CC BY
155
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА
УДК 669.162.22-52 Дружков В.Г., Ширшов М.Ю.
ПРИЧИНЫ НЕРАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДУТЬЯ ПО ФУРМАМ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ И НЕОБХОДИМОСТЬ ОСНАЩЕНИЯ ИХ САРД НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Аннотация. Обобщены причины неравномерного распределения дутья по фурмам доменных печей, результаты работ по внедрению систем автоматического распределения дутья по фурмам (САРД), показана высокая эффективность этого мероприятия, выявлены причины свертывания работ в мире по этому направлению. Обоснована необходимость и возможность внедрения САРД нового поколения в настоящее время.
Ключевые слова: доменная печь, фурмы, система автоматического распределения дутья (САРД), эффективность.
Для обеспечения высокой технико-экономической эффективности доменной плавки необходимо поддерживать ровный ход доменной печи. Под ровным ходом печи, в самом общем смысле, понимается стабильность выбранного рационального газодинамического режима и нормального теплового состояния процесса.
Одной из главных задач управления доменной плавкой остается поиск направлений и средств совершенствования противотока газа и шихтовых материалов путем изучения основных его закономерностей [1].
Методом воздействия на противоток в горне доменной печи является регулирование с помощью распределения и скорости истечения дутья. Однако расходы дутья по отдельным фурмам в горне доменных печей неодинаковы. Отклонения чаще всего составляют 10-15% от среднего значения, максимально - до 30-50%. Это приводит к существенной неравномерности работы печи по окружности и снижению технико-экономических показателей доменной плавки. Такое различие в значительной мере способствует такому же неравномерному распределению природного газа и других добавок к дутью [2]. Поэтому доменщики вынуждены менять распределение дутья по фурмам путем изменения их диаметра, закрытием и др.
Причины неравномерного распределения дутья по фурмам следующие:
- односторонний подвод горячего дутья к кольцевому воздухопроводу, в результате чего расход его на фурмах в секторах места ввода и диаметрально противоположного ему, как правило, выше;
- подвод дутья к кольцевому воздухопроводу в двух местах (доменная печь № 9 Криворожстали, VП = 5037 М ) добавил количество секторов с повышенным расходом дутья по фурмам;
- разная газопроницаемость материалов в над-фурменных зонах из-за неравномерного окружного распределения шихты;
- изменение сечения фурм при зарастании их шлаком;
- перекосы уровня шихты;
- искажение профиля печи в связи с излишним разгаром футеровки (в секторах над чугунными и шлаковыми летками), образованием настылей и гар-нисажа излишней толщины;
- неполное смешивание горячего и холодного воздуха;
- разные значения архимедовой силы по секторам горна на выпуске, а значит, и скорости схода материалов;
- геометрия фурменных рукавов, попадание в диффузор фурменных приборов фрагментов огнеупорных изделий при частичном разрушении камеры горения воздухонагревателей и воздухопровода горячего дутья.
Равномерной работе доменных печей по окружности способствует внедрение систем автоматического распределения дутья по фурмам, позволяющее оперативно регулировать газовый поток «снизу» [3].
Автоматическим распределением дутья по фурмам начали заниматься в США в 30-е годы, а СССР -в 40-е годы XX столетия. Оборудоваться же доменные печи такими системами стали в конце 50-х годов
[1,4].
Было отмечено, что при автоматическом регулировании дутья фурмы «работали» ровно, улучшился сход шихты, уменьшилась разница температур кладки по окружности печи, не наблюдалось одностороннего разгара кладки. В результате значительно увеличилась продолжительность кампании, сократился относительный расход кокса, увеличилась производительность печи [1, 5].
Эксплуатация САРД на доменных печах ММК, Азовстали, КМК, Макеевского металлургического завода показала высокую эффективность их работы. При автоматическом регулировании расхода дутья неравномерность распределения его по фурмам снизилась в 4 раза, улучшилась степень использования газового потока, что способствовало снижению температуры кладки шахты, увеличению производительности печи на 4,1% и сокращению удельного расхода
Раздел 2
кокса на 2,7% [3,6,7].
Чаще всего в промышленности расход жидкостей и газов замеряется с помощью стандартных сужающих (дроссельных) устройств - шайб (диафрагм), напорных трубок, сопел Лаваля, труб Вентури и др., с использованием зависимости Q = k ->[Кк . На доменных печах применялись шайбы, сопла, напорные трубки (Пито) и др. На рис. 1 представлен способ измерения перепада давлений на неподвижном колене фурменного прибора [5].
Рис.1. Места отбора давления в неподвижном колене
Расход дутья на п-фурме определяется по формуле [3]
йп = к, где д^ - перепад на фурменном колене (диффузоре) п-й фурмы;
й - расход дутья на п-й фурме, м3 / мин ; к - коэффициент, определяемый по формуле
к-О*-
11 — п I
^л/дЙ
п=1
где йД - суммарный расход дутья на печь, м3 / мин .
Для регулирования расхода дутья по фурмам применяли охлаждаемые регулирующие конусы (Германия), дроссельные заслонки (мотыльки) (КМК, Азовсталь, Япония), шиберы (ММК). Расположение измерительного сопла и регулирующего дросселя [6] представлено на рис. 2.
Рис.2. Расположение измерительного сопла и регулирующего дросселя в фурменном приборе: 1 — рычаг управления дросселем; 2 — дроссельная заслонка; 3 — измерительное сопло; 4 — кольцевой воздухопровод
Установка устройств для измерения и регулиро-
вания расходов дутья на фурмы внутри фурменных приборов существенно повышала сопротивление тракта подвода дутья к печи. При недостаточной мощности воздуходувок это приводило к снижению производительности, что сдерживало внедрение САРД.
Активизировались работы в этом направлении после того, как М.А. Стефанович предложил определять расход дутья по фурмам без ввода измеряющего устройства в поток дутья, используя значение перепада давлений его в диффузоре фурменного прибора как в местном сопротивлении [3, 5].
Основная проблема - низкая стойкость регулирующих органов, работающих при температуре 1000-1200°С, при высоких скоростях газа и абразивном действии пыли на органы и стенки воздухопровода, особенно при взятии печи «на тягу». Наиболее стойкими оказались регулирующие органы, предложенные на ММК, - водоохлаждаемые шиберы, дополнительно охлаждаемые сверху компрессорным воздухом и убирающиеся при взятии печи «на тягу». На рис. 3 представлено регулирующее устройство шиберного типа [4].
А
Рис. 3. Шиберное устройство для регулирования расхода дутья через фурму печи: 1 — неподвижный патрубок; 2 — шибер;3 - рычаг; 4 — кожух
Повышение температуры дутья выше 1000-1100°С способствовало резкому снижению стойкости регулирующих органов. Даже наиболее стойкие шиберы конструкции ММК коробились и выходили из строя.
На Всесоюзном совещании доменщиков (Липецк, 1982) было констатировано «отставание» в разработке типовых решений по созданию систем управления распределением дутья по фурмам из-за низкой стойкости регулирующих органов [8].
По сути, работы были свернуты, хотя эффективность применения САРД была высокой [6,7].
Новый импульс к возобновлению этих работ на более высоком уровне может придать предложение кафедры металлургии черных металлов МГТУ им. Г.И. Носова о регулировании расхода дутья по фурмам изменением места ввода природного газа (топливной добавки) в фурменном приборе. Увеличение расстояния места ввода природного газа от носка фурмы (следовательно, времени пребывания его в фурменном приборе) способствует росту степени полного горения и температуры газовоздушной смеси, а значит,
22
Теория и технология металлургического производства
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА
объема, скорости истечения и, в конечном итоге, сопротивления. Расход дутья через данную фурму упадет, а на остальные - увеличится. Необходимо устроить несколько мест ввода природного газа и поставить краны для подключения их к магистрали [4].
Сочетание «бесконтактного» замера расхода дутья на фурму с «бесконтактным» способом регулирования его гарантирует надежную и продолжительную службу локальной системы автоматического регулирования расхода дутья по фурмам в горне доменных печей.
Список литературы
1. Бугаев К.М. Распределение газов в доменных печах. М.: Металлургия, 1974. 176 с.
2. Тарасов В.П., Тарасов П.В. Теория и технология доменной плавки. М.: Интермет Инжиниринг, 2007. 384 с.
3. Разработка и внедрение системы автоматического распределения дутья по фурмам / Н.Н. Сажнев, Н.И. Иванов, М.А. Стефанович и др. // Вопросы теплотехники и автоматизации металлургического производства: сб. науч. тр. / МГМИ им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 1970. Вып. 76. С.4-9.
4. Необходимость и возможность оснащения современных доменных печей системами автоматического распреде-
Сведения об авторах
ления дутья нового поколения / Дружков В.Г., Ваганов
A.И., Прохоров И.Е., Ширшов М.Ю. // Теплофизика и информатика в образовании, науке и производстве: сборник докладов II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (ТИМ ' 2013) с международным участием. Екатеринбург: УрФУ,2013. С.182-184.
5. Сажнев Н.Н. Система автоматического распределения дутья по фурмам доменной печи // Бюл. ЦИИН. 1969. №13. С. 37-39.
6. Автоматическое регулирование распределения дутья по фурмам доменной печи Кузнецкого металлургического комбината / Б.Н. Жеребин, В.А. Хромов, П.П. Мишин и др. // Сталь. 1964. №4. С.292-296.
7. Анализ работы доменной печи при автоматическом регулировании дутья по воздушным фурмам / Г.Е. Сенько,
B.Н. Оноприенко, А.П. Царицын и др. // Сталь. 1965. №7. С.590-593.
8. Рылов И.А., Финогенов В.А., Френкель М.М. Современные достижения в автоматизации управления технологией доменной плавкой // Повышение технического уровня и совершенствование технологии доменного производства: тез. докл. Всесоюз. научно-технического совещания (Липецк, май 1982). М.: Черметинформация, 1982. С.9-11.
Дружков Виталий Гаврилович - канд. техн. наук, доц. института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. (3519) 29-84-30.
Ширшов Михаил Юрьевич - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
♦ ♦ ♦
УДК 669.162.16
Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Полинов А.А., Павлов А.В., Семенюк М.А., Бегинюк В.А.
СТАБИЛИЗАЦИЯ СООТНОШЕНИЯ РАСХОДОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ДУТЬЯ ПО ФУРМАМ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Аннотация. Проведением промышленных испытаний на доменной печи ОАО «ММК» объемом 1370 м3 исследовано влияние стабилизации соотношения расходов природного газа и дутья по фурмам на ход доменной плавки.
Ключевые слова: доменная печь, природный газ, дутье.
Вдувание в горн доменной печи природного газа позволяет повысить экономичность доменной плавки при пониженной стоимости газа по отношению к скиповому коксу. Эквивалент замены обычно составляет 0,6-0,8 кг/м3 в зависимости от расхода газа и распределения процессов восстановления по температурным зонам. В связи с этим металлургические предприятия России стремятся поддерживать расход газа на предельно максимальном уровне, при превышении которого осложняется работа печи. Предельно допустимая
величина расхода газа зависит от расположения определяющей зоны по силовому взаимодействию потоков шихты и газа. При одинаковом расходе газа перемещение лимитирующей по газодинамике зоны из нижней в верхнюю часть печи может привести к осложнению хода доменного процесса [1].
Проведением опытных плавок на доменной печи ОАО «ММК» полезным объемом 1370 м3 выявили мероприятия, компенсирующие отрицательное действие расхода природного газа на отдельные стороны
