Действие различных факторов на равномерность поступления шихтовых материалов по крупности из бункера БЗУ лоткового типа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА

УДК 669.162.261.3

Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А., Харченко Е.О., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Савченко Г.Ю.

ДЕЙСТВИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ПОСТУПЛЕНИЯ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО КРУПНОСТИ ИЗ БУНКЕРА БЗУ ЛОТКОВОГО ТИПА

Аннотация. Физическим моделированием на лабораторной установке бесконусного загрузочного устройства лоткового типа исследовали действие расположения добавочных материалов в слое агломерата и доли окатышей на показатель равномерности, характеризующий величину однородности шихты по крупности и равномерность ее распределения в процессе поступления железорудной части шихты из бункера БЗУ на лоток. Наиболее благоприятные условия для снижения газодинамической напряженности в верхней части печи обеспечивала загрузка окатышей совместно с добавочными материалами в слой агломерата. Рациональная доля агломерата, располагающаяся под добавками, зависит от содержания в шихте окатышей.

При содержании окатышей в шихте 30% от железорудной ее части наиболее высокую однородность обеспечивало размещение на дне шихтового бункера 55 % агломерата, затем окатышей, далее загрузка оставшегося 45 % агломерата. Максимальное значение показателя равномерности составило 0,87, что на 4% выше по сравнению с одним из действующих режимов загрузки шихтовых материалов в доменные печи ОАО «ММК», оснащенные компактным БЗУ лоткового типа.

Увеличение содержания окатышей в шихте от 10 до 50% сопровождалось повышением показателя равномерности по крупности шихты на 6,3%, за счет увеличения ее однородности на 7,4% в условиях уменьшения равномерности распределения однородности по ходу выпуска на 1%.

Ключевые слова: доменная печь, загрузка материалов в печь, бесконусное загрузочное устройство, однородность шихты, порозность.

Постановка проблемы и методы исследования

В условиях низкого качества агломерата в условиях ОАО «ММК» доменные печи зачастую работают с верхней определяющей по газодинамике зоной [1, 2]. Во избежание подстоев столба шихты и неровного схода материалов технологи ограничивают расход дутья и природного газа, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях плавки. В связи с этим необходимо использовать мероприятия, снижающие газодинамическую напряженность в зоне протяженностью 2-6 м от поверхности засыпи. К ним можно отнести повышение давления колошникового газа [3], однако во избежание самопроизвольного перераспределения материалов по радиусу необходимо это мероприятие сопровождать ростам расхода дутья или газа. В современных условиях рост доли окатышей повышает эквивалентную по поверхности крупность железорудной части шихты. Для условий ОАО «ММК» снижение доли агломерата нецелесообразно по ряду причин. Во-первых, повышение содержания неофлюсованных окатышей в шихте отрицательно влияет на стойкость футеровки [4-9], во-вторых, стоимость тонны железа в окатышах выше, чем в агломерате. Наиболее подходящим первоочередным мероприятием является повышение окружной однородности шихты по крупности, поскольку ее увеличение

© Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А, Харченко Е.О., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Савченко Г.Ю., 2016

обеспечивает рост порозности шихты [2] и, следовательно, уменьшение перепада давления газа в печи в соответствии с формулой

AP =

Л

2

Re

■ w

р-H

2dsz

(1)

где w - скорость газа, м/с;

р - плотность газового потока, кг/м3; Аге - коэффицент сопротивления, являющейся функцией числа Рейнольдса;

d - линейный размер газового потока, м; б - порозность слоя шихты, м3/м3.

Окружная однородность шихты по крупности зависит от ряда факторов [10-12], которые определяются параметрами загрузки: крупность компонентов шихты, их расходы, режимы загрузки и др. Одним из основных параметров, которым можно управлять, является последовательность загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ лоткового типа. Для выявления рационального режима загрузки, обеспечивающего наиболее высокую онородность железорудной части шихты по крупности в процессе поступления ее из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи, провели лабораторные эксперименты физической модели компактного бесконусного загрузочного устройства лоткового типа [13]. В исследовании применили полный двухфакторный план. Рассмотрены следующие факторы:

- расположение добавочных материалов в слое агломерата, выраженное через долю агломерата, располагающегося под добавками в шихтовом бункере БЗУ;

- доля окатышей от железорудной части шихты. В качестве выходного параметра использовали

показатель, включающий две составляющие. Первая характеризует однородность шихты по крупности ее компонентов в среднем во всех порциях:

1 " f О = — V (-экв).

ш / /г>

П ^^ -

П 1=\ срв

Iэкв

V

V

Л

fсрв

V а •

п_

V ап

(

Рк =

или

1 - пV (

срв

-

=1 экв

- Л -срв )

П" —

1=1 срв

Рк =

1 П — — —V(^) -ст(-экв)

/г I „ /г.

П 1=1 срв

(7)

срв

(2)

где —экв, —срв - значение эквивалентной по поверхности и средневзвешенной крупности порций шихты, поступающих из бункера; п - число порций.

Эквивалентную по поверхности крупность определяли по формуле:

где Рк - показатель равномерности по крупности компонентов шихты в процессе поступления их из бункера БЗУ на лоток.

Зависимость (7) должна отражать натуральную величину эквивалентной по поверхности крупности шихтовых материалов, поскольку перепад давления газа в верхней части печи, помимо порозности шихты, также зависит от крупности кусков и их формы, выраженные в формуле (1) через линейный размер газового потока ^ Эту зависимость можно представить следующим выражением:

4—

d = ■ экв

К(1 -в)

(8)

(3)

где ап - процентное содержание материала по порциям, %;

/П - средняя крупность, мм.

Средневзвешенную крупность материала определяли в соответствии с зависимостью:

(4)

Вторая составляющая выходного параметра характеризует равномерность распределения однородности шихты по порциям. Оценили ее формулой

Кш = 1 • пV —Ч (5)

— срв ¿=1 — экв

где о,- - среднеквадратическое отклонение однородности ¿-х порций шихты (—экв/—срв) по крупности, поступающих из бункера.

Для достижения наиболее высокой газопроницаемости шихты в условиях равномерного ее распределения по окружности печи необходимо, чтобы каждый из показателей Ош, Кш стремился к 1. Перемножив формулы (2) и (5), получим показатель, характеризующий и величину однородности шихты по крупности, и равномерность распределения ее по ходу выпуска шихты из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи:

1 п —

1 \ ' /— экв 1 .

• п V—(б)

где К - коэффициент формы, представляющий собой поверхность куска с объемом и поперечными размерами.

Однако для условий данного эксперимента учитывать натуральную величину —экв нецелесообразно, поскольку в качестве одного из факторов в исследованиях использовали долю окатышей от железорудной части шихты, крупность которых выше по сравнению с крупностью агломерата в 1,1 раза, а коэффициент К, используемый в формуле (8) меньше в 0,77 раза [2]. Соответственно при увеличении доли окатышей величина линейного размера будет расти.

В условиях постоянства по крупности каждого из компонентов шихты и изменении их доли относительно друг друга следует, что минимальную величину эквивалентной по поверхности крупности будем наблюдать в опытах с повышенной долей агломерата, а максимальную - в опытах с увеличенным содержанием окатышей.

В процессе проведения серии экспериментов №1 в бункер БЗУ загружали агломерат и окатыши, моделируя, таким образом, первый рудный скип. Окатыши при этом располагали под агломератом, в среднем его слое и над ним. В серии экспериментов №2 к железорудной части шихты добавили марганцевую и железную руды, коксовый орешек, которые перемещали в слое агломерата совместно с окатышами. В этом случае моделировали второй рудный скип. Количества руды и топливной добавки в бункере модели БЗУ были постоянными и соответствовали их расходу 200 и 100 кг/подачу. В сериях экспериментов 3 и 4 окатыши располагали соответственно сверху и в нижней части бункера БЗУ. Коксовый орешек и руды при этом - в бункере БЗУ аналогично первым двум сериям экспериментов под агломератом, в среднем его слое и над ним. Во всех опытах добавки размещали в последовательности убывания их объемной доли снизу вверх бункера. Варьируя долю окатышей в интервале от 10 до 50 %, оставляя неизменным общее количество загружаемых в бункер материалов, производили их вы-

П

а

П

пуск в колошниковое пространство печи. По ходу выпуска отбирали пробы, рассеивали материалы классы: 1-3; 3-5; 5-8; 8-10; 10-12; 12-15; 15-17,5; 17,5-25; >25, после чего отделяли компоненты шихты друг от друга. Определяли долю каждого материала по мере их истечения и затем по формуле (7) рассчитывали показатель равномерности по крупности.

Результаты

Показатель равномерности, характеризующий величину однородности шихты по крупности и равномерность ее распределения в процессе поступления железорудной части шихты из бункера БЗУ на лоток для серии экспериментов №1, описывается следующим полиномом:

Р: = 0,839 + 0,016А + 0,0400к - 0,023А2 , (9)

где А - содержание агломерата, располагающегося под добавками в шихтовом бункере БЗУ, %; ОК - содержание окатышей от железорудной части шихты, %.

Для серии экспериментов № 2, 3 и 4 он описывается соответственно уравнениями:

Р2 = 0,873 + 0,0250к - 0,025А2; (10)

Рэ = 0,874 - 0,009А + 0,0180К - 0,0130К2; (11)

Р4 = 0,845 + 0,0220К- 0,006А2 (12)

На рис. 1-4 приведено влияние исследуемых параметров на показатель равномерности по крупности шихты, поступающей из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи в экспериментах № 1-4. При использовании в шихте агломерата и окатышей наибольшую равномерность по крупности обеспечивала загрузка материалов, при которой окатыши размещали в слое агломерата. Оптимальное количество агломерата, располагающегося внизу бункера, зависело от доли окатышей. При их содержании, равном 10, 30 и 50%, оптимальное количество агломерата, располагающегося внизу бункера и обеспечивающего наиболее высокую однородность и, следовательно, повышение предельно допустимой (критической) величины потерь напора газа, при которой возможны проблемы с ровностью схода шихтовых материалов, составило соответственно 72, 68 и 64% (см. рис. 1).

При использовании добавочных материалов в составе шихты наиболее высокая однородность ее по крупности обеспечивалась следующей загрузкой: вниз бункера БЗУ 52 % агломерата, затем коксового орешка, окатышей в количестве 50 % от железорудной части шихты, марганцевой и железной руд, после чего оставшиеся 48 % агломерата (см. рис. 2). По сравнению с серией экспериментов № 1, где добавки отсутствовали, максимальный показатель однородности по крупности несколько повысился и составил 0,90. Это связано с введением в шихту материалов, имеющих более высокую однородность. При содержании окатышей 10 и 30% от железорудной части шихты рациональная доля агломерата от общего его расхода, располагающаяся под добавками, составляла соответственно 0,58 и 0,55 (см. рис. 2).

Рис. 1. Зависимость показателя равномерности по крупности шихты, поступающей из бункера БЗУ, от доли агломерата, располагающегося под окатышами, при их содержании по массе 10 % ("*"",), 30 % и 50 %

0,91

0,89

* 0.86

0,84

0,81

1' «-А-*.

м ж "" А

г

О

25

50

75

100

Количество агломерата, располагающегося под добавками, %

Рис. 2. Зависимость показателя равномерности по крупности шихты, поступающей из бункера БЗУ, от доли агломерата, располагающегося под окатышами и добавками, при содержании окатышей от железорудной части шихты по массе 10 % ("•",), 30 % и 50 % (-*-)

0,89

0,86

0,84

0.81

—♦—

к ^

0

25

50

75

100

Количество агломерата, располагающегося под добавками, %

Рис. 3. Зависимость показателя равномерности по крупности шихты, поступающей из бункера БЗУ, от доли агломерата, располагающегося под добавками, при расположении окатышей сверху и содержании их от железоруднсп1 части шихты по массе 10 % ('*"), 30 % (—*—) и 50 %

В среднем при содержании окатышей от железорудной части шихты в пределах 10-50% для режима загрузки «добавки на дно скипа», применяемого на доменных печах ОАО «ММК», оснащенных компактным БЗУ лоткового типа, показатель равномерности по крупности составил 0,86 (см. рис. 4). Значение Рк для режима загрузки «добавки наверх скипа» равно 0,84 (см. рис. 4). Это меньше соответственно на 1,9 и 4,1% по сравнению со средней величиной показателя равномерности, получаемого в результате загрузки добавочных материалов, в том числе окатышей, в слой агломерата. Полученный результат указывает на наличие резервов, за счет которых имеется возможность снижения газодинамической напряженности в зоне на расстоянии 2-6 м от поверхности засыпи на доменных печах, работающих с верхней определяющей по газодинамике зоной.

Рис. 4. Зависимость показателя равномерности по крупности шихты, поступающей из бункера БЗУ, от доли агломерата, располагающегося под добавками, при расположении окатышей внизу бункера и содержании их от железорудной части шихты по массе 10 % ' 30 %(-*-) и 50 %(-*-)

С ростом содержания окатышей в составе шихты от 10 до 50% увеличивалась однородность шихтовых материалов по крупности, рассчитываемая по формуле (2), от 0,85 до 0,91. При этом равномерность распределения однородности шихты по порциям, вычисляемая по формуле (5), уменьшалась от 0,97 до 0,96. В общем повышение расхода окатышей будет оказывать благоприятные действие на газодинамику в верхней части доменной печи, на что указывает рост Рк на 6,3%.

Выводы:

1. Установлено влияние последовательности расположения компонентов шихты в бункере БЗУ и расхода окатышей на показатель равномерности по крупности шихты, поступающей на лоток. Наиболее благоприятные условия для снижения газодинамической напряженности в верхней части печи обеспечивала загрузка окатышей совместно с добавочными материалами в слой агломерата. Рациональная доля агломерата, располагающаяся под добавками, зависит от содержания в шихте окатышей.

2. При содержании окатышей в шихте 30% от железорудной ее части наиболее высокую однородность обеспечивало размещение на дне шихтового бункера 55 % агломерата, затем окатышей, далее загрузка оставшегося 45 % агломерата. Максимальное значение показателя равномерности составило 0,87, что на 4% выше по сравнению с одним из действующих режимов загрузки шихтовых материалов в доменные печи ОАО «ММК», оснащенные компактным БЗУ лоткового типа.

3. Рост содержания окатышей в шихте от 10 до 50% будет оказывать благоприятные действие на газодинамику в верхней части доменной печи, на что указывает повышение показателя равномерности по крупности шихты на 6,3%, за счет увеличения ее однородности на 7,4% в условиях уменьшения равномерности распределения однородности по ходу выпуска на 1%.

Список литературы

1. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А. Технологические решения для организации доменного процесса // Металлург. 2014. № 4. С. 64-71.

2. Закономерности движения шихты и газа в доменной печи: монография / под ред. С.К. Сибагатуллина. Магнитогорск, 2011. 161 с.

3. Донсков Е.Г., Лялюк В.П. Расход дутья и роль повышенного давления на современных доменных печах // Сталь. 2012. № 12. С. 2-6.

4. Влияние загруженности пристеночной зоны доменных печей железорудным сырьем на тепловые нагрузки системы охлаждения / Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семенюк М.А. // Теория и технология металлургического производства. 2015. № 2 (17). С. 15-18.

5. Влияние режимов загрузки компактным БЗУ лоткового типа на тепловые нагрузки системы охлаждения доменных печей / Си-багатуллин С.К., Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семенюк М.А. // Металлургия: технологии, инновации, качество: труды 19 науч.-практ. конференции. Новокузнецк, 2015. С. 27-31.

6. Влияние матрицы загрузки на тепловые нагрузки системы охлаждения доменных печей, оснащенных копактным БЗУ лоткового типа / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семенюк М.А. // Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство: материалы 12 Всерос. науч.-практ. конф. Старый Оскол, 2015. С. 108-113.

7. Опыт применения неофлюсованных окатышей ССГОК в шихте доменных печей ММК / Новиков В.С., Бабарыкин Н.Н., Крюков Н.М. и др. // Производство чугуна. Сведловск: УПИ, 1976. С. 84-93.

8. Бабарыкин Н.Н., Горбунов Г.В., Марсуверский Б.А. Использование неофлюсованных окатышей для выплавки чугуна // Бюл. ин-та «Черметинформация». Сер. «Производство чугуна». Вып. 2. 1980. С. 19.

9. Рогов М.В., Сибагатуллин С.К., Гуляев Г.М. и др. Исследование причин износа кладки и системы охлаждения доменной печи № 4 объемом 2000 м3 ОХМК // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1990. № 2. С. 53-54.

10. Воронцов В.В., Степанов А.Т. К вопросу о распределении шихтовых материалов по окружности колошника доменной печи // Вестник Череповецкого государственного университета. 2010. № 1. С. 129-133.

11. Предпусковые исследования загрузки и распределения шихты в доменной печи большого объема / Большаков В.И., Богачев

Ю.А., Вишняков В.И. и др. // Черная металлургия. Бюл. НТЭИ. 2008. № 6. С. 14-19. 12. Анализ особенностей формирования порций и истечения материалов из бункера БЗУ при загрузке шихты / Пыхтеева К.Б., Загайнов С.А., Тлеугабулов Б.С., Филиппов В.В., Журавлев Д.Л., Николаев Ф.П. // Сталь. 2008. № 6. С. 14-19.

13. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Выявление рациональной последовательности набора компонентов сырья в бункер БЗУ лоткового типа физическим моделированием II Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №3. С. 28-34.

Сведения об авторах

Сибагатуллин Салават Камилович - д-р техн. наук, проф. кафедры технологий металлургии и литейных процессов ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3519) 29-84-30, E-mail: 10tks@mail.ru

Харченко Александр Сергеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры технологий металлургии и литейных процессов ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3519) 29-84-30, E-mail: as.mgtu@mail.ru

Бегинюк Виталий Александрович - ведущий специалист технологической группы доменного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», Магнитогорск, Россия.

Харченко Елена Олеговна - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.

Сибагатуллина Маргарита Ильдаровна - магистрант факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.

Миникаев Самат Ринатович - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.

Савченко Глеб Юрьевич - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВО «Манитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

EFFECT OF VARIOUS FACTORS ON SMOOTH FLOW OF CHARGE MATERIALS BY SIZE FROM THE HOPPER CHUTE TYPE BLT

Sibagatullin Salavat Kamillovich -D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 29-84-30. E-mail: 10skt@mail.ru

Kharchenko Alexander Sergeevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 29-84-30. E-mail: as.mgtu@mail.ru

Beginyuk Vitaly Alexandrovich - Senior Foreman, Magnitogorsk Iron & Steel Works OJSC, Magnitogorsk, Russia.

Harchenko Elena Olegovna - Postgraduate student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: eo.mgtu@mail.ru

Sibagatullina Margarita Ildarovna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.

Minikaev Samat Rinatovich - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.

Savchenko Gleb Yurievich - Postgraduate student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia.

Abstract. Physical modeling in a laboratory bell-less charging device tray type investigated the effect of the location of additional materials in the sinter layer and the proportion ofpellets to measure the uniformity which characterizes the magnitude of the charge uniformity ofparticle size and uniformity of its distribution in the process of receipt of iron ore out of the bunker on the BLT tray.

The most favorable conditions for the reduction of gas-dynamic tension at the top of the furnace provided the loading ofpellets together with additional materials in the sinter layer. Rational fraction of agglomerate, located under the additives depends on the content in the charge of pellets.

When the content of the pellets in the charge of 30% of the iron part of the highest homogeneity of the accommodation provided at the bottom of the charge hopper 55% of sinter, pellets and then, further loading of the remaining 45% of the agglomerate. The maximum value of the index of uniformity was 0.87, which is 4% higher than the one of the operating modes load charge materials in the blastfurnaces of OJSC "MMK", equipped with a compact BSC tray type.

Increasing the content of the pellets in the charge of 10 to 50% accompanied by an increase indicator of the uniformity of the particle size of the charge by 6.3%, due to increase in its uniformity of 7.4% in the conditions of reduction of uniformity of distribution uniformity on the issue of the course by 1 %.

Keywords: blastfurnace, loading materials into the furnace, bell-less charging device, the uniformity of the mine, porosity.

♦ ♦ ♦