Новохатський Олександр Михайлович. Теоретичні основи руху продуктів плавки і управління процесами в горні доменної печі

Короткий опис

Новохатський Олександр Михайлович. Теоретичні основи руху продуктів плавки і управління процесами в горні доменної печі : Дис... д-ра наук: 05.16.02 - 2009.

Новохатський О.М. Теоретичні основи руху продуктів плавки та регулювання процесами в горні доменної печі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.16.02 "Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів". Приазовський державний технічний університет. Маріуполь, 2009.
У дисертації на підґрунті наукових, теоретичних розробок і промислових досліджень розв'язано важливу науково-технічну проблему підвищення ефективності виплавки чавуну на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні. Розроблено теоретичні основи та математичну модель закономірностей випорожнювання й наповнення горна рідкими продуктами плавки. Використовуючи гідродинамічну мережу ліній течії й ліній рівних швидкостей рідких продуктів плавки в горні печі під час їх випуску, розроблено аналітичний метод визначення зміни геометричних розмірів шлакової депресійної воронки в період випуску і наповнення горна. Виконано аналіз процесів у горні доменної печі й зроблено порівняльний аналіз зіставлення з розрахунками визначення об'єму горна, заповненого залишковим шлаком після закінчення випуску. Розроблено систему контролю за станом горна доменної печі.
Удосконалено технологію доменної плавки на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні. Розроблено систему контролю втрат тепла в нижній частині шахти, розпару та заплечиків і розроблено метод регулювання ходу доменної печі впродовж оповзання гарнісажу. Виявлено причини окружної нерівномірності роботи доменної печі й розроблено заходи для їх усунення. Розроблено й випробувано фурму для спільного подавання вуглеводневих домішок та кисню з метою запобігання завалювання горна графітною спіллю.

Докторська дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, яка містить наукові положення та науково обґрунтовані результати металургійної галузі науки, що розв'язують важливу науково-прикладну проблему підвищення ефективності виплавки чавуну за рахунок удосконалення керуванням доменною плавкою на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні, до яких здобувач є суб'єктом авторських прав.
1. Уперше сформульовано наукові основи протікання процесів у нижній частині доменної печі, які пояснюють порушення горизонтальної поверхні чавуну й шлаку з утворенням воронок у періоди спорожнення й наповнення горна продуктами плавки. Установлено, що в період спорожнення горна протягом 10-15 хвилин в чавуні утворюється воронка, у яку захоплюється шлак. У шлакові утворюється в зоні каналу льотки депресивна воронка й через 35-50 хвилин відбувається прорив горнових газів. У період наповнення воронка вирівнюється й горн печі заповнюється продуктами плавки. У період випуска чавуну шлак виконує функцію затвора, який запобігає прориву горнових газів через канал чавунної льотки й забезпечує повну видачу маси накопиченого чавуну.
2. Розроблено динамічну математичну модель зміни рівня рідких продуктів плавки в період їх випуска й визначення кількості залишкового шлаку, що залишається в момент продувки каналу чавунної льотки горновими газами, а також динамічну модель вирівнювання депресивної воронки після закриття каналу чавунної льотки. Розроблено методика побудови геометричних розмірів депресивної воронки шлаку, яка після закінчення випуску займає об'єм горна від 14,0% до 83,0%, залежно від режиму випуску і об'єму доменної печі. Час вирівнювання депресивної воронки становить від 15 до 35 хвилин у період наповнення горна.
3. На підставі аналізу процесів, що відбуваються в нижній частині печі, і розроблених методик балансу продуктів плавки розроблено аналітичний і фізичний способи визначення режиму й кількості випусків продуктів плавки за добу з горна доменної печі на підставі аналізу показників плавки й використання даних нових технічних засобів контролю електрограм на кожусі низу печі, які дозволили збільшити продуктивність печі на 9,6%, зменшити витрату коксу на 0,16%.
4. Одержали подальший розвиток методи управління доменною плавкою на підставі критеріїв тенденції зміни теплового стану печі й дренажних умов горна, сформованих на базі даних, отриманих від датчиків контролю інтенсивності випромінювання рідких продуктів плавки, витікаючих з каналу чавунної льотки, і величини різниці електропотенціалів, розташованих по висоті й обводу кожуха нижньої частини печі й оброблених системою контролю за станом горна доменної печі.
5. Розроблено технічні засоби визначення тенденції зміни рівня продуктів плавки, дренажних умов горна й загального теплового стану доменної печі на підставі контролю електрограм на кожусі печі й інтенсивності випромінювання потоку продуктів плавки, витікаючих із горна печі. Розроблено способи керування дренажними умовами й тепловим станом горна через зміну параметрів комбінованого дуття й величину рудного навантаження на колошнику печі. Був одержаний економічний ефект близько 7,0 млн. грн.
6. Уперше в практиці доменного виробництва встановлений зв'язок між зростанням і початком оповзання гарнісажу, температурою й кількістю води в системі паровипарного охолоджування низу печі. Розроблено автоматичну систему контролю зміни температури й витрати води на випарне охолоджування, яка дозволила точно визначити момент початку оповзання гарнісажу й теплові втрати через кладку печі.
7. Уперше науково обгрунтована ефективність керування режимом завантаження й параметрів дуття в період оповзання гарнісажу. Час запізнювання надходження додаткового коксу в горн печі від моменту оповзання гарнісажу зменшився з 5 до 1,5-2 годин, що дозволило зменшити витрату додаткового коксу й стабілізувати температуру в горні печі. Економічний ефект становив більше 1 млн. крб.
8. Одержали розвиток наукові основи визначення причин, що викликають стаціонарну нерівномірність роботи горна на печах, які мають дві і більше льоток. Установлено, що конструктивні особливості горна, у першу чергу взаємне розташування льоток по висоті горна, кут їх нахилу істотно впливають на закономірності поведінки рідких продуктів плавки під час випуску, утворення випускних воронок чавуну й шлаку. Розроблено й упроваджено методику й засоби контролю обводової нерівномірності роботи низу печі, що з'являється за вищевикладених конструктивних особливостей горна. Налагодження устаткування, яке обслуговує канали чавунних льоток, дозволило зменшити стаціонарну окружну нерівномірність роботи горна й отримати економічний ефект 825 тис. крб.
9. Промислове випробування комплекту фурм нової конструкції вказало на їх високу надійність. Перепад температур між напірною і витікальною водою, що йде на охолоджування повітряних фурм, змінювався в допустимих межах (4-50С). Згорання природного газу відбувалося в повному об'ємі з виділенням максимальної кількості тепла.
Розроблено наукові основи використання схем подачі вуглеводневих домішок з технічним киснем під час виплавки переробного чавуну з метою енергозбереження, а також зниження процесів сажовиділення й зменшення випадків захаращування горна. Розроблено й випробувано конструкцію повітряної фурми, що забезпечує сумісне подавання вуглеводневих добавок у суміші з киснем.
10. На доменних печах Алчевського металургійного комбінату, Дніпропетровського металургійного заводу ім. Петровського, Єнакіївського металургійного заводу й Дніпровського металургійного комбінату впроваджені технології управління доменною плавкою на підставі аналізу закономірностей зміни параметрів процесів у горні, що дозволило зменшити витрату коксу на 0,3-0,7% й збільшити продуктивність печей на 1-9,6%.
Загальний економічний ефект від упровадження технологічних розробок становив 8,5 млн. грн. Теоретичні розробки автора впроваджені в навчальний процес кафедри металургії чорних металів Донбаського державного технічного університету як новий лекційний матеріал, лабораторні роботи й методичні вказівки для студентів спеціальності 7.090401 «Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів».