Лялюк Віталій Павлович. Підвищення ефективності доменної плавки удосконаленням управління процессами в горні печі

Краткое описание

Лялюк Віталій Павлович. Підвищення ефективності доменної плавки удосконаленням управління процессами в горні печі : Дис... д-ра наук: 05.16.02 - 2002.

Лялюк В.П. Підвищення ефективності доменної плавки удосконаленням
управління процесами в горні печі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.02 металургія чорних металів. Національна металургійна академія України. Дніпропетровськ, 2002.
У дисертації на підставі наукових узагальнень, теоретичних розробок і промислових досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема підвищення ефективності протікання процесів у горні доменної печі, зокрема оперативного контролю і управління розмірами зон горіння і глибиною проникнення газу до центру горна при змінах в умовах доменної плавки на базі створеної і науково обґрунтованої методики розрахунку повних енергій потоку комбінованого дуття і горнового газу. Запропоновано технологічні та технічні рішення щодо активізації процесів у горні доменної печі. Основні результати дисертаційної роботи впроваджені в доменних цехах КДГМК Криворіжсталь”.

На основе анализа параметров фурменных зон впервые сформированы обобщающие критерии их оценки полная энергия (полная мощность) потока комбинированного дутья и полная энергия (полная мощность) потока горнового газа, первая из которых характеризует размеры зоны горения, а вторая проникновение газов вглубь горна.

Разработаны научно-методические основы определения обобщающих критериев фурменных зон и их использования при анализе с определением ожидаемых перемещений газового потока при ситуационных изменениях параметров и установлением наилучших параметров плавки на разных доменных печах.
3. Разработана методика расчета оптимального количества фурм и числа постоянно работающих фурм на базе полной энергии потока горнового газа, обеспечивающей оптимальный режим распределения газа по радиусу горна. Этот режим необходимо поддерживать для ровного хода печи и высоких технико-экономических показателей плавки, при изменениях интенсивности плавки по дутью, качества шихтовых материалов, концентрации кислорода в дутье и т.д. Выбранное число фурм и конструкция фурменного прибора должны давать возможность устанавливать на печи фурмы диаметром до 220 мм.
4. Предложен новый подход к определению траектории струи природного газа в полости фурмы доменной печи на основе полных энергий потоков дутья и природного газа. Установлено, что для подачи струи газа к оси фурмы при традиционном подводе сверху” эффективнее всего осуществлять нагрев газа до 500-600 С. Разработаны устройства для нагрева природного газа на базе воздушной фурмы с тепловыми трубками и плитовых холодильников.
5. Разработаны конструкции узла ввода природного газа в фурму сверху”, снизу”, по оси потока, с сочетанием указанных вводов и чередованием их по окружности печи. Испытания показали возможность экономии кокса в пределах 3,1-4,4 %. Разработан и испытан способ ликвидации перекоса засыпи шихтовых материалов в доменной печи путем управления расходом природного газа через фурмы по секторам печи. Разработан способ одновременного контроля расхода горячего дутья через фурмы доменной печи и контроля расходов колошникового газа через газоотводы печи.
6. На основе математического, физического моделирования, а также анализа реальных условий накопления в горне расплавов и их истечения через летки выявлены закономерности в очередности выхода чугуна и шлака, обусловленные характером формирования вязких масс в области горна. Установлено, в частности, что выход через летку для чугуна в течение выпуска менее 25 % общего количества чугуна до появления нижнего шлака при вариации этой величины 0,22 в течение 48-72 часов свидетельствует о начале загромождения горна и необходимости принятия мер по его промывке”. Разработаны способы контроля степени загромождения горна по характеру истечения продуктов плавки и балансовый метод контроля по количеству извести, накопленной в горне. Усовершенствован способ промывки” горна путем отключения или снижения расхода природного газа, испытание которого показало высокую эффективность.
7. Установлено, что известные из практики доменного производства изменение показателей плавки при одном и том же режиме, а также поддержание заданных показателей при периодическом изменении режима и возврате к нему не противоречат закономерностям функционирования доменной плавки как большой системы. В силу неравномерности распределения среды и ее свойств в объеме агрегата каждый режим содержит компоненты, не соответствующие его средним параметрам и деформирующие с течением времени средние параметры и показатели плавки путем накопления новых свойств, стимулирующих спонтанный сдвиг состояния процессов в другую область и требующих корректировки режима для достижения заданных показателей. Указанные изменения, длительность которых значительно превышает время переходных процессов, приводят к медленному сдвигу процессов к новому режиму, для оптимизации которого необходимо отслеживание сдвига процессов путем специальной обработки контролируемых параметров и показателей.
8. Предложено на доменной печи циклически изменять диаметр фурм от 140-180 мм до 180-220 мм, при этом оптимальный период работы на фурмах малого диаметра составляет 30-34 суток, а оптимальный период работы на фурмах большого диаметра 60-90 суток. Рекомендуется также технология доменной плавки, заключающаяся в чередовании фурм разного диаметра по окружности печи и периодической перестановке фурм разного диаметра местами, обеспечивающая активизацию всего сечения горна, как по радиусу, так и по окружности.
9. Выполнен расчетный анализ параметров зон горения для перспективных технологий с вдуванием больших количеств природного газа, пылеугольного топлива и продуктов газификации угля. Установлено, что увеличение концентрации кислорода в дутье и соответствующее сокращение расхода дутья в единицу времени хотя и способствует уменьшению кинетической энергии дутьевого потока, однако не столь значительно влияет на величину полной энергии потока комбинированного дутья. В результате ожидаемые величины объема и длины зоны горения не претерпевают существенных изменений. Величина полной энергии горнового газа, характеризующая проникновение газов вглубь горна, в большинстве вариантов перспективных технологий увеличивается. Показана возможность эффективного управления размерами зон горения и проникновением газов вглубь горна в перспективных технологиях путем варьирования количества и диаметра воздушных фурм с использованием в качестве критериев оптимизации полной энергии потока комбинированного дутья и полной энергии потока горнового газа.
10. На основании научных обобщений, теоретических разработок и промышленных исследований решена важная научно-техническая проблема повышения эффективности протекания процессов в горне доменной печи, в частности оперативного контроля и управления размерами зон горения и глубиной проникновения газов к центру горна в изменяющихся условиях доменной плавки на базе созданной и научно обоснованной методики расчета полных энергий потока комбинированного дутья и потока горнового газа.