2,3 4,5 -2,S +4,8 -1,7 6,5-2,2 +2,0-0,4 2,41-0,4

увеличение коэффициента компенсации от 0,3 до 0,7 -3/м3 при одинаковом уровне обогащения дутья кислородом приводит к понижению интенсивности плавки на 1,75 %% а производительности-от 3,69 До экономия кокса при этом возрастает от 1,22 до 1,41

изменение прироста производительности на I % 02 др с увеличением концентрации кислорода в дутье имеет экстремальный вид для всех рг-£имов плавки, максимальное значение его достигает :я в диапазоне 26-35 02 и составляет 2,2-4,8 %, тогда как самая значительная экономия кокса на I % 02 £>К наблюдается в диапазоне 21-25 % Og и составляет 2,3-4,3 %, уменьшаясь до 0,4 % при содержании 02 в дутье 36-45$;

эффективность комбинированного дутья, оцениваемая .суммой показателей с»Р + уменьшается по мере повышения его параметров, но и при 36-45 % в дутье величина её достаточно высокая и составляет. 1,2-2,4 % (при "скользящей" базе сравнения отдельных диапазонов обогащения дутая кислородом).

Газодинамические особенности выбранных рэжиыов с увеличением обогащения дутья кислородом характеризуются следующими количественными соотношениями:

кинетическая энергия дутья для режимов cotvit и дУ^дсО уменьшается а при 40-45 % 02 составляв« соответственно 50-60 % и 80-83 % её начальной величины, тот как для режима « oorvà"t значение её возрастает на 40-45 %i *

выход горновых газоз в единицу времени возрастает jm все* регимов (кроме Gonôi) и в максимальной степени npH^B«mit-на 1,6-3,.7 v

при высоком уровне* обогащения дутья кислородом (35 % в вше) более значительное снижение показателя ZcL в, следовательно, получение более высокой экономии кокса на 2% 02 достигается при ме- -нее интенсивных режимах плавки ( CCftifc щщ û!\Ç= AU? ) по сравнению с другими режимами с более высокими расходами природного

газа.

Таким образом, комбинированной дутьо явл-птоя уникальным сродством управления процессом докэннЫ плавки и позволяет решать различные целевые производственные 3" дчч ~ приоритетное достижение максимальных прироста производства пли экономия кокса за счет вн~ бора соответствующих параметров дутья н в этом состоит ого главное технологической преимущество по сравнещга о другими способами интенсификации доменного процесса.

1.2. Развитие эндотермячоскях процессов п теплообмена в внсокоте?.'лерат: оной зоне доменной печи

В работе боля цроанал'нззро!?-.кы изменения тепловых затрат на развитие высокотемпературных процессов,протекатаих пря тем:ера турах 1200°С п более, а именно: ка^поьа фурменного кокса, пршого и косвенного (за счет водорода) восстановления ГаО, восстановления крш-нвя и тлзрганца, перевода серн в шлак, нагрова чугуна н илака до температуры на внпуске, образования монооксида креигая (Б£Л ) и тепловых потерь в нижней зоне доменной печя,^ _ __ ___

Расход тепла су нп обрапоганпе "Ь^О:

+ 1,8 Аи> + 0,0?)] МД,н*/мим ,

Анализ показал, что о повьшюпиви обогащения дутья кислородом оуштрнне расхода тепла в единицу времени изменяется неоднозначно-до 25 % они снижаются за счет уменьшения развитая процесса прямого восстановления, а далее возрастают вследствие нятейокфтдацйз процесса^ образования $10 я увеличения производства чугуна.

. Увеличение расхода, тепла в гашней зоне пеня в разлнчннх диапазонах обогащения дутья кгслородом характеризуется следувщяш данными (в процентах):

Содерг-аяие 0? в дутье, %

21-25 26-35 36-45

Рздим плавки •Л г " а С0л5х™Б° =: ¿сТ^рЬ= (01^1,-

100,0 102,1 • 103,б

101,7. 105,5 107,7

103,3 107,7 110,0

При перевода домешюЗ печп о базового регима, характарлзугак-гося выходом горновых газов , суммарным расходом тепла в пня-

пой зоне О. и теоретической температурой горения на более

высокие параметр« дутья пря значениях ЛГГ и & , то для покрытая возросшей тйплсиотрабпсотл пияяэй .рони норбхоЕТО'» устянштаят.ъ новое р/тачешто теоретической температугм горения 'Ь , которое равно: .

«с

гдо Со - теплоемкость двухатомншс газов, кДз/м3град.

Изыяиеиив теоретической температуры горения по мере повышения содержания кислорода в дутье по сравнении с базовыу периодом для всех режимов подчиняется общей закономерности - на первом этапе обогащения дутья (до 25 %) значение *Ь понижается на 16-18°С на Г % 02, а при дальнейшем наращивании содержания 02 в дутье он ъез-растает на 7-1Э°С и в диапазоне 36-45 % ысхет достигать 2400-27СС°С (таблица 4, рис.Ъи 3), .

Таблица 4

Изменение теоретической температуры горения при увеличении оодерданвя кислорода в дутье на I %ппри различных режимах плавки и значения Д1р (и /м ), С

Содержание 02 в дутье, % д Уг = д из = 0.5

д*р=0,3 5 й(р=0,7

21-25 26-35 38-45 -7 +19 +17 -17 +13 +10 ........... -26 +7 -10 +12 +11 -17 +16 +а -16 +18 +9

Проведенний анализ позволяет определить технологические пределы обогащзния' дутья кпслородсы, которые определяются следуидаш параметрами:

уменьшением к&не-шческой энергии дутья на 30-40 % от её начальной ьаличщщ', дал ре^имО. сял-зЬ этот предел составляет 40-45 % 02, Для других режимов этот предел из достигается!

поюшеяиеа содержания РеО в первцчшх шлаках до 5-7 что соответствует значения 2 Л равном 2-3 %, При этом наступает разки, а увеличение вязкости шлака{ по атому параметру пределы с оставляя'г 40,0-93,6$;

выходом горновых гаусв более 3 ы3/ыий на I м3 объека печи, что приводит к осадкам продельные значения 02 в дутьо достига-

ются только для реям» СДа и составляют 40-45

вырсадегшеа! ьзцхней стуиейи ^теплообмена, что приводит к исчезновении резервной аогш а похолоданиям иечк (60-30 % 02).

11а основе данных о сухарных тепловых расходах в нижней зоне печи и изменении теоретической температуры горения были выполнены исслвдоягннл процесса теплообмена при различных рата.ак шишки.

г&о

Х4&

//

- щ у к-«

-

а „ -

СоЗер Ой 6 ¿тс, г

Ргз.2. Языэяекяэ теоретической температура горвнкя а , ^ааксимрстя содержания в дутье прв^дср »0(5

«г

' -

■ Я £} & &

йсывпеняв теоретической гекператуга горевал п взвл-стагога те оодвришся 0-> в дутье I значения лф т. - 0,3; 2 - 0,5, 3 - От?, реет* лЛ/^л^)

АкадзаЗ показал, что с повышением обогащения дутья кислородом верхняя схутчь теплообмена возрастаем, но высота нвяней стуяепи остается созФоАайой, Следует указать, что при содержании 0$ в дутье 45-БО % рэайршая зона в шахте с температурой 900-1100^0 сохрани стой & tíetfiüiUtó&x 15-20 % общей высоты яечи, т.е, критические ре-¿3&Ü ¿грй á'-ídEí ita достигается.

' ■ i ¿Sí ¿орыяьовлнис газовой Фазы в .области горна и заплечиков

bcDO'tMccÚi газообразования и распределения углеводородов и пх apckáiibjíirfci я йййМ золе лечи определяются процессами взаимодгйст-feiik íioToiíbb' йрйройого газа и дутья в полости воздушной фурш и тяЬсМ^йяЬйш; ЬчаГйх горна.

Для гФояййа Ызвития -процессов в полости фурии выбран

пьдЬод' газа в дутье, как наиболее распространенна в ЪракШо ir оОлаДайщ-'ь' необходимой стойкостью. Расчетным путем были зцбйбнй' r^-6iliíd йффения.газа в дутье, область распространения *¡éi&ltá з- notoííe' fc-тЬя, степень окисления СНЛ па выходе газовой сиз-

м • -V »

Ы i) rop'fiv РШййШб влшгае на процесс смесеобразования е фурмэ оказывает соотЙсшеЙиё скоростей газа н дутья н длительность -пути •шайванйя*-- ícoíSíSkc stlx. параметров приводит к различны;.! вариан-liür окисления' ífeiüifS. - иош-ого с образованием С02 и Н20 Ьли неполного с выделением Й'2 й 'СО. ¡Последний вариант является наиболее ^рздйочтмтолек с то-йш враавя -максимального использования водорода -хгрнродного газа.

Результаты аййлитячз.-ыз: разработок приводят к следующим вьшо--

/»¡.-.i:

глубина гроншшовения струи газа в дутье изменяется в пределах' 5-100 ш и на выходе иа фурш область существования метала мояет охватывать весь душевой поток;

внедрение газа в дутье регулируется путем соответствующего выбора дааызть-а сопла и ого расстолтшя от устья фут^и, но с увеличением концентрации кислорода в дутье от 21 до 50 % для обеспечения требуемых расходов Природного rasa давление его долено повышаться от -О,)до 3,4 Mía;

в полости фурия существуют 2 области, б которых соотношение содержаний элементарного кзолэрода и мотана не íi¿¿восходит 0,5, а а другой - более 2-х, что предопределяет раевити'? р первом случае

ОКИГ-ЛеЯПЯ СНд ДО СО И llg, а ВО ВТОрОЛ - ДО Нр>п и n л-ргмгх-уГОЧ-

пой ярче »та прпцеспЬ Нротекяит ппям«стпп: > .-*

указанные превращения углеводпргдсв зависят от конструкций пад вода газа - при рассредоточеной ег подаче ме/кими струями метая болев полно окисляется до С02 и ïïn^i

в полости фурмы не создаются условия для развития процеоса пиролиза метана, поскольку отсутствуют зоны без примеси элементарного кислорода дутья.

Наиболее полно соответствует технологическим требованиям подвод газа под прямым углом к noTt ку дутья - в этом случае могут бит* обеспечены необходимое распределение метана в фурме, позволяющее направить выделяющийся водород г зону рудного гребня, т.е. в атом случае достигается максимальное использование Но как восстановитель-цого реагента. Применительно - существующим дутьевым условиям с концентрацией кислорода 24-28 % глубина внедрения газа в дутье составляет 15-25 мм, при этом около 25-30 % вдуваемого метала окисляется до С02 и Н20, что не является оптимальным технологическим вариантом.

На рис.Ч представлены расчетные концентрационные поля СН^ и 02 в полости фурмы доменной печи объемом 2000 мэ НЖК при содержании кислорода в дутье 35 из которого следует, что в этих уоловиях основную часть потока дутья занимает область о соотноше-

нием содержаний 0,г и СН4 равном менее 0,5, т.е. в данном случае механизм окисления природного газа происходит с преимущественным выделением Н2 в СО. Глубина внедрения струи газа в дутье в данном случае составила 32 мм, при этом на оси газовой струи содержание, метана в газовоздушной смеси на выходе из фурмы составляло 29 %, В нижней части фурмы проходит дутье толщиной 50 мм без примеси углеводородов. •

Процессы в полости фурмы предопределяют формирование фурменных' очагов в состав газа в нижней.части доменной печи. Анализ теплотехнических и гидродинамических факторов, существующих в нижней части печи при истечении из фурмы газодутьевой струи показывает, что зона горения принимает пространственную форму неизотермической струи, причем степень кривизны eâ определяется как температурным градиентом газовой фазы, так в различием её плотности в струе и межфурменном пространстве горна. Существует значительная дифференциация плотностей газов верхней и нижней частей фурменного очага (в 1,3-1,5 раза) в связи с различным содержанием водорода - в верхней части otr достигает ?5~50 %, тогда как в нижней половине очага Kg практически отсутствует. Этот фактор приводит красширешто fypveutioî! золы с увеличением о?г>гапения дутвя кислородом ва 0,5-4,0 % на 1,0 % 02 v узялечга» п"Рй^ерийности газового потока, ■

м.

Для оценки кривизны очага применялся критерий Архимеда, в котором учтены указанные вше различия температур ^ плотностей газов очага и межфурменного пространства. Уравнение оси фурменного очага имеет следующий вид:

э Меч^г«* _

Длина фурменного очага 1х :

/ А'} К^фМ-^ТО^Р '

Уравнения верхней ( у., ) к нижней ( ) границ фурменной струп: А- . г И. + 2д?_

" (Ь-> ^ТьТзЩТъ^',

Дляна горизонтального участка очага соответствует размеру окислительной зона, определяемой экспериментально точкой исчезновения СО^ из газовой фаза; криволинейная часть зона горения примерно равна горизонтальной а поэтому полная длина зона горения в 2 раза превышает её горизоятальярючасть. •

Окислительнае очаги в плоскости фурм не соприкасаются между собой, а их взаимное перекрытие происходит в зоне заплечиков, образуя сплошное по окружности горна окислительное кольцо.

Наличие в нижней части дутьевой струи элементарного кислорода без примеси природного газа приводит на горизонте фурм к интенсивному развитию вторичного окисления чугуна. При этом шлаковый расплав о повышенным содержанием вторичного РзО отбрасывается газовым потоком вглубь зоны горения и вызывает газификацию измельченного кокса, который скапливается в центральных участках горна. Характерно, что повышение параметров дутья приводит к усилению указанного процесса и в соответствии с расчетами на I % 02 в дутье количество вторичного £еО увеличивается на 2,0 %.

Особенности газообразования в фурменных очагах (неизотормиче-ская форма струи) предопределяют двухмерное движение газопотока в заплечиках и нишей части тахты.

В высокотемпературной части доменной печи газовый поток является двумерным и газораспределение зависит от параметров дутьевого режима. На входе з зопу кускового состояния материалов двиииие газа становится одномерным и в значительной мере определяется свойствами столба шихты.

1.4. Течение газа в шахте в зоне кусковых материалов

В разработанной математической модели, в отличие от ранее исполь-ауеыых, в качестве переменных величин приняты изменения порозности слоя по сечению доменной печи и начального профиля скорости газа на входе в зону кусковых материалов. Рассмотрен также вариант с образованием канала в осевой части печи площадью до°5 % от общего печеная печи, при этом профиль скорости газа на входе в слой принимался равномарним.

Для расчетов давления и скорости газа в доменной печи применялись системы уравнений, используемых в работах Б.И.Китаева. Согласно расчету, при деформированном начальном профиле газового потока и однородной порозности шихты неравномерность распределения газа по высоте печи наблюдается на. небольшом участке - на 0,15-0,20 её радиуса (примерно на 2,0-3,0 м), а далее по сечению печи скорость га за выравнивается. При наличии в осевой з^не печи канала в случае равномерного начального пр^иля газа происходит его. ог со с в эту оо-ласть и на выходе из канала- скорость газа составляет 100-120 м/с, что в 1,5-2,0 раза превышает скорость витания кусков агломерата. Следовательно, засылка канала железосодержащими материалами при регулировании газораспределения является в данном случае неэффективна, поскольку они выносятся газом.- При повышении концентрации кислорода в дутье вязкость газа уменьшается и процесс его отсоса из шихты в канал возрастает. Проведенный анализ позволяет заключить, что в доменной печи существуют 2 автономные зоны газораспределения -высокотемпературная (более 1200°С)Г в которой газовый поток регулируется конфигурацией фурменных очагов и пдраметрами дутья и изотермическая при температурах 800-1100 С, где распределение газа , -организуется изменением порозности шихты за счет различных режимов загрузки.

1.5, Обеспечение устойчивости теплмзого состояния доменной лечи и движения столба шихты

Разработанные теоретические предпосылки дают основания заключить, что максимальная устойчивость теплового состояния и схода столба материалов достигается при оптимизации двух параметров режима загрузки - распределением рудных материалов на колошнике,. при котором руднкй гребень проходит в горне через фокус горенМ) в прз- . менения максимально-возмояной пассы подачи 'железорудных материалов с сохранением ровного хода и нормального теплового состояния печи. Кроме того, в высокотемпературной области доменной печи необходима-

' 1ХГ1

/ 1 1 1 1 1 1 1 № ■

/?А**мчня Лмм

■$/ у \

» 1 к ■

— *

1 1

V

1

Ршз. 5". Схема согласования положения дутого гребня на колошника и окислителышх очагов. АБС - траектория движения рудного гребня

Организация сплошного-окислительного кольца фурменных очагов

(рис.5). Оптимальное расстояние между рудным гребнем и стенкой колошника :

RfUcL-i^; asRp-Нг+Ь/а;

С увеличением концентрации кислорода в дутье гребень приближается к стенке, например, для печи объемом 3200 мэ с повышением 02 в дутье с 30 до 50 $ это расстояние сокращается с 1,85 м до 1,58 м или на. 14,6 %, но с увеличением объема печи от 1386 м3 до 5000 мэ оно возрастает от 1,73 до 1,98 м или на 20,0 %.

Степень согласованности горна и колошника определяет температур-яое и концентрационное поля в верхней части печи и конфигурацию доны пластического состояния материалов ^"зоны когезии") в нианей её части. Расчеты показывают, что при полном согласовании горна и колошника пластическая зона приобретает оптимальное очертание -формуW , а отклонение траектории рудного гребня от оси фурменного очага к стенке шш к центру печи более» чем на 25-30 % приводит к нарушениям распределения газопотока и появлению нерациональных форм зоны плавления типа L или Л ..

В практических условиях необходимо осуществлять контроль согласования работы горна и колошника, что потребовало разработки соответствующего метода. Сущность метода состоит в тш, что на основе анализа газа в шахте рассчлтиваетея показатель СЦ, характоризу- . юдий развитие процесса прямого восстановления по сечению печи:

("со 1-х.)

гда СО, E2,Jfp - расчетное содержаний окиада^пиерода» водорода и азота в горяозом газе, ед,; (^-ffilf соответственно от-

ношения содержаний суммарного кис&орода к азоту в фактическом радиальном газе и расчетном горновом raso, ед.

Величина показателе Qj обратно шюпорциональна вис ото горизонт та положения пластичной зоны над уровнем, фурм и на основе его изменения по сечешш верхней части печи производятся технологическая . оценка реального профиля, зоны когезии. Данный метод опробован и внедрен в практику.

Для расчета массы se-лззорудной подача в качестве базового кри-

терия принимается величина максимально допустимого удельного перепада давления газа в слое материалов, обеспечивающего ровное опускание шихты. Величина рудной^ подачи ' Опр определяется соотношением:

ОпРа Ч,ЭЗТрдРг/аРг° т.

Технологические факторы влияют на массу следующим образом:

повышение содержания кислорода в дутье на I % приводит к увеличению массы подачи на 0,2-1,8

вывод мелких фракций из ппгяы на I % позволяет увеличить масоу подачи на I %\

повышение давления газа на колошнике на С\01 МПа (0,1 ати) требует увеличения массы подачи на 2,2 %\

влила температуры дутья на изменение массы подачи отсутствует.

1.6. Методы оптимизации технологических параметров доменной плавки при применении комбинированного дутья

Рассмотренные особенности развития высокотемпературных процес-^ сов были использованы для разработки метода оптимизации процесса как при существующих дутьевых условиях работы доменных печей, так и при дальнейшем повышении параметров комбинированного дутья. Критерием оптимизации является согласование горна и колошника, т.е. получение формы пластической зоны типа ~\Л/~ при рациональном подвода в дутье природного газа. При оптимизации процесса могут быть поставлены 2 приоритетные задачи-получени.6 максимального производства чугуна или достижение минимального удельного расхода кокса. Обеспечение указанного критерия может быть достигнуто при соблюдении следующих условий:

согласование рудного гребня на колошнике о конфигурацией ФУР~ менных очагов;

образование в зоне заплечиков сплошного окислительного кольца; стабилизация теплозого состояния горна и высоты нижней ступени теплообмена;

обеспечение условий максимального использования восстаноштель-ной энергии водорода природного газа.

Способ согласования горна и колошника был рассмотрен вчле и поэтому здесь его раэъяснен/е опускается, следует только подчеркнуть, что кроме совпадения траектории спусклчп оси рудного I ¡б~ ня и фокуса горения с увеличением обогащения дутья кислородом находимо подгружать рудным:' материалами пори^ери^г/ю и чвнтт-шьк/ю зоны колодника.

1.6.1. Образование в зоне заплечиков оплошного

окислительного кольца

Поскольку экспериментальное изучение фурменных очагов в зоне заплечиков не представляется возможным, то для оценки их взаиморасположения применяется эмпирическое уравнение, связывающее скорость истечения дутья и диаметр фурмы:

где П - показатель, характеризующий степень взаимного перекрытия фурменных 0чагов, ед.; 1?- - скорость истечения дутья, м/с; о{_ -диаметр фурмы, м.

Оптимальное значение показателя П находится в пределах 950-1050, что обеспечивает необходимую степень взаимоперекрытия фурменных зон п наиболее устойчивый сход шихты. При величине П менее 950 возникает ухудшение стойкости гарниссажа заплечиков и усиление износа футеровки шахты, а увеличение его более 1050 приводят к обособленности фурменных очагов и неровному ходу печи. Регулироврние данного показателя возможно путем изменения расхода дутья или диаметра воздушных фурм в зависимости от конкретных условийработы доменной печп и производственных задач.

1.6.2. Стабилизация температурного режима горна и

высоты нишей ступени теплообмена

Метод стабилизации теплового состояния горна базируется на рассмотренных ранее зависимостях изменения тедлоЕых затрат в высокотемпературной зоне при различном обогащении дутья кислородом и соответствующем регулировании теплового потенциала горновых газов путем установления необходимой теоретической температуры горепия (таблица 4).

. Однако* следует также учитывать влияние на теоретическую температуру горения в других технологических и ¿сонотруктивных . . факторов, перечень которых приведен в таблице 5.

Конечное изменение теоретической температуры горения определяется комплексом переменных факторов, что позволяет обеспечить постоянство теплового-«остояндя печи а горизонта'первичного шлакообразования.

Таблица 5*

Изменение теоретической температуры горения £гЬ и выхода горновых газов д"\С при влиянии различных факторов

Факторы

i

+23 ¡ Без изме-

i нения

-II 1 +1,0 ■

- 9 1 1 +1,0

-i2 ; +2,0

i i Без изме-

+10 i нения

+43 ; Без изме-

нения ,

+2 | +1,0

+27;. Без изме-

нения

Повышение содержания железа в шихте на I %

Уменьшение содержания фракции 0-5 мм в шихте на I %

Уменьшение содержания серы в коксе на 0,1 %

Уменьшение показателя качества кокса MIO на 1,0 %

Повышение теплосодержания шлака на 40 кДж/кг (10 ккал/кг) за счет увеличения ь нем содержания Mg.0 или основности

Повышение содержания кремния в чугуне на

Увеличение давления газа на колошнике на 10 кИА (ОД ати)

Увеличение объема печи на 1000 м3

1.6.3, Обеспечение максимального использования водорода вдуваемого природного газа

Использование водорода в предельно-возможной степени достигается при следующих мероприятиях: подвода природного газа, в максимальном количестве в зону рудного гребиЯ, гази£пкащга мелк'офракцион-ного кокса в центральных участках горнг и обеспечения чугуна и шлака по сечению горна з'дидкоподшшюм состоянии.

Требование подачи природного газа в рудный гребень осуществляется за счет рацисиалыпго подвода, основными свойствами которого являются: создание условий для конвертирования метана до СО и Н^ в области фокуса горения, газификация коксовой мелочи за пределами • зон горепия и обеспечение необходимой эксплуатационной стойкости. Наиболее полно, этим требованиям соответствует подвод газа одной трубкой поперечно потоку дутья.

Как следует из теоретического анализа для совпадения области . с максимальной концентрацией водорода в фурменном очаге с зоной рудного гребня, проходящего через фокус горения, глубина внедрения струи газа в дутье должда составлять 0,3 диаметра фурмы. Это требование может бйть обеспечено при любых параметрах комбинировангого

дутья, но сечение согца и давление газа должны находиться в определенном соотношении. Диаметр сопла de. определяется уравнением:

j -х/ЗЖКЖ! .

Y WftC100tPnr)

' Условие конверсии углеводородов в области фокуса горения до Н2 и СО выполняется при определенном расстоянии М" точки ивода газа от устья фурмы, которое рассчитывается по уравнению:

vK" = 100 + 1000 Л СО мм, - <

где йсО ■• приращение содержания кислорода в дутье сверх 21 %, м8/м3 дутья.

Приведенное соотношение показывает, что с повышением концентрации кислорода в дутье я расхода природного газа подвод его в дутье должен удаляться от устья фурмы. Для существующих дутьевых условий работы доменных печей Украины этот размер не превышает 120-150 мм. Рассмотренная конструкция подвода не содержит специальных вставок, распылителей и других деталей для углубления струи газа и поэтому , горячее дутье не окисляет сопло и его эксплуатационная надежность определяется только стойкостью фурмы.

Рассматриваемый способ подвода газа обеспечивает отмеченную в требованиях возможность газификации коксовой мелочи, скопляющейся в центральных участках горна. Поскольку в нижней части устья фурмы проходит обогащенное дутье без примеси природного газа, то на этом горизонте развивается интенсивное вторичное образование Fe0 с доставкой его газо: чм потоком в центральные участки горна, где оксид железа реагирует о коксовой мелочью. Протекание этого процесса зафиксировано при экспериментальных исследованиях состава газа в горне при обогащении дутья кислородом до 30 и 35 % на печи НЛМК - за пределами окислительной области содержания СО в газе резко возрастает на F-7 % и более. Проникновению горячих газов за пределы зон горения и повышению их восстановительной энергии способствует улучшение дрзнажной способности горна. Поэтому при переводе доменной печи на более высокое содержание кислорода в дутье возникает проблема сохранения очертаний фурменных очагов, прежде всего их нижней границы, поскольку, как показано выше, верхняя часть зоны горения ,8аконо1 эрно расширяется о увеличением параметров дутья. Такая стабилизация проводи-; ;;я изменением диаметра и колич.;ства воздушна фури. Основываясь на положениях теории неизотермической струи и понимая постетнныш исходные критерии фур\:лшой струи - Архимеда al, и шпудьса c¿>° - были выведены уравнения для определения'она-

, 27 .

метра фурм и расход дутья на одну фурму Год в новых условиях при теоретической температуре горения 71Гр и плотности газовой фазы струи

I ~\7 ° тяТо^р Р

Здесь Лг. - исходные значения импульса фурменной струи и критерия Архимеда; , Р^ , ^ - температура ( К), давление (МПа) и плотность (кг/м3) дутья.

Установлено влияние технологических факторов на изменения диаметра и количества фурм:

повышение концентрации кислорода в дутье на 10 % должно сопровождаться уменьшением диаметра фурм на 3,7 % и увеличением их количества на 11,3 % (применительно к режиму , ддя других режимов эти значения корректируются соответственно изменению расхода дутая); ' , %

с увеличением температуры дутья на 100°С диаметр фурм возрастает на 2,8 %, а их количество - на 7,0

повышение давления колошникового газа яа 0,01 № (О, I ати) должно сопровождаться уменьшением диаметра фурм на 1,0 %.

На доменных печах при повышении содержания кислорода в дутье и сохранении количества фурм уменьшение их диаметра производится в меньшей степени и составляет^ а ^при увеличении температуры дутья от до"^ в соотношении Л(Т°/у Г лсЦ» л ЛИ1? - соответственно расчетные изменения диаметра фурш я их количества). Одновременные изменения нескольких факторов аддитивно влияют на диаметр и количество воздрзшх фурм.

■ Представление в данной глазе аналитические методы позволяют оптимизировать, теплозне и газодинамические процессы доменной плавка при изменении в широких пределах концентрации кислорода в дутье, расходов природного газа а дутья и могут быть применены при отра -ботке рациональных режимов шавка в существующих условиях эксплуатации доменных печей.

2.1. Результаты опытно-промыаленных доменных плавок

Выводы в рекомендации теоретических исследований по оптимизации технологического режима были испытаны в промышленных условиях при проведении опытных плавок на доменных печах объемом 1386 ц3 (2$% 02> ДО, 1959 г.) И 2000 м3 (30 % 02, Ж "Кривороксталь", IS67 г., 35 и 40 % 02, 1Ш.Ж, 1971 г. и 1983 г.). Основные полохешы по регулирования решша плавки внедрены также на доменной печи объемом 500C ы3 комбината "Крпворшюталь" при освоении её проектной мощности. . : Технико-экономические показатели работы этих доменных пачей в сопоставило: и опытных периодах плавки представлены- в таблице 6. Подача природного газа в дутье, осуществлялась поперечно потоку дутья через наружный фланец фурда ЦЩ и МК "Кривороасталь") а через трубку, выходящую в полость фурмы на расстоянии 250 мм от её устья. Предварительно к проведению плавок на ШШК были разработаны и осуществлены мероприятия по обеспечению вдувания в печь необходимых- количеств кислорода (до 50 тыс.м3/час - реконструирована его подача на воас турбовоздуходувок, масляные фильтры заменены гли-цзрпноишк ударно-инерционными, уплотнены стыки на фурменных приборах и др.) и природного газа - повышено давление его в коллекторе до 1,0-1,2 Ша, расщирены проходные сечения трактов и др. Проведены мероприятия по увеличению мощности системы шихтоподачи на 20-30 %, разработана система надежности и безопасности эксплуатации доменной печи при высоком обогащении дутья кислородом - применены быстродействующие клапаны на кислородопроводе, установлена аварийная сигна-' дизация на турбвоздуходувках и др.

В опытных плавках был применен весь комплекс методов оптимизационного управления процессом - согласование горна и колошника, . подгрузка рудными материалами периферийной зоны и центра, увеличение массы подачи, повышение теоретической температуры горения, уменьшение диаметра фурм, рационализация подвода природного газа. . Ешш опробованы все четыре рассматриваемые газодинамические режимы, выбор которых диктовался, главным образом, получением максимальной интенсивности плавки при заданном содержании мелких фракций в шкх^э.

При проведении плаьог. подтвердились эффективность разработанных теоретических положений п рекомендаций, направленных на оптимизации рырокотешературных процессов при применении комб. иированного дутья. Из таблица 6 слодует, что по мере обогащения дутья кислоро-

Таблица 6

Технико-экономические показатели работы доменных печей в сопоставила (А) и опытных СБ) .периодах плавки

Показатели

ДМКД386 м3

риво^ождталь

НИ,К, 2000 м3 НЛМК, 2000 м3

* А Б А Б < Л Б А Б .

Длительность периода,сутки 28 31 150 ' 25 92 56 61 20

Содержание 02 в дутье, % 21.0 24,3 23,1 29,1 26,7 34,7 35,0 40,0

Реяим правки - - Е°=ССпЛ -

Производительность,т/оутки 1958 2124 3458 3788 3755 4330 4227 4748

Расход кокса, кг/т чугуна 762 612 478 435 484 '.47 436 416

Расход природного газа,м /т чуг. нет 124 99 .» 140 НО , 153 157 180

Расход кислорода,м3/т чуг. нет 74 57 168 39; 198 202 • 248 ш

ВыхоД"шлака, кг/т чуг. 675 656 519 522 523 ! 536 524 514

Расход дутья, м3/мин 2930 2580 3335 3200 3330 1 3280 3214 3250

. Температура дутья,°С 716 850 1092 1051 1175 1 1169 ; 1203 1177

Интенсивность плавки по 1 0,909 0,9211 0,988

коксу, т/м сутки 1,08 ^ 0,95 0,83 0,824 0,963'

Коэффициент замена кокса,кг/м з _ 1,08 - ,1,05 | 0,93 | - - 0,83

. Прирост производительности на I % 02 в дутье, % • _ 2,6 _ 2,0 1,9 ; ! 1,88 '

Снижение расходакокса на $ 02 в дутье, %' 4,3 1.7 1 1,0 $ 0,87

Количество: горновых газов. 52601

м /мин 3540 3580 4600 4870 4800 ! 5340 ! 5740

Кинетическая анергия 1

дутья, кпд/о 2680 2182 4500 4190 • 5960 6250 : 6500 1 7190

Теоретическая температура

горения, С 2080 1930 2090 2110 2240 2340 2350 1 2350 •

дом прирост производства и экономия кокса на 1% 02 уменьшаются -соответственно с 2,6 до 1,88 % и с 4,3 до 0,87 %, но при содержании кислорода в дутье 40 % достигаются достаточно высокие значения этих показателей - 4748 т/сутки и 416 кг/т чугуна. Следует отметить, что значения коэффициента замены кокса газом изменяются незначительно - от 1,08 кг/ы3 до 0,83 кг/и3.,

Значение проведенных плавок ооотоиг в том, что впервые в промышленных условиях была подтверждена реальность применения комбинированного дутья с содержанием кислорода до 40 % в существующих шихтовых условиях и целесообразность разработанных способов управления. Экономическая эффективность применения кутья с высокой концентрацией кислорода определяется соотношением отпускных цен на ' кокс, природный газ и технологический кислорода. В опытных плавках подтвердились экономические прогнозы эффективности комбинированного дутья при соотношении цены кокса к суммарной стоимости газа и кислорода, равным 1,5-1,?. Можно полагать, что при отношении кокса к суммарной стоимости кислорода и природного ia¿>a кокса, равном 1:1, ведение процесса на дутье о высоким содержанием кислорода также будет экономически выгодам в связи с уменьшением затрат по переделу, но для каждых конкретных условий требуется технико-экономический анализ.

Следует отметить, что разработанные способы управления были успешно внедрит и sä других металлургических предприятиях при применении высокообогащенного кислородом дутья; они отражены в типовой технологической инструкции по доменному производству.

2.2. Исследования высокотемпературных процессов в доменных печах при содержании кислорода в дутье в пределах 24-35 %

В периоды опытных плавок.прой^Ились исследования состава газовоздушной смеси в фурме, cociaää Йзовои фазы, температурного режима и жидких продуктов плайКй- htí сечению горна и по высоте печи, ^ а также температур выдаййёШ Йз Печи чугуна и шлака.

Развитие процесс^ 6Ш8§0$рйзования в фурме проводилось при подаче природного газа 8 ¿ймссферным дутьем (ДЩ), при обогащении дутья кислородом до 24 % (ДЖ) и до 35 % (ШЫК), Расходы природного газа в дутье составляли соответственно 4,5-6,1.$, 5,3-7,5 % в 14-15 %% Фактические составы газовой смеси практически совпали о расчетными как по глубина внедрения струи газа в дутье, так л по очертанию области распространения i. зтвха. в потока дуты, на выхода

из фзфмы - на ДМК проникновение газа составило 20 мм (по расчету -18 мм), а на печи ШКК - 32 мм (расчетная величина - 35 мм).В пробах газа на выходе из фурмы отсутствует диоксид и оксид углерода, в также водород и Н20, т.е. горение углеводородов в фурме не происходит иона выполняет роль смесителя потоков природного газа я дутья. В нижней части потока дутья углеводороды не содержатся, здесь проходит только обогащенное кислородом дутье. Данные показывают, что подвод хаза, принятый на доменных печах НЛЖ (одной трубкой поперечно потоку дутья) цлиболее полно удовлетворяет технологическим требованиям, т.к. в фурме подготавливается газодутьевая смесь, в которой в фурменных очагах метан окисляется до СО и Н2.

Состав газа в горне изучался при содержаний кислорода в дутье 21, 24, 30 и 35 %, а расход природного таза колебался от 3,8 до 14,0 % к дутью, Следует указать, что наряду с определением С02, СО,' сн4 и Н2 в горновом газе также анализировалось содержание Н20 по .сечению горна с помощью психрометрических измерений. Исследования показали, что о увеличением содержания кислорода в дутье и расхода природного газа окисление метана сдвигается в сторону образования СО и Н2 с уменьшением выделения С02 и Н20, что оказывает благоприятное влияние на использование водорода вдуваемого природного гаэаС рис.6).

Максимальное количество Н20 при содержании 02 в дутье 24/30 % наблюдается в области фокуса горения (33-96 г/м3), далее их содержание уменьшается я репное исчезновение происходит на расстоянии . 2,5-3,0 м от фурмы. Изучение линейного размера окислительной зоны при различном значении'критерия Архимеда подтвердили их взаимозависимость, т.е. косвенно получено доказательство конфигурации фурменного очага, как специфической нензотермической струи.

Замеры температуры по сечению горна на горизонте воздушных фурм дают основания заключить, что о увеличением интенсивности плавки и производительности.печи разность иезду теоретической температурой горения и температурой в фокусе горения возрастает от 40-60°С (1,5-1,6 т/м3. сутки) до 160-200° (2,0-315 т/м3. сутки). При нормальном тепловом состоянии горна температура в его центральных областях не зависит от обогащения дутья кислородом и практически постоянная -1400-1600°С (в среднем ГГООгЛ). Повышение теоретической температур« горения на 100°С .приводит"к увеличению температуры чугуна на выпуске на 20°С (при прочих равных условиях). Цги увеличении интенсивности длавки за счет повышения концентрации кислорода в дутье о г 23-24 %

а"

• 0

С1

У

/

\

1

со

« «I <я> из ш из и»

Раеап&шие*ш фурмы, н

■

/ 6

*

V«.

ч

\

Ртатящ* ш #ямям, «

Рао. в.Состав газа по сеченвю горна на доменных печах объемом 2000 м8 комбината "Криворолютадь" (а) в ЕЯШ (б) про концентрации кислорода в дутье 23,8 % я 34/1 %

>

до 35 % разность температур шишего шлака и чугуна возрастает от 40 до 85°С.

Составы шлакового расплава ка горизонте фур.) и горнового газа подтверздает увеличение вторичного окисления чугуна - в сроднен на I % % содержание вторичного ?еО возрастает на 1,8-2,0 %% и оно примерно соответствует увеличению ннтенсивностл сютакяя кокса с повышением содержания кислорода в дутье на I т.е. здесь наблюдается соответствие между накоплением мелких фракций кокса я увеличением со-дераак:« ГеО в доакв. Процессу газификации коксовой келоча способствует также и увеличение температуры в нижний часта Фуриенчого очага в связи с отсутствием здесь природного газа - при Зэ % Og в дутье градиент температуры верхней я нижней части зоны горения составляет 1?00°С.

На основе отборов газа л ааыера температуры по высоте вахты доменных печей комбината "Криворсжсталь" (5 горизонтов) а ШИК (I гор" зонт) .установлено наличие неравномерности содержания водорода s гана всех горизонтах по высоте начи .в пврк^зрайной. ц центрлльнсД сонахэ • но по мере подъема газа это различив умень&аетса {в распаре - 2,5 раза, под защит ныг'Л платами колсаникз - 1,6-1,? раза) за счет снижения его количества в центральной. зоне пзчи. Получено экспериментальное доказательство развития отсоса газа в дэнтрпльгун часть во высоте печи, нескольку здесь со,1!ерзание Яр по высота кечи сохраняется неизменным пр.1 развитии в этой зоне косвенного восста-исзления за очет СО л Hp {.согласно расчетам для печя комбсата "Ерч~ вороясталь" при содерЕа1Ши_ Og в дутье 23,8 % количество газа в центре колошника возрастает пршпрно вдяоеро сравнения с горизонтам распара). На осногз замеров давления газа'в верхней частя пахта н расчетов его расхода по сечению распара било установлено наличие перераспределения газового потока при двиаешш от горна к колошнику в соответствии с псрозностыо с-о'-ба епхтн, что подтверждает выводи тгорр-тпческсго анализа процесса.

Исследования содержания С02 в rase я трмпзратури по еусотэ шаг-га показывают, что дйИИ^нио рудного гребня к распару происходит параллельно стенке, а далее к фурма« - яо вертикальней црямой, что соотЕетстпует принято! вниз схс,"э з расчетзо-тс-Оротичзскпх исследованиях« •

Данные расчетов те еловых балансов подтпердшш факт отпосгсл^'^го .•воииченля рпекода в рдвницу вречена ней® в выоепогвмперэrjjw«* "lf,"n

о повышением параметров дутья при общей экономии тепловых затрат нь вйшшик,' единицы чугуна. К особенности процесса относятся:

экспоненциальное снижение показателя стедеы прямого восстановления ?{(. с увеличением содержания кислорода в дутье (при 40 % О, значение 7л. составило 8,0 ¡£)$

восстановление оксидов за счет водорода возрастает на 2 % на каждый дополнительный I % 02 и nf« обогащении дутья до 40 % Og примерно половина кислорода шихты отбирается водородом природного гоза;

степень использования Hg в восстановительных реакциях до 40 % Og в дугье, не ухудшается и составляет За,9-46,9 %%

доля углерода кокса, сжигаемого на фурмах, возрастает на 0,8 % на I % (¡2 в датье, достигая 76,5 % при содержании кислорода в дутье 40

Исследования процессов в доменных печах подтвердили теоретические предпосылки развития тепловых, газодинамических и восстановительных процессов при применении комбинированного дутья. ч'

Положительные результаты, достигнутые уже в первых опытах на ДМК, обусловили широкое распространение этой технологии и к 1563 г, природный газ применялся на всех металлургических предприятиях Украины. После опытных славок на комбинатах "Криворожсталь" и Новоли-пецкоы темпы внедрения комбинированного дутья усилились и с 1972 г, по 1986 г, годовые расходы природного газа и кислорода на производство чугуна суммарно по Украине и России возросли соответственно о 4,7 до 11,6 млрд.мэ в с 1,9 до 12,5 идрд.м8. На Украине высокая концентрация кислорода в дутье доменных печах применяется на доменных печах Енакиевскбго металлургического комбината (27,8 %, 1990 г.) , на печя объемом 5000 м3 комбината "Криворожсталь" (29,8 %, 1990 г.). Шрокое применение получала технология плавки на высоких параметрах комбинированного дутья на доменных печах НЛМК - в 1990 г. среднее содержанке кислорода в дутье по 6-ти печах составило 32 %, в в отдельные периоды (3-4 месяца) концентрация кислорода в дутье повышается до 40 %. На НЛМК sa счет применения кислорода и природного rasa ежегодно дополнительно выплавляется около 1,8 клн.тонн чухуна (около 20 % обшэго производства) в экономится около 1,0 млн.токи кокса, Раяим плавки о обогащением дутья кислородом до 35 % зчдажен в яросктЫкрупнейшх доменных яечзй» введенных: в вкспдуагацаг в 1975-1988 г.г, - печи объемом 5000 мэ комбината "Криворочотапь" и №00 м® Чер?аовАш:ого метялцургичгского комбината.

Зэ

Б периода опытных шшвок на комбинатах иы.Дзерканокого, "Крл--вороксталь" и Новолипяцкоы внедрялись рекоыецдау.и по соверьенс»-вовшшю параметров технологического режима, а абш'Л экономическ;:;'! эффект за 12 опытных периодов составил в ценах 1980 г. 1026,3 тыс, рублей.

Расчетные проработки Рлпроыеза, выполненные в 1980 г., полазали, что производство I тснны чугуна при обогащении дутья кислородом до 35 % обходится деиевле по сравнению с стоимостью чугуна, полученного на печах объемом 5000 ма как для условий Украины, так и для Российской Оедерэдш.

В настоящее время дленные печи Украины объемом 1410 и3 и менее не соответствуют современно,',-у уровни доменного производства -удельная производительность ниже примерно на 20 а расход кокса вше на 35-40 кг/г чугуна по сравнений с работой печей обьемш 1513-5000 мэ. Расчеты показывают, что при выводе аз эксплуатации 7 устаревши доменных печей потери производств могут бить скс;.!~ пенсированы увеличением ¡ясдорода на остальгшк 48 доменных печах ■за счет повышения среднего содерианил кислорода в дутье на 5,0 %, при этом маге? быть подучена экономил кокса не менее 5 % (около 25-30 кг/т чугуна), Повышению экономичности применения комбинированного дутья способстЕуга' совершенствование реаяиа работы кислородных блоков с пешим извлечением редкая тазов, сокращение потерь кпзлорода, улучшение качества железорудного сырья. Следует отметить, что внедрение новой технология потребует реконструкция систем шихтоподачи, охлаздония, трактов природного газа и кислорода, особо необходимо разработать мероприятия по увеличении давления природного газа до 1,2-1^ МПа,

Разработанная технология высокоЕнтенсавного процесса производства чугуна не имеет аналогов за рубзаом - з отдельных опытных плавках концентрация зеслородз в дутье нэ превышала 30 Необходимо также указать, что большинство разработанных методов управления пригодны и эффзятпв!Ш яр! щшенешт мазута яла пылоугольчего топлива, что расширяет ютгологнчесдай диапазон и возможности представленной работы,

3. ЗАШЯЕНИЕ

Главная задача исследований представленной диссертации состоит в создании научной основы для решения крупней нарпднохочяЧ ■ ОТВ9ИЯОЙ про(1дпда - достижения анаяптзльного сяижен'лч грптсяп

чскса !;' увеличения (или сохранения) объема производства чугуна путем кардинального совершенствования восстановительных, теплооб-менних А газодинамических условий процесса доменной плавки.

Поставленная задача решена путем проведения теоретических и опнтно-пг-омышленных исследований развития высокотемпературных процессов с практического внедрения предложенных технологических режимов при применении природного газа и дутья с концентрацией кислорода 2о-40 %, что является доказательством объективности и надежности полученных теоретических результатов и эффективности комбинированного дутья высоких параметров. Улучшение качества сырья и топлива является не альтернативой комбинированного дутья, а дополнительным "резервом улучшения показателей, доменного производства,

Основу предложенных технологических решений п методов управления составляют результаты теоретических, экспериментальных и опыт-но-проыышленных исследований доменного процесса, проведенных на современных доменных печах Украины и Российской Федерации.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом.

3.1. На основании теоретического анализа развития высокотемпературных процессов и опытно-промышленных исследований созданы научные оснсвы высокоинтенсивной технологии доменной плавки на основе применения природного газа и дутья с широким диапазоном обогащения его кислородом (до 40-45 %), что позволяет решить крупную научно-техническую и народнохозяйственную проблему по снижению расхода металлургического кокса на 15-20 % и увеличения производства чугуна на существующих доменных печаг на 30-35 %.

3.2. Предложены рациональные газодинамические-режимы плавки, обусловленные фильтрационной способностью столба шихты я характеризующиеся изменением выхода горновых газов дЛч- в единицу времена с увеличением обогащения дутья кислородом на I %, а вменио -объем газов остается неизменным, величина лУг возрастает пропорционально приращения содержания кислорода в дутье (л\гг-1,<?%) сохранение кинетической энергии дутья (г = 1,2 - 2,1 %) к сохранение расхода дутья ( в 1,6-3,7 %).

3.3. На основе разработанного метода анализа установлены закономерности изменений прироста производительности п уменьшения удельного расхода кокса на I % 02 в дутье в зависимости ог интенсификации процесса,

Максимальная экология кокса достигается при сохранении италь-

ного объема горновых газов с повышением содержания кислорода в дутье - на I % 02 она составляет 1,43 % при приросте производгтель-ности 1,5 %, тогда как при постоянстве расхода дутья этл показатели (дР и ьК) составляют соответственно 1,17 % V 4,0 %. Наиболее значительный прирост производства чугуна достигается в диапазоне 26-35 % £>2 в дутье, а экономии кокса - при 21-25 % 02 , т.е. экстремальные величины этих показателей не совпадают. При концентрации кислорода в дутье более 32-33 % режим плавки с постоянный объемом горновых газов является предпочтительным о точки зрения экономии кокса по сравнению о боляе интенсивными режимами даже о повышенным расходом прлродного газа (до 0,7 м3/м3 кислорода). Технология комбинированного дутья обладает унякалъным свойством - возможностью варьирования в широких пределах приростом происэодства чугуна или снижением удельного расхода кокса, что позволяет целенаправленно выбирать соответствующие режимы в зависимости от производственных задач и условий плавки.

3.4. Показано, что существует определенный«диапазон предельных концентраций кислорода, определяемый совокупностью факторов -потерей жидаотекучести первичного шлака при содержании УеО ниже 4-5 % (значение ЪЛ. равно 1,5-2,0/2 ), загромождением горна при уменьшении кинетической энергии дутья ниже 70 %, вырождением верхней ступени теплообмена, увеличением выхода горновых газов более

3 м3/м3 мин и минимальным коэффициентом замены кокср природным газом, не обеспечивающим снижение себестоимости чугуна. В зависимости от конкретных условий плавки предельный уровень обогащения дутья кгзлородом может находиться в диапазоне 42,0-93,3 %. Дли- • тельные опытные плавки подтвердили реальность и достоверность этого прогноза об эффективности предлагаемых режимов о обогащением дутья кислородо м до 40 %. '

3.5. Обоснованы количественные закономерности образования в единицу времени монооксида кремния () в нижней части печи -

на 1% 02 количество его возрастает на 1,6 % и при концентрации кислорода 35 % около 30 % содержащегося в шихте переходит в 52-0 , из которого только около 10 % участвует в реакции восстановления кремния. Тепловые затраты на эа'от процесс в этих условиях. составляют около 20 % от их общей величины в высокотемпературной зоне печи. #

3.6. Проанализированы изменения тепловых высокотемпературных затрат при .различных параметрах комбинированного дутья - при содер-

яятя кислорода в.'дутье более 25 % они возрастают на 0,2-0,3 % да каждый дополнительней. I % 02 в дутье.

3.7. Разработаны методы расчета концентрационных поле;" метана в полости воздушной фурмы и окислительной зоне на основе кориц взаимодействия двух газовых потоков и оценки степени окисления СН4 в СО и Н2 при различных опособах подвода природного газа в дутье.

3.8. На основе анализа процесса смесеобразования и экспериментального изучения состава газа в фурме разработаны технологические требования к конструкции подвода природного газа, обеспечивающую

■ подачу струи газа и его производных в зону максимальной рудной нагрузки и требуемую эксплуатационную надежность.

3.9. Предложена новая концепция формирования зоны горения, ктк специфической формы неизотермической струи, кривизна которой определяется фитерием, отражающим влияние температурных условий и различие состава газовой фазы. Окислительные зоны на горизонте фурм не соприкасаются и их взаимное перекрытие имеет меото в зоне заплечиков на высоте 0,5-0,8 ы с образованием сплошного кольца по окружности-печи,-

ЗЛО.. Исследовано движение газового потока в шахте доменной печи да основе двухмерной математической модели при изменении как порозности материалов, так и профиля скоростей газового потока по сечению печ . При наличии канала происходит интенсивный отсос газа в эту зон.- С-увеличением его скорости до величины, приводящих к выбросу рудных материалов.

3.11. Показано, что в окислительных очагах интенсивно развивается вторичное окисление чугуна и на каждый 1% 02 в дутье количество вторичьое Ре0 возрастает на 1,5-2,5 при обогащении дутья до 35 % 02 этому процессу подвергается около 50 % выплавляемого чугуна.

3.12. Созданы теоретические основы даиженпя рудных материалов по высоте печи и на этой базе рассмотрены различные варианты взаимодействия рудного гребня и фурменных очагов, что определяет форм} .пластической зсны и характер развития высокотемпературных процессе

3.13. Проведены широкомасштабные промышленные исследования в Боне горна, подтвердившие результаты теоретических .газработок, а именно:

I

в полости фурмы развиваотся процьос смесеобразования дутья а читана в сос.иетствии с расчетной схемой без защитного окислеши углеводородов, что предопределяв распределение их производных,но сь^нив 'г.рп.а;

с увеличением концентрации кислорода а дучье ыасленио углеводородов сдвигается в огороду образования СО и ¡¡2 п при 35 % 02 содержание водорода в фурменном очаге возрастает до 20-25

изменения конфигурация фурменных очагов подчиняется законе-, мерностям неаэотерчическоЗ струа, з области заплечиков еда смыкаются, образуя окислительное кольцо;

температура в фокусе горе;шя изменяется пропорционально величине теоретической температуре горения; с увеличением интенсивности плавки различно их возрастает от 40-€0°С до 180-2Ю°С;

вторичное окисление интенсивно развивается в шишей части -Рур— кзшшх очагов, где-происходит дутье без примеси тгродлого газа я на каждый I % 02 в дутье' содержание вторичное РеО возрастает ла 1|б 5»;

поЕыаенио теоретической тестера тури горения на 1С0°С прзводзт к увеличении-температура чугуна на выпуекз на 20°С;

доказана криволшейнссть траектории двияения рудного гребня по высоте печи.

3.14. На основе проведенные исследований раз^лботшга технологические способы управлешя режимом плавки, ссстояцяе в слсдутаеч:

газодинамический реял?.» плавки устанавливается в зависимости от фракционного состава кшхтн ила выбирается с учетом производственных задач;

стабилизируется тепловоз состояние горна путем изменения теоретической температуры горения в пределах на 3~1Э°С на 1% 02 в за-' виспмссти от Принятого реяйка плавки;

стабилизируется нмгняя гршшт Ддгрязггаой сгруа за сч-зт изменения диаметра воздушсЗ фурмы»

производится согласованно паложешм рудного грэбзя с конфигураций фурменного очага, при котором область с максимальной рудной нагрузкой проходит з горне через фокус горения;

применяются мероориятвя но обеспечения максапльного кспользов*»-нпя природного газа я устойчивого хода печй - раЕионалягпруе'тся псдеод природного газа и устанавливается маг.сямальная г.исса подать

3.15. Проведены промышленные плавка на денежных почах объемом 1386-5000 м3 комбинатов им.Д" ержинского, Нозолшещш и "Криворо--сталь" в диапазоне обогащения 'дутья кислородом 24-10 %. Результаты опытных плавок практйчоскя совпали с расктно-тооретячезкихя прогноза?/?! и подтвердили их обосноваяпость и достоверяоот-на прирост производства а э^ояогляя кокса состарили соответственно

1,9-2,0 f, и 0,9-1,6 lía доменных печах ЕВЖ режимы с высокими паралотра-.ш дутья по кислороду - 35-Ю % внедрены с 1971 г, на 1;сэх печах доменных цехов В I и № 2 и ежэголный прирост выплавки чугуна за счет кислорода составляв около 1,25 млн.тонн (околоЗлЧ* от общего объема его производства на HJ2.K). На печах объемом 2000м M.YK при 40 % 02 в дутье удельная производительность достигала 2,5 т/и3суткя, и удельный расход кокса снижался до 405^ÍI0 кг/т чуттна.

3.16. R процессе проведения опытных плавок с участием автора разраоотани предложения по усовершенствования технологического оборудования и повшаешж надежности ого работы в эксплуатационных условиях - систем» пихтолодачи, трактов подвода природного газа к дутья, ¡мншэнкю давления природного газа и др.

3.17. Показано, что технология доменной плавки на комбинированно« дутье является одним из наиболее эффективных направлений развития доменного производства на ближайшую перспективу - по данным Гипромеза выплавка I т чугуна арк 35 % Og в дутьо дешевле на 4,836,73 руб. (в ценах I98D г.) ао сравнению сп стоимостью чугуна,выплавленного на печи объемом 5000 к3..В современных услозвях работы доменных печей Украяны при соотношении стоимостей природного газа

ч кскса равном 1:2 эффективность комбинированного дутья высоких параметров обеспечивается, Расчетный анализ показывает порспектшз-иость применения нового регзаа доменной плавки для повышения технического уровня доменного производства Украины.

3.18. Долевой экономический э-ффект автора от- внедрения результатов диссертационной работы, в ценах I9G0 г, составляет-

4313,6 ткс. руб. Лля условий Украиныноевт бнть обеспечен дополнп-тельний э$фекг при внодрекятг рэкоыэндацЕЙ бэг врпмонония гряродкого гава. .

3.19. Изложенные в диссертацяошой работе гезледошшя п'достигнутые результаты в виде разработанных теоретических-описаний развития высокотемпературных процеезоа а практических технолога- ' ческах решегпй ьо -уваяцчошго гффектйаномз современного доменного производства Украины,как наиболее энергоемкого в металлургической промышленности, соответствуют' утвердившкоя в настоящее время основным направлениям научно-технического нрохрзсса в народней« хозяйства Украины.- Практическая ценность работы а достоверность её результатов лодтверэдаегоя значвтояьнкч шшоютестем аспектом,' паяучеппнм при внедрении технолоптскгас рсетмоз с иксокшв параметрами комбинированного дутья.

В связи с этим совокупность представленных в диссертации исследований п разработок позволяет квалифицировать её как научны.» труд, а котором изложены па/шо обоснованные технические и технологически решения, внедрение которых вносит значительна вклад п ускорение научно-технического прогресса и шеет весомое народнохозяйственное значение.

Основное содержание работы отражено в следуших публикациях:

I. Некрасов З.И. г Цоасалина Ф.Н. Исследование состава газ'иаозду.;:--ной смеси в фург.!еш;см приборе при работе ¿онзнло.Ч печи на комбинированно!.; дутье // Научи.труд!! ШШ. - Выпуск 13. - Нз-ио АН УССР, 1960. - С.34-19.

2. Некрасов З.И,, Москаяина Ф.Н, Состав гача я горне доменной печи при работе на природном газе и обычном дутье // Сталь» -1962. - И. - С.773-776.

3. Некрасов З.И., /„оскалина Ф.Н. Зональные балансы доменной плавки при работе на атмосферном я комбинированном дутье 7/ Пнтен-сифш'лщш доменного процесса: Науч. тр. »Ш / СССР, •• ¡.1.: .Металлург;::!, 1й69. - Том.32. -С.87-1С0.

4. Некрасов З.П,, "оскалина Ф.Н. К вопросу о кинетической анергии дутья в условиях обогащения его кислородом // Лнтснс^шсацкя дименного процесса: Научные т£/дц 1ИМ, тем 32 / !.Ш СССР. - У.; -Металлургия, 1969. - С,100-103.

•5. З.И.Некрасов, П.Г.Петребко, Ф.Н.Ыоскащ'на, Б.А.Козаков, Н.Ы.Уькаренко. Слитная плавка а доменной печи объемом 2СС-0 !ла при обогащении дутья кислородом до 30 % // Сталь. - 1971. - Г» 10. -С.887-604.

6. З.И.Некрасов, С.В.Калпахоэ, В.У.Андреев, 'З.Н.Москал'лна, Г.Б.Рабинович, Н.М.^огаренко, С.В.Васильев. Опытные плавки п доменной печи объемом 2С-Г.0 м3 па дутье с концентрацией кислорода до 35 % а Сталь. - 1973. - У» 2. - С.97-10'!.

7. Некрасоя З.И., Магаренко Н.У., Носкалина Ф.Н. Работа газов в шахте доменной лечи объемом 27С0 м3 при применении дутья с концентрацией кнслореда.до 30 % //'Металлургия чугуна: Темат.сб.нау», тр. / „л;,; СССР. - гл.-г Йегаллургпя, 1373. -Гг I. - 0.56-69.

8. Некрасов Г?.й., Иоскалии Ф.Н. 2.5атериальнно и теплояче ¿алак-сн доменной п/пл!:!! при применении комбинированного тгутья с: концентрацией кпг-лоропп 27 п 35 % Ц До!{йнное пгоцзяодбтяо: Томат,«<<.»муч. тр. / ГДУ П!ГТ. - ''.г Металлургия, 1975. - !' П. - С.ПЧ-б'Э.

9, Не;:глсол К.!,'., "оскалила О Л., 1>*ашрепко 71. М., Г.Б,Рабшгов;:ч, С.В.Васильез. Особенности процессов в иахте до::снноЯ печи объемом 2000 nJ при кснцснтрядка кислорода в дутьо 35 £ // Дгпсниол прсиз-бодствэ: Тсмат.сб.научн.тр. К 2 / î."Li СССР, М. : Металлургия, 1975, -С, ЗВ-4 8,

10. Некрасов Я.П., Бузоверя U.T., Uоскалина 0.И., В.А.Шат-лоз, З.А.&'епзтовскиЛ. Восстаиовитсльио-тепловая работа газов в допепнск печи, раб и ащой на комбинированном дутъо, содергляеч до 32 % кис;— лорода // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1977. ~ J- 4. - С.3-6.

11. ВрублевскнД В.В. и Моекалпна Ф.И. Величина окислительных. ьон и работа коменшос печен // Интенсификация процессов домениоГ; плавки и освоение ночей большого обьс.'.а: Темат.отрасл.сб. ИЗ/ :.ГШ. СССР. Металлургия, 1077. - C.2Q-23.

12. Некрасов З.П., Нстгейко II.Г., Бузоворя М.Т..Москалина Ф.Н. Доменная-плавка на комбинированном дутье, содоркацем 30-32 % кислорода // Ст;-ль. - 1978. -НА. - С. 305-310.

13. Москалина С>,Н., Ровенский М.И. О рациональной конструкции ввода природного газа в дутье для воздушюй фурмы доменной печи // Интенсификация процессов доменной почи и освоение печей большого объема: Темат.отрасл.сб. й 5 / ИЛ СССР. - ¡4.: Металлургия, 1979.» С.52-54.

14. Некрасов 3.1'., Мсааренко Н.М., Ыоокалииа Ф.Н., Антонов И.С., Мещеряков Л.А., Циммерман Л.Ф. Опытные плавки с обогащением дутья кислородом до 40 % // Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печсЯ большого объема: Темат.отрасл.сб. # 5. •// U4M CCC1V-М. : • Металлургия, 1979. - С. 38-40. ...

15. Москалина S.H., Антипов U.C., ШопетовсюШ З.Л., Пухов Л.31. Работа доменных печзй 1Ш,!3 при увеличении содержания кислорода в дутье от 22 дч 26 % // Интенсификация процессов доменной плавки . и освоение печей большого объема: Темат.отрася.сб^К- 5 / МЧМ СССГ,-М.: Металлургия, 1979. - С.35-30.

16. Иепетовокий S.A., Моск&щша Ф.Н., Антипов Н.С., Урбановлч Г.11. Состав газа и расплава в горне домепяой лечи сеемом 3200 >>3// Сталь. ~ 1981. - & 5. - Ç.-0-I0.

17. Некрасов 3.ÎÏ., Бузоверя И. Т., Москалина О,И., Хсмич И, Г., Покршикш D.A, Исоледоваиио распределения пихтовых vatepïmon в пахте доменной печи объемом 5000 м3 Криворожского н.>та"И5Т!1тс::«.т яагоь-а // Столь, -1981, - JJ 9. - 0.13-15.

18. З.И.Некрасов, Н.С.Антилоп,\и,:,!.Ыоааренко, Ф.Н.Москалина, • 1вый опыт работы доменной печм ос ;чом 2000 м3 НЛМЗ с обогащение/ ■ья кислородом до 40 % // Сталь. - 1981. - 7. - С.7-9.

19. Ф.Н.Москалина, И.Г.Хомач, 2,:.Д.Нембуе, А.Г.Ульянов.

юение доменкой печи объемом 5001 мя // Опыт эксплуатации домея-: печей объемом 3000 цэ и более: Тамат.сб.науч.тр. / ШМ СССР. -Металлургия, 1982. - С.о-14.

20. ¡¿оскалина И., Мозарзит К.М, Прменениз комбинированного :ья высоких параметров э домовой плавке И Обзорная ^формация/ -т "Чарпэтинформация''. - Сер..' щготовка сырых материалов к металлическому переделу а производстве чугуна. - В_т.З, - 1983. - 19 г

21. Ьузоверя ¡.ЦТ., Мосли ;аФ.Н., Тарановский В,В. Ксслодоей-; состава газа и температуры в иахтэ доменной печя объем'-«

Ю <ч3 // Вопросы теория и практики производства чутуиа: Темат, .науч.трудов / МЧМ СССР. Ы.: Металлургия, 1983. ~ С.34-л!/':. 22. В.Н.Елисеев, К.М.Коваль, З.Н.Москалинд,- Э.СДтадяко», Дви-шо газа в верхней части доменной пота // Вопросы теории и ярак-щ производства чугуна. Темьт.отрасл.сб. / МЧМ СССР. - К.: Ме-иургня, 1983. - С.61-67,

23. ¡.¡оскалина Ф.Н. Конфигурация фурменных очагоэ в горне ди-ido'л пе'ш / Институт черней металлургии. - Днепропетровск,- 8с.; 5ллогр.4 назв. - Рус.-Деп. в "Черметинформации" 26.12.135 №3222-4!.«.

24, ¡.'оскалина Ф.Н., Пухов А.П., Капорулин В.В,, Можарзико Н.М., 5онович Г.И. Работа доменной печи объемом 2000 м3 НЛЖ яри кон- • ирации кислорода в дутье 40 % // Сталь. - 1?85. - 15 8, - 0.1725. Москалпна Ф.Н. Оптимальные параметры фурменной струя в

зременннх условиях доменной плавки / Институт черной металлур-з. - Днепропетровск, 1905, -3 е.; Бяблиогр.4^ назтз.Рус.-Деп. в эрмзтинформащш" 26.12.85, Л 3221-чм.

26. Ф.Н.;,¡оскалина. Газодинамические решим доменной плавкп пр-* зменении комбинированного дутья / Ин~т черл.мвталлуртот. - Днв-опетровск, 1985.« II с. ;.5лблиогр,4 назв. Рус. - Деп. л "Чермет-5ор;.тация" 26.12.85 г., .'5 3219-чт?.

27. Москаглпа Ф.Н. Теоретические основа формирования фурменных зов в доменной печи при вцсоярх параметрах комбинированного дуя / Институт черной металлургии. - Днопропе'-ровек, 1586. 22 блиогр.Ю нязя. - Рус. - Деп. в "Ч еирипферстиля" 26,0?.Я«, 3563-чм,

28. Москалина Ф.Н. Расчетно-тооретическоо исследование взаимодействия струп природного газа п в;сскообогащенного кислородом дутья в горне доменной печи / Институт черной металлургии. - Дне-, прспетрозск, 1986. - 14 е.; Библиогр.11 назв.- Рус,- Деп. в "Чер-четинформадий" 10.08.86, й 3518-чм.

29. Москалина Ф.Н. Развитие процессов в фурменных очагах доменной печи при высоких параметрах комбинированного дутья / Институт черной металлургии. - Днепропетровск, 1986. - 35 о.; Библиогр.

1£ -назв. - Рус. - Дсп. в "Черметинформацяи" 26.09.86, й 3635-чм.

30. А.Г.Ульянов, Ф.Н.Моекалина. Габога доменной печи на комбинированном дутье высоких параметров. Доклад на Европейском конгрессе домекщиков, 14-17 сентября 1986 г., г.Аахен, ФРГ. Том 2, раздел 1У/4.

31. Москалина Ф.Н. Тепловые балансы высокотемпературной зоны .■доменной печи при предельных параметрах комбинированного дутья / 'Институт черной металлургии. - Днепропетровск, 1986. - 13 е.; Т^гбляогр. 23 наим. Рус. - Деп. в "Чермэтккформации" 10.12.86 г., & 3712-41,1. и

32. Ф.Н.Москалина. Теоретический анализ эффективности применения -в доменной плавке комбинированного дутья / Институт- черной металлургии. - Днепропетровск, 1987. - II е.; Библиогр.10 назв. -Рус. - Деп. в "Черметин^ормации".

33. Москалина Ф.Н, Оценка показателей доменной плавки при комбинированном дутье // Совершенствование технологии доменного про-изврдства: Темат.сб.науч.тр. / МЧМ СССР. - М.: Металлургия, 1988.-С.63-65.

34. Москалина Ф.Н. Оптимизация теплового реяима доменной печи 1 при комбинированном дутье / Институт черной металлургии. - Днепропетровск, 1988. - 26 е.; Библггогр. 14 назв. - Тус. - Деп. в "Чер-метинформации" 27.05.88, 15 4493-чм.

35. Москалина Ф.Н. Особенности теплообмена в доменной печи при комбинированном дутье / Институт черной металлургии, 1983. -

37 е.; Библиогр.9 назв. - Рус. - Деп. в "Черметинформации" 27.05.88, № 4495-чм.

36. К.М.Коваль, В.И.Елисеев, А.П.Толстопят, Ф.Н.Москалина. ' Экспериментальные исследования движения газа в слое кусковых материалов при наличии канала // Металлургия и коксохимия. Респ. гтетаед.наута.-техп.сб. / МВ ССВ УССГГ. - К. :Тохпша, 1988. - Выпуск 95. - С.44-46. ;

37. Москалстна Ф.Н. Регулирование теоретической температуры го~ пения при изменении технологических условКг работы доменной печи // Технология выплавки чугуна: Темп;.сб.научи.трудов / ШМ СССР. - М.: Металлургия, 1989. - С.59-62.

По теме диссертации получены авторские свидетельстваОССР 9I07GG, TI86G35.

УСЛОВИИ 0БСШАЧЕ1Ш

Го, Ко - производительность печи (т/мп--) и удельный расход кокса (кг/т чугуна.);

л Г,л К - изменение производительности и расхода кокса на I % Qg (доли единицы); - содержание золы в коксе, ед.; -^SiO ~ содершние £>¿.0¿ в золе кокса, ед.; дсо - прирост содержания О2 в дутье, ед; U. - выход шлака, кг/т чугуна; ^ScOj- содержание SiO¿ в галако, ед.; •

OCjij.- текущие координаты;

- радиус воздушной фурмы, м;

t-L - приведенная скорость Ъ&тъя ( \К.~\х.0/2. ), м/с;

- фактическая скорость дутья, м/с;

плотность газа струи п окружающей среды, кг/м3;

Тстр.,Токр. - теоретическая, температура горения и окружающей среды, К; ,

- высота подъема струи, м;

& - длина осевой траетории, м;

с/- - угол раскрытия фурменной «труп, град.;*

cL-щ - угол наклона гаахты, град.;

Кр5Яг - радиусы распара и горна, м;

высоты распара и заплечиков, м;

Н —высота оллипсоидов разрыхления, м;

ТГр - насыпной всс рудных материалов,' тДг;

ДРА fifi-- neoen-i," ."Ячпения газа на I м рудных материалов и на I м высоты печи; .

"Vnr - расход природного гаоа на одну фурму, м3/час;

п. - соотношение скоростей дутья и газа (~Wi/w^ )

- давление природного газа, Ша.

Подписало к печати 09.02.1994 г. Формат 60x84/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,5-. Заказ Тирая 1'сО экз. Ротапринт ШШ1. '