Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ХАРЧЕНКО Александр Сергеевич
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОКСОВОГО ОРЕШКА НА ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ C КОМПАКТНЫМ БЗУ ЛОТКОВОГО ТИПА
Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Магнитогорск - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Сибагатуллин Салават Камилович.
Официальные оппоненты: Спирин Николай Александрович доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, кафедра теплофизики и информатики в металлургии, заведующий кафедрой.
Шаповалов Алексей Николаевич кандидат технических наук, доцент, Новотроицкий филиал национального исследовательского технологического университета МИСиС, кафедра металлургических технологий, доцент.
Ведущая организация: ОАО ГНЦ Уральский институт металлов, г. Екатеринбург.
Защита состоится 15 мая 2012 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01, ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Автореферат разослан 9 апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Селиванов Валентин Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одним из ключевых направлений совершенствования технологии металлургического производства России является энергосбережение во всех технологических переделах. Черная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности.
Около 20 % от общезаводских затрат приходится на приобретение топливноэнергетических ресурсов. Самым крупным их потребителем остается доменное производство. На его долю приходится около 50 % энергоресурсов, используемых черной металлургией.
Из производимого для доменных печей кокса пригодная по крупности часть для непосредственного применения составляет около 80 %. Ввиду этого происходит избыточное расходование дефицитных и дорогостоящих коксующихся углей, мировые разведанные запасы которых в настоящее время не превышают 400 млрд т. Для выполнения стратегического направления, утвержденного правительством РФ в апреле 2003 года, об организации и комплексном использовании минерально-сырьевых ресурсов в интересах нынешних и будущих поколений необходимо рациональное расходование кокса. Одним из направлений снижения потребления углей является вовлечение в технологию производства чугуна коксового орешка крупностью 10-25 мм. Хотя способы его использования совместно с железорудной частью шихты уже известны, они не нашли широкого применения, поскольку наряду с положительными сторонами - наличие углерода, повышенная холодная прочность по сравнению со скиповым коксом, более высокая эквивалентная по поверхности крупность, чем у агломерата и окатышей - имеются и отрицательные. Недостаточно высокие результаты в значительной мере обусловлены большим влиянием дренажа продуктов плавки в горне печи на ее работу. Одной из причин негативного влияния орешка на фильтрующую способность коксовой насадки является неравномерное его распределение по окружности колошника. Особенно это проявляется на печах, оснащенных компактным бесконусным загрузочным устройством лоткового типа.
В связи с этим актуальной задачей для производства чугуна является разработка режима использования орешка в печах, оснащенных компактным лотковым загрузочным устройством, исключающая негативное действие его на фильтрующую способность коксовой насадки в горне с достижением повышенного эквивалента замены им кокса.
Цель работы - разработка режима использования коксового орешка, обеспечивающего эффективное его потребление в составе железорудной части шихты доменных печей, оснащенных компактным БЗУ лоткового типа.
Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:
- исследовать поступление шихтовых материалов из бункера БЗУ в колошниковое пространство и выявить рациональный режим загрузки коксового орешка в доменную печь;
- установить влияние характеристик дутья, кокса и железорудного сырья, включающего коксовый орешек, на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи;
- исследовать действие расхода орешка на ход плавки, в том числе дренажную способность горна печей, работающих в условиях нижней и верхней определяющих по газодинамике зон;
- выявить и исследовать различные мероприятия, обеспечивающие снижение удельного расхода кокса путем компенсации отрицательного действия орешка на фильтрующую способность горна печи.
Научная новизна:
1. Выявлена последовательность размещения компонентов шихты в бункере БЗУ, обеспечивающая максимальную равномерность выхода коксового орешка из него в колошниковое пространство печи и пониженный удельный расход кокса.
2. Установлено действие расхода коксового орешка на дренажную способность горна печи в зависимости от расположения определяющей зоны силового взаимодействия потоков шихты и газа.
3. Получено уравнение, описывающее влияние характеристик дутья, железорудного сырья и качества кокса на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи, позволяющее выявить мероприятия, компенсирующие негативное действие орешка на дренажную способность горна.
4. Установлено влияние расхода коксового орешка и коэффициента равномерности поступления его из бункера БЗУ в колошниковое пространство на газодинамические процессы по высоте печи, ее тепловую работу и степень восстановления железа из FeO различными восстановителями.
Практическая ценность. Достигнуто снижение удельного расхода скипового кокса путем увеличения потребления коксового орешка без ухудшения хода доменной плавки и повышения коэффициента замены им кокса. Долевой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в условиях ОАО ММК составил 3,54 млн руб.
На основе выполненных лабораторных экспериментов создана программа для ЭВМ Определение рационального режима загрузки коксового орешка в колошниковое пространство доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа, имеющая государственную регистрацию. Программа позволяет определить коэффициент равномерности поступления коксового орешка в зависимости от последовательности загрузки компонентов шихты, расхода орешка и степени открытия шихтового затвора. Его повышение обеспечивает эффективное использование орешка и снижение удельного расхода скипового кокса.
Реализация работы. Полученные в работе результаты позволили эффективно использовать коксовый орешек в шихте доменных печей ММК с доведением коэффициента замены им кокса до 0,91 кг/кг, что подтверждено актом внедрения.
Материалы исследований включены в методическое указание по курсовой работе Анализ причин изменения удельного расхода кокса и производительности доменной печи по производственным данным.
Магнитогорск: ГОУ ВПО УМГТУ, 2011. - 18 с.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 68-й и 69-й межрегиональных научно-технических конференциях МГТУ им. Носова (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 10-й и 11-й международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО ММК (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 11-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов Энергетики и металлурги настоящему и будущему России (Магнитогорск, 2010 г.); Третьем международном конгрессе по аглококсодоменному производствам Проблемы доменного производства в современных экономических условиях работы горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов (Украина, Ялта, 2010); четвертом международном промышленном форуме Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении (Челябинск, 2011 г.).
По материалам диссертационной работы проведено обучение технологического персонала доменного цеха ММК в процессе повышения ими квалификации.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 программа для ЭВМ, 15 статей в журналах и сборниках научных трудов, в том числе статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертационной работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 150 наименований и приложений. Она изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 41 таблицу.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель, решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе представлен литературный обзор по накопленному опыту использования коксового орешка в составе шихты доменных печей России и зарубежья.
Из анализа изученных работ следует, что использование кокса класса 10-25 мм в шихте доменных печей не сопровождалось всесторонним изучением дренажной способности горна, анализом действия расхода орешка на работу печей, работающих с нижней и верхней лимитирующей по газодинамике зоной. Его вовлечение в доменную плавку часто приводит к ухудшению хода процесса, снижению производительности печи.
Исследованиями показано, что БЗУ лоткового типа недостаточно обеспечивает равномерное распределение орешка по окружности колошника.
Исходя из этого сформировали цель, определили задачи, обосновали выбор направления исследования.
Во второй главе приведены результаты лабораторных испытаний коксового орешка и физического моделирования влияния различных факторов на равномерность поступления орешка из шихтового бункера БЗУ в колошниковое пространство доменной печи. Разработана программа для расчета на ЭВМ рационального режима загрузки коксового орешка в доменную печь, обеспечивающего высокую равномерность его поступления из шихтового бункера БЗУ.
Орешек, выделенный из вновь испеченного кокса, содержит на 20 % больше фракции 19-25 мм по сравнению с полученным путем отсева у доменной печи (табл. 1).
Таблица Ситовый состав исследуемого коксового орешка Содержание (%) по классам крупности (мм) Вид коксового орешка 10-13 13-19 19-22,4 22,4-Сухого тушения 4,8 22,2 42,1 30,Мокрого тушения 5,8 23,9 40,6 29,С рассева у доменной печи:
сухого тушения 9,2 34,8 30,7 25,мокрого тушения 12,8 38,7 26,4 22,Коксовый орешек по сравнению со скиповым коксом имеет меньшее содержание углерода, повышенную влажность, зольность, холодную прочность, реакционную способность и пониженную горячую прочность.
Для физического моделирования применили трехфакторный план эксперимента Бокса - Бенкина при варьировании на трех уровнях.
Рассмотрены следующие факторы:
Ц последовательность загрузки коксового орешка в бункер;
Ц степень открытия шихтового затвора;
Ц расход коксового орешка в подачу.
В качестве параметра оптимизации использовали коэффициент равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера:
i, (1) ККО = 1КОср где i - среднеквадратическое отклонение по массе i-х порций коксового орешка, поступающих из шихтового бункера;
КОср - среднее значение поступающих из бункера порций орешка по массе.
Для математического описания выходного параметра от указанных факторов выбран полином второй степени.
2 2, (2) Y = b0 + b1x1 + b x + b3x + b12 x12 + b x + b13 x13 + b11x1 + b x + b33 x 2 2 3 23 23 22 2 где x1-x3 - факторы, влияние которых на параметр оптимизации исследуются;
bn - коэффициенты уравнения регрессии.
Исследования провели на физической модели компактного бесконусного загрузочного устройства лоткового типа, изготовленной в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам БЗУ доменных печей ОАО ММК полезным объемом 1370 м3. Поперечные размеры модели составляют 1600 x 1500 мм, высота - 3720 мм.
В ходе эксперимента было соблюдено равенство критерия Ньютона для реальной печи (NeДП) и модели (NeM). Коксовый орешек загружали в составе железорудного сырья, включающего 75 % агломерата и 25 % окатышей. Количество орешка в бункере модели БЗУ соответствовало расходу его 100, 550 и 1000 кг в порции весом 16 т для реальной печи.
Располагали его под агломератом, в середине его слоя и над ним. Окатыши при этом в эксперименте 1 находились сверху, в эксперименте 2 - снизу.
Варьируя долями загружаемых в бункер материалов, оставляя неизменным общее количество, производили их выпуск при различной степени открытия шихтового затвора. По ходу выпуска отбирали пробы и отделяли материалы друг от друга. Определяли долю коксового орешка и окатышей в смеси с агломератом по ходу выпуска и затем, по формуле (1), рассчитывали коэффициент равномерности поступления коксового орешка из бункера.
Каждый опыт дублировали, после чего находили дисперсию эксперимента. Затем по критерию Кохрена определяли однородность данного ряда дисперсий.
Обработкой экспериментальных данных определены коэффициенты уравнения (2), значимость которых оценили по критерию Стьюдента.
Коэффициент равномерности выхода коксового орешка из шихтового бункера БЗУ для экспериментов № 1 и 2 описывается полиномами:
^ К = 0,476+ 0,660A + 0,080шз - 0,123KO + 0,032Aшз + КО (3) + 0,033КОшз - 0,150AKO- 0,860A2 - 0,085шз + 0,064КО2;
^, (4) К = 0,273-0,272A+0,135KO- 0,145КО - 0,099шз - 0,049КОКО шз где шз - степень открытия шихтового затвора;
КО - количество коксового орешка в подаче;
А - доля агломерата, располагающаяся над коксовым орешком в шихтовом бункере БЗУ.
В полученных уравнениях все факторы представлены в кодированной форме и изменяются от -1 до 1.
По критерию Фишера эти уравнения адекватно отражают экспериментальные данные. Расчетные значения составили 0,20 и 0,против табличных 2,67 и 2,92 в экспериментах 1 и 2 соответственно.
Коэффициент детерминации R2, равный 0,99, показывает, что построенная ^ регрессия объясняет более 99 % разброса значений переменной ККО относительно среднего.
В эксперименте 1 наиболее высокую равномерность обеспечивала загрузка материалов в следующей последовательности: на дно шихтового бункера 70 % агломерата, затем коксового орешка, далее загрузка оставшегося 30 % агломерата (рис. 1). Окатыши загружали последними.
Такая очередность приводит к расположению орешка в середине объема шихты.
0,-0,-0 20 40 60 80 1Доля агломерата, находящегося на коксовом орешке, % Рис. 1. Зависимость равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера на лоток БЗУ от доли агломерата над ним при расходе орешка 100 кг/подачу и угле открытия шихтового затвора 50 ( ), 55 ( ) и 60 ( ) В эксперименте 2 коксовый орешек поступал из шихтового бункера на лоток БЗУ равномернее при следующей загрузке: на дно бункера окатышей, затем коксового орешка, далее агломерата (рис. 2).
Коэффициент равномерности 0,0,0,-0,0 20 40 60 80 1Доля агломерата, находящегося на коксовом орешке, % Рис. 2. Зависимость равномерности поступления коксового орешка из шихтового бункера на лоток БЗУ от доли агломерата над ним при расходе орешка 1000 кг/подачу и угле открытия шихтового затвора 50 ( ), 55 ( ) и 60 ( ) Таким образом, наилучший коэффициент равномерности поступления орешка из шихтового бункера БЗУ получили при выпуске его из середины объема материалов в бункере, располагая окатыши после агломерата и орешка. При угле открытия шихтового затвора 50 максимальное значение коэффициента равномерности составило 0,85.
В третьей главе приведены результаты нейросетевого моделирования.
С помощью нейронных сетей исследовали влияние различных факторов на коэффициент сопротивления шихты в зоне, характеризуемой нижним перепадом давления газов.
Для построения нейронной сети использовали характеристики дутья, железорудной части шихты и кокса.
Выходным параметром служил коэффициент сопротивления шихты в нижней части печи, вычисленный по формуле:
(2 Рд - Рн) Рн, (5) шн = m VД где Pд - давление горячего дутья, кПа;
Pн - нижний перепад давления газов, кПа;
Vд - расход холодного дутья, м3/мин на 1 м3 полезного объема печи.
В результате исследований выбрали сеть (рис. 3) с минимальными значениями ошибок.
Коэффициент равномерности Рис. 3. Структура нейронной сети для определения коэффициента сопротивления шихты в нижней части печи Представленная нейронная сеть построена на основе многослойного персептрона. Она состоит из четырех слоев: входной, образованный нейронами, первый скрытый - 13, второй скрытый - 6 и выходной - нейроном.
Тестировали модель на адекватность, используя данные, не входящие в обучающую выборку, а значит, неизвестные сети. Средняя относительная ошибка прогноза не превысила 0,28, максимальная из всей выборки - 2,82 %.
Аналитическое описание результатов нейросетевого моделирования дало безразмерное уравнение следующего вида:
= 1,96 + 0,88 Д + 12,71ЖРС + 15,91К - 2,48 Д ЖРС + (6) 2 2 + 6,57 Д К - 5,93ЖРС К -1,68Д - 0,3 ЖРС - 14,22 К, где Д - комплексный показатель, характеризуемый содержанием кислорода в дутье, его температурой, расходами природного газа и водяного пара;
ЖРС - комплексный показатель, включающий расход сырья в единицу времени, содержание в нем FeO, MgO, Al2O3, фракции 0-5 мм и основность;
К - комплексный показатель, включающий истираемость по М10, прочность на удар по М25, горячую прочность (CSR) и реакционную способность (CRI) кокса.
Относительная ошибка расчетных величин не превышает 3,52 %.
Действия рассматриваемых факторов на коэффициент сопротивления шихты характеризуются данными, приведенными в табл. 2.
Таким путем выявлены мероприятия, компенсирующие отрицательное действие орешка на дренажную способность коксовой насадки в горне печи.
Таблица Характеристики дутья, железорудного сырья, кокса и степень их влияния на коэффициент сопротивления шихты в исследуемый период Значение Наименование показателей Коэффициент min max Содержание кислорода в дутье, % 24,3 29 1,Расход природного газа, м3/т чугуна 84,5 131,9 1,Расход пара на увлажнение, г/м3 0 12,2 1,Температура горячего дутья, С 1103 1187 1,Содержание в шихте, %: FeO 7,4 10,62 1,MgO 1,52 1,72 1,Al2O3 1,97 2,29 1,Основность шихты 0,93 1,09 1,Характеристики кокса, %: M10 8,33 9,63 1,M25 84,9 87 CRI 30,5 31,9 1,CSR 55,5 57,4 1,Содержание в агломерате фракции 6,8 16,65 1,0-5 мм, % Интенсивность по железорудному 2,95 4,43 1,сырью, т/(м3 сут) Негативное действие коксового орешка на ход доменной плавки в количестве 4 кг/т чугуна компенсировало изменение одного из показателей качества кокса: снижение истираемости М10 на 0,05 % абс., или повышение горячей прочности CSR на 0,14 % абс.
В зависимости от условий доменной плавки было выявлено прямое и обратное влияние исследуемых параметров на коэффициент сопротивления шихты. Так, компенсирование негативного действия расхода коксового орешка на ход доменной плавки, в том числе на дренажную способность горна печи, обеспечивалось либо уменьшением расхода природного газа, либо его увеличением.
Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи зависело от содержания кислорода в дутье. При его концентрации менее 25,2 % увеличение расхода природного газа ухудшало газодинамические условия в нижней части печи в соответствии с рис. 4.
При увеличении содержания кислорода в дутье влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты менялось в противоположенную сторону (рис. 5).
11,11,10,10,10,10,80 90 100 110 120 130 1Расход природного газа, м3/т чугуна Рис. 4. Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты при содержании кислорода в дутье 24,3 % 12,12,12,12,12,12,12,80 90 100 110 120 130 1Расход природного газа, м3/т чугуна Рис. 5. Влияние расхода природного газа на коэффициент сопротивления шихты при содержании кислорода в дутье 29 % В четвертой главе приведены результаты промышленных исследований по влиянию коксового орешка на работу доменных печей.
Оценили изменение хода доменной плавки, в том числе фильтрующей способности горна печей, от действия следующих факторов:
Ц расхода коксового орешка в составе железорудной части шихты доменных печей, имеющих различную определяющую зону силового взаимодействия потоков шихты и газа;
Ц использования орешка с компенсацией его негативного влияния применением промывочных материалов (михайловская железная руда, марганцевая руда) и кокса повышенного качества;
Коэффициент сопротивления шихтыf Коэффициент сопротивления шихтыf - равномерности перемешивания коксового орешка с железорудной частью шихты в процессе их поступления из бункера БЗУ в колошниковое пространство.
Для оценки дренажной способности горна использовали два типа показателей. Первый характеризует фильтрацию продуктов плавки через слой кокса в период их накопления в нижней части доменной печи. В это время изменение ряда показателей во второй половине межвыпускового периода относительно первой зависит от проницаемости коксовой насадки.
В качестве показателей этого типа использовали:
Ц нижний перепад давления газов;
Ц коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи;
Ц количество подач, загружаемых в единицу времени.
Второй тип характеризует сформировавшиеся продукты плавки. К показателям данного типа отнесли:
Ц вязкость шлака;
Ц количество шлака, остающегося в горне после выпуска;
Ц интервал времени от начала выпуска до появления шлака;
Ц интенсивность выпуска чугуна;
Ц растворимость углерода в чугуне;
Ц содержание кремния в чугуне;
Ц температуру чугуна.
Вовлечение коксового орешка в шихту доменной печи № 6, работающей в условиях нижней определяющей зоны, в количестве 12,8 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий привело к ухудшению дренажной способности горна. Коэффициент замены кокса коксовым орешком составил 0,61 кг/кг.
Применение орешка на доменной печи № 4, работающей с верхней определяющей зоной, в количестве 12,2 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий сопровождалось увеличением производительности печи. Дренажная способность горна не изменилась.
Коэффициент замены составил 0,68 кг/кг. Увеличение расхода орешка до 22,6 кг/т чугуна без использования компенсирующих мероприятий привело к ухудшению фильтрующей способности коксовой насадки и снижению производительности печи. Коэффициент замены снизился до 0,61 кг/кг.
На доменной печи № 4 негативное действие коксового орешка в количестве 19,7 кг/т чугуна на фильтрующую способность горна компенсировали равномерным перемешиванием его с железорудной частью шихты в процессе их истечения из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи. Это обеспечили выпуском его из середины объема шихтовых материалов в бункере. Повышение равномерности поступления коксового орешка в колошниковое пространство увеличило коэффициент замены кокса с 0,64 до 0,85 кг/кг.
На доменной печи № 10, работающей с нижней определяющей зоной, исследовали два периода. Расход коксового орешка в них составил 7,7 и 13,9 кг/т чугуна. Отрицательное его влияние на фильтрующую способность коксовой насадки компенсировали, во-первых, равномерным перемешиванием коксового орешка с железорудной частью шихты в процессе их поступления в колошниковое пространство печи; во-вторых, использованием промывочных материалов (марганцевая и михайловская железная руды). В исследуемые периоды была стабильная дренажная способность горна и ровный ход печи. Коэффициент замены кокса орешком составил 0,91 кг/кг.
Использование орешка в количестве 27 кг/подачу на доменной печи № 9, работающей с верхней лимитирующей зоной, с компенсацией его негативного влияния на фильтрующую способность коксовой насадки путем использования тех же мероприятий, что на печи № 10, и дополнительного применения кокса повышенного качества не привело к ухудшению дренажной способности горна. Коэффициент замены в этом случае составил 0,90 кг/кг.
В целом по доменному цеху удельный расход кокса снижался при использовании орешка до 20 кг/т чугуна (рис. 6). Дальнейшее увеличение его в шихте до 27 кг/т чугуна не снижало удельного расхода кокса. Величина достоверности аппроксимации составила 0,86.
444440 5 10 15 20 Расход коксового орешка, кг/т чугуна Рис. 6. Влияние расхода коксового орешка на удельный расход кокса Рассмотрели влияние расхода коксового орешка на изменение хода процессов доменной плавки. На печи № 4, работающей с верхней определяющей зоной, эффективное использование 12,2 кг/т чугуна орешка сопровождалось снижением суммарного расхода тепла на проведение всех процессов и его потерь в определяющей по теплообмену зоне (табл. 3).
кокса, кг/т чугуна Удельный расходi Таблица Показатели тепловой работы доменной печи № с различным расходом коксового орешка Расход коксового Показатель орешка, кг/т чугуна 0 12,2 22,Длительность периода, сут 9 9 Производительность, т/сут 3654 3760 36Удельный расход кокса, кг/т чугуна 434,3 425,2 418,Суммарный расход тепла на проведение всех процессов в определяющей зоне по 2771 2685 28теплообмену, МДж/т чугуна Потери тепла в определяющей зоне по 23,7 16,5 27,теплообмену, % Соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа: в нижней части печи (t > 850 C) 1,87 1,82 1, в верхней части печи (t < 850 C) 0,81 0,78 0,Суммарный расход тепла в периоде с расходом орешка 12,2 кг/т чугуна снизился с 2771 до 2685 МДж/т, а его потери в определяющей зоне по теплообмену уменьшились с 23,7 до 16,5 %. Дальнейшее увеличение расхода коксового орешка до 22,6 кг/т чугуна без применения компенсирующих мероприятий менее эффективно использовалось, что сопровождалось повышением этих величин до 2860 МДж/т и 27,3 % соответственно.
Применение коксового орешка в составе шихты доменных печей № 4, 6, 9 ОАО ММК сопровождалось изменением соотношения теплоемкостей потоков шихты и газа в верхней и нижней частях печи. Так, при использовании орешка в количестве 12,2 кг/т чугуна на доменной печи № соотношение теплоемкостей потоков шихты и газа уменьшилось в верхней ее части с 1,87 до 1,82 и в нижней с 0,81 до 0,78 (см. табл. 3). Это свидетельствует о снижении интенсивности теплообмена в нижней части печи и увеличении ее в верхней.
На этой же печи исследовали действие равномерности поступления 19,7 кг/т чугуна орешка в колошниковое пространство. Для этого его загружали в шихтовый бункер первым, последним и в середину объема шихтовых материалов (табл. 4).
Равномерность поступления орешка характеризовали коэффициентом, рассчитанным по формуле (1). Проведенными исследованиями на модели БЗУ установлено, что при загрузке орешка первым в низ бункера коэффициент равномерности его поступления равен (Ц 1), в условиях загрузки орешка последним он составляет 0,13, что свидетельствует о более равномерном его выпуске. Наиболее высокий коэффициент, равный 0,85, обеспечило размещение орешка в середине объема материалов.
Таблица Показатели хода восстановления Fe из FeO на доменной печи № при различном расположении орешка в бункере БЗУ Место размещения Показатель коксового орешка низ верх середина Коэффициент равномерности поступления -1 0,13 0,орешка в колошниковое пространство Длительность периода, сут 9 9 Расход коксового орешка, кг/т чугуна 19,6 19,8 19,Производительность, т/сут 3460 3447 34Удельный расход кокса, кг/т чугуна 461,5 462,3 457,Степень восстановления Fe из FeO различными восстановителями, %:
углеродом 39,6 39,9 38,монооксидом углерода 29,7 33,4 30, водородом 30,7 26,7 31,При повышении коэффициента равномерности до 0,85 степень прямого восстановления Fe из FeO снизилась с 39,6 до 38,7 % абс., степени восстановления монооксидом углерода и водородом повысились с 29,7 до 30,0 % абс. и с 30,7 до 31,3 % абс. соответственно (см. табл. 4).
Увеличение равномерности поступления орешка из бункера БЗУ сопровождалось повышением интенсивности по газу и снижением коэффициента сопротивления шихты движению газового потока (табл. 5).
Таблица Показатели интенсивности работы доменной печи № 4 и сопротивления шихты по зонам при различном расположении орешка в бункере БЗУ Место размещения Показатель коксового орешка низ верх середина Расход коксового орешка, кг/т чугуна 19,6 19,8 19,Интенсивность по газу, м3/(м3мин):
колошниковому 3,12 3,37 3,фурменному 2,79 3,02 3,в распаре 2,92 3,15 3,в шахте 3,01 3,25 3,Коэффициент сопротивления шихты движению газов: на колошнике 1,27 1,16 0, в распаре 10,33 8,87 6, в горне 6,13 5,16 3,Согласно табл. 5 эффективное использование коксового орешка в периоде с загрузкой его в середину объема компонентов шихты являлось одной из причин снижения коэффициента сопротивления шихты по высоте печи на 36 %.
Заключение 1. Физическим моделированием установлено влияние последовательности расположения компонентов шихты в бункере БЗУ на коэффициент равномерности поступления коксового орешка из него.
Наиболее высокий коэффициент, равный 0,85, обеспечило размещение его в середине объема материалов. Это достигалось загрузкой на дно шихтового бункера 70 % агломерата, затем коксового орешка, далее загрузка оставшегося 30 % агломерата, после чего окатышей.
2. Создана математическая модель, основанная на использовании искусственных нейронных сетей, для определения коэффициента сопротивления шихты движению газов в нижней части доменной печи в зависимости от действия показателей качества кокса, характеристик дутья и железорудной части шихты, включающей коксовый орешек.
3. Выявлено, что использование коксового орешка в количестве до 12 кг/т чугуна на доменных печах, работающих с верхней определяющей по газодинамике зоной, не требует компенсации негативного его действия на дренаж горна, при дальнейшем увеличении расхода орешка определяющей становится нижняя зона, вследствие чего необходимо использовать компенсирующие мероприятия.
4. В качестве компенсирующих мероприятий целесообразно использовать промывочные материалы (марганцевая или михайловская железная руды в количестве 1,7 и 2,9 кг на 1 кг орешка соответственно), кокс повышенного качества. Применение кокса с более высокой на 0,14 % абс.
горячей прочностью либо пониженной на 0,05 % абс. истираемостью устранит отрицательное действие расхода орешка в количестве 4 кг/т чугуна.
5. Промышленными испытаниями установлено, что использование орешка в количестве до 27 кг/т чугуна на доменных печах объемом 2014 м3, оборудованных компактным БЗУ лоткового типа, с компенсацией его негативного влияния на дренажную способность горна не ухудшило ход доменной плавки, в том числе фильтрующую способность коксовой насадки.
Коэффициент замены кокса орешком составил 0,91 кг/кг.
6. Реализация предложенного способа увеличения коэффициента равномерности поступления коксового орешка из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи до 0,85 обеспечила рост коэффициента замены кокса с 0,64 до 0,85 кг/кг. Эффективное использование орешка сопровождалось снижением коэффициента сопротивления шихты движению газового потока на 36 % на колошнике и в распаре, повышением интенсивности по газу с 3,12 до 3,59 на колошнике и с 2,92 до 3,38 м3/(м3мин) в распаре, уменьшением доли прямого восстановления с 39,до 38,7 %.
7. Долевой экономический эффект от внедрения разработанной технологии использования коксового орешка в условиях ОАО ММК составил 3,54 млн руб.
Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:
1. Харченко А.С., Сибагатуллин С.К., Сысоев Н.П. Поступление коксового орешка совместно с агломератом и окатышами из шихтового бункера БЗУ в колошниковое пространство доменной печи // Изв. вузов.
Черная металлургия. 2011. № 8. С. 18-19. (рекомендованная ВАК).
2. Харченко А.С., Сибагатуллин С.К., Колосов А.В. Использование нейросетевого моделирования для изучения газодинамического режима в нижней части доменной печи в условиях ее работы с коксовым орешком // Изв. вузов. Черная металлургия. 2011. № 11. С. 23-26. (рекомендованная ВАК).
3. Сравнение качества коксового орешка различного вида / С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, Е.О. Теплых и др. // Кокс и химия. 2012.
№ 2. С. 29-32. (рекомендованная ВАК).
4. Результаты использования в доменной печи коксового орешка с одновременным улучшением качества скипового кокса / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, А.А. Полинов и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010.
№ 2. С. 24 - 27. (рекомендованная ВАК).
5. Влияние коксового орешка на фильтрацию жидких продуктов плавки в горне доменной печи / С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, А.В. Чевычелов и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. № 4. С. 26Ц28.
(рекомендованная ВАК).
6. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, Е.О. Теплых и др.
// Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2012. № 1. С. 19-21. (рекомендованная ВАК).
7. Использование коксового орешка в шихте доменной печи с компенсацией его негативного воздействия на дренаж продуктов плавки / В.А. Гостенин, С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко и др. // Труды третьего международного конгресса по аглококсодоменному производствам. Украина, Ялта, 2010. С. 143-152.
8. Повышение эффективности работы доменных печей, использующих в шихте коксовый орешек / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, Е.О. Теплых, и др. // Четвертый международный промышленный форум Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении. Челябинск, 2011. С 149 - 151.
9. Истечение материалов из шихтового бункера лоткового загрузочного устройства доменной печи по видам крупности / С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, С.И. Гаврюшкин, и др. // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 9. Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2009. С. 21-25.
10. Оценка фильтрации продуктов плавки в доменной печи по динамическим характеристикам при использовании в шихте коксового орешка / С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко, В.Л. Терентьев и др.
// Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: cб.
докл. 68-й межрегион. научно-технической конференции. Магнитогорск:
ГОУ ВПО МГТУ им. Г.И. Носова, 2010. Т. 1. С. 135-138.
11. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Оценка дренажа продуктов плавки в доменной печи с использованием коксового орешка // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: сб. докл. 11-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов.
Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ им. Г.И. Носова, 2010. С. 165-168.
12. Влияние различных факторов на равномерность распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа / А.С Харченко, С.К. Сибагатуллин, Е.О. Теплых и др. // Теория и технология металлургического производства:
межрегион. сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 10.
Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2010. С. 33-38.
13. Об условиях, необходимых для эффективного использования коксового орешка в шихте доменной печи / А.С. Харченко, Е.О. Теплых, А.А. Полинов, и др. // Теория и технология металлургического производства:
межрегион. сб. науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 10.
Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2010. С. 26-30.
14. Харченко А.С., Сибагатуллин С.К. Эффективное использование коксового орешка в составе шихты доменных печей // Тезисы докладов научно-технической конференции молодых специалистов. Магнитогорск:
ОАО ММК, 2011. С. 15-16.
15. Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко А.С. Влияние последовательности загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ на равномерность их поступления в колошниковое пространство доменной печи // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб.
науч. трудов / под ред. В.М. Колокольцева. Вып. 11. Магнитогорск:
ГОУ ВПО МГТУ, 2011. С. 12-16.
16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616895. Определение рационального режима загрузки коксового орешка в колошниковое пространство доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа / В.М. Колокольцев, С.К. Сибагатуллин, А.С. Харченко и др.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям