CC BY
78
УДК 669.162
В. В. Воронцов, А. Т. Степанов
К ВОПРОСУ О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ОКРУЖНОСТИ КОЛОШНИКА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
V. V. Vorontsov, А. Т. Stepanov
DISTRIBUTION OF CHARGE MATERIALS AROUND THE BLAST FURNACE
THROAT
Приводится анализ и описание исследований по данной теме как отечественных, так и зарубежных авторов, предлагается новая методика проведения экспериментов для получения более точных данных о закономерностях распределения шихтовых материалов в доменной печи для последующего математического моделирования.
Доменная печь, колошник, распределение материалов, бесконусное загрузочное устройство (БЗУ).
The paper describes investigations carried out on this theme, both domestic and foreign, suggests a new method of carrying out experiments to get more accurate data on the regularities of charge distribution in a blast furnace for further mathematical modelling.
Blast furnace, throat, distribution of materials, coneless charging device.
Одним из основных направлений повышения интенсивности и экономичности доменного производства является строительство печей большой единичной мощности, использующих перспективную технологию и оборудованных новейшими техническими средствами. В себестоимости чугуна значительная доля приходится на кокс. Поэтому много исследовательских и инженерных работ направлено на поиск способов сокращения его расхода. Снижение удельного расхода кокса на выплавку чугуна во многом обусловлено применением подготовленного сырья, доля которого в железорудной части шихты уже превышает 95 %. Традиционные направления повышения экономичности доменного процесса последних десятилетий, связанные с подготовкой шихты, следует признать в значительной мере исчерпанными и в ближайшие годы нельзя рассчитывать на существенное улучшение качества сырья и стабилизацию его свойств без освоения качественно новых способов подготовки шихты к плавке со значительными капиталовложениями.
В этих условиях возрастает роль рациональной организации внутрипечных процессов, в частности организации противотока шихты и
газа, с целью максимального использования теплового и восстановительного потенциалов печных газов как главного условия повышения тех-нико-экономических показателей работы доменных печей. Эксплуатация доменных печей с большим диаметром колошника показала, что распределительные возможности бесконусного загрузочного устройства значительно превосходят возможности конусных аппаратов, а при загрузке материалов в печь распределителем лоткового типа упрощаются автоматизированный контроль и управление структурой столба шихты. Этому также способствует конвейерная подача шихты на колошник с продольным расположением приемных и весовых бункеров шихтоподачи.
Одним из таких металлургических агрегатов с конвейерной подачей шихты на колошник, оснащенных лотковым бесконусным загрузочным устройством и АСУ ТП, является доменная печь № 5 Череповецкого металлургического комбината ОАО «Северсталь», имеющая высокие технико-экономические показатели работы. Эксплуатация этой печи показала, что существующие возможности в управлении распределением материалов по сечению колошника ис-
пользуются далеко не полностью. Это обусловлено тем, что к настоящему времени недостаточно изучены закономерности движения шихтовых материалов по трактам БЗУ, распределения материалов по колошнику доменной печи и, в частности, по его окружности.
Несмотря на то, что БЗУ имеют гораздо более высокие технико-экономические показатели работы по сравнению с конусными засыпными аппаратами, они имеют также и недостатки, обусловленные конструкционными особенностями.
Результаты экспериментальных исследований [1] и моделирования на ЭВМ [2] особенностей движения шихты в шихтовых трактах двух-бункерных загрузочных устройств показали, что в них наблюдается несоосность подачи потока шихты на рабочую поверхность вращающегося распределителя. Это обстоятельство является одним из факторов, вызывающих неравномерность окружного распределения шихты на поверхности засыпи. Впервые это явление было изучено на клапанно-конусном ЗУ доменной печи № 9 «Криворожстали» [3]. Аналогичные исследования, выполненные применительно к лотковому распределителю БЗУ, позволили установить, что в двухбункерных загрузочных устройствах также возникает окружная неравномерность распределения материалов. Установлено, что неравномерность их прихода на поверхность засыпи зависит от скорости вращения распределителя, длины лотка и характеристик материала, уровня засыпи, угла наклона лотка и его футеровки [4, 5]. Выполненные на математической модели исследования позволили изучить механизм образования окружной неравномерности распределения шихтовых материалов и влияние на величину неравномерности различных факторов [6].
Дальнейшее изучение указанных процессов неравномерности распределения материалов по окружности печи показало, что кроме смешения траекторий движения потоков шихты по отношению к защитным плитам колошника, вызывающего некоторое изменение распределения рудных нагрузок в периферийной зоне печи, создаются особые условия для распределения газов в районе пересечения на поверхности за-
сыпи траекторий движения шихты, выгружаемой из противоположных бункеров. Установлено, что в этом районе происходит сосредоточение мелких фракций шихтовых материалов, которое существенно влияет на распределение газов и расход дутья доменной печи. Эти зоны с пониженной газопроницаемостью названы локальными зонами. Положение центров этих локальных зон определяется на основании расчетов движения шихты при ее загрузке в печь [1,7].
Аналогичные исследования проведены на ДП № 6 фирмы «Кавасаки сэйтецу» в городе Тиба [8], где неравномерность распределения кокса оценивалась на основании анализов проб газа в четырех точках по окружности печи и результатов регистрации температуры чугуна при выпуске из четырех леток. Показано, что перепад температур чугуна соответствует разности распределения кокса. Характер неравномерности распределения кокса связан с отклонением потока шихты относительно вертикальной оси БЗУ и зависит от направления вращения лотка и положения бункера, из которого выгружается кокс.
Приведенные выше результаты исследований различных авторов относятся в большей мере к исследованию выгрузки в доменную печь кокса, а также к распределению различных по гранулометрическому составу фракций железорудной части подачи. Что же касается формирования железорудной смеси в бункере БЗУ, ее последующему движению по трактам и выгрузке в печь, взаимодействию различных составляющих смеси (агломерата, окатышей, руды и т.д.), то в литературе приведено большое количество результатов экспериментов по определению этих параметров. Однако исследования производились в основном в дозадувочный период, т.е. осуществлялись на неработающей печи [9-11]. В работах [9-11] произведены расчеты траекторий движения шихтовых материалов и даны рекомендации, использующиеся при работе доменной печи. Показано, что при массе агломерата 40 т в головной части шихты и содержании окатышей в железорудной части порции 29,3 % обеспечивается приемлемый уровень их концентрации в периферийной зоне.
При этом содержание агломерата и железной руды в этой зоне составило 56,7 и 6,1 % соответственно, мелочи (фракция 5 мм) - 24 %. В промежуточной зоне колошника (0,9-3,4 м) содержание окатышей составило 23,2-37,5 %, а агломерата 47,1 - 55,6 %. В осевой зоне доля окатышей в пробе составила 2,8 %.
Предпринимаются также попытки расчетным путем определить формирование порции железорудных материалов в бункере, его выгрузку в печь и распределение шихты по колошнику. Авторами [12] разработана математическая модель формирования порции железорудных материалов в бункере и последовательности ее выгрузки в печь. Показано, в частности, что окружная неравномерность четко выражается при распределении материала у стенки колошника, так как при принятом режиме загрузки здесь неизбежно образуется сегмент, состоящий практически из одних окатышей, площадь его составляет 10-15% площади всего кольца (~ 1/8 часть).
В работе [12] указывается, что для обеспечения на колошнике относительной радиальной однородности шихты по основности известняк целесообразно укладывать на низ бункера БЗУ при подаче первым скипом окатышей (с известняком), а вторым - агломерата либо располагать известняк в середине бункера БЗУ при подаче первым скипом агломерата, а вторым - окатышей. Эта рекомендация противоречит выводам работы [11], в которой для получения приемлемого содержания окатышей в периферийной зоне предлагается задавать содержание агломе-ратав головной части порции шихты 25-40 т (в зависимости от объема печи).
Для устранения вышеописанных противоречий и построения математической модели формирования порции и ее выгрузки в печь предлагается новая методика проведения экспериментов по изучению закономерностей взаимодействия различных составляющих железорудной смеси в процессе истечения ее из бункера с использованием электромагнитных датчиков. Исследования проводятся на лабораторной установке (см. рисунок). Центральная труба БЗУ моделируется пластиковой трубой, разделенной
внутри перегородками для формирования разного процентного соотношения материалов в смеси. По каналам трубы осуществляется истечение «чистых» материалов (взяты наиболее типичные материалы - агломерат, окатыши и руда) с переменным расходом каждого, а состав смеси в целом, т.е. соотношение компонентов, определяется при помощи импульсного электромагнитного датчика. Это даст возможность определить взаимодействие различных составляющих частей в железорудной смеси в динамическом взаимодействии, т. е. при движении по лотку, а не после выгрузки в печь [9, 10, 11].
Установка для моделирования движения шихтовых материалов: 1 - пластиковая труба, разделенная перегородками на четыре равные части; 2 - электромагнитная катушка; 3 - микроконтроллер
Принцип действия импульсного электромагнитного датчика основан на возбуждении в металлическом объекте (железосодержащей шихте) импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи.
Основой устройства является микроконтроллер. Он формирует управляющие сигналы для передающей и приемной частей, а также используется для управления устройством и индикации. Передающая часть устройства выполнена на транзисторах.
Выводы:
1. Большинство исследований по обозначенной теме относятся либо к дозадувочному периоду работы печи, либо представляют собой
чисто теоретические изыскания, не учитывающие специфику работы печи на полном ходу.
2. Накопленный ранее материал по данной теме является разрозненным и противоречивым.
3. Предложенная методика исследований закономерностей взаимодействия различных составляющих железорудной смеси в процессе истечения ее из бункера позволит учесть особенности работы БЗУ и построить математическую модель выгрузки железорудных порций в печь.
Список литературы
1. Доменное производство «Криворожсталь»: моногр. / под ред. чл.-корр. ПАН Украины В. И. Большакова. -Днепропетровск: «Криворожсталь» - ИЧМ, 2004. - 378 с.
2. Большаков, В.И. Оценка окружного распределения шихты в доменной печи с лотковым БЗУ / В. И. Большаков, Н. А. Рослик, Ф. М. Шутылев, А. П. Котов // Сталь. 1993. -№ 2. - С. 11-14.
3. Большаков, В.И. Теория и практика загрузки доменных печей / В. И. Большаков. - М.: Металлургия, 1990. -256 с.
4. Большаков, В. И. Освоение загрузки реконструированной доменной печи Нижнетагильского металлургического комбината / В. И. Большаков, Н. Г. Иванча, В. В. Лебедь, И. Г. Муравьева // Черная металлургия: Бюл. НТЭИ. -2005. Вып. 11. -С. 34-40.
5. Большаков, В. И. Оценка окружного распределения шихты в доменной печи с лотковым БЗУ / В. И. Большаков, Н. А. Рослик, Ф. М. Шутылев, А. П. Котов II Сталь. -1993.-№2.-С. 11-14.
6. Большаков, В. И. Влияние движения шихты по трактам загрузочного устройства на окружное распределение в доменной печи / В. И. Большаков, И. Е. Варивода, Н. А. Рослик, Ф. М. Шутылев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: сб. науч. тр. ИЧМ. - Киев: Наук, думка, 1995. - С. 57-68.
7. Большаков, В. И. Распределение шихты и газового потока в доменной печи большого объема / В. И. Большаков, И. Е. Варивода, С. Т. Шулико и др. // Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства: Тр. Междунар. конф. - Череповец: ЧГУ, 1998. - С. 15-18.
8. Норита, К. Регистрация сегрегации шихты по окружности доменной печи / К. Норита // Тэцу то хаганэ. — 1982. - Т. 68. - № 11.-С. 702-715.
9. Большаков, В. И. Формирование смешанных порций шихтовых материалов на доменном конвейере / В. И. Большаков, Н. Г. Иванча // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 6. - С. 79-83.
10. Большаков, В. И. Исследование параметров потока шихтовых материалов, загружаемых в доменную печь с помощью БЗУ / В. И. Большаков, С. Т. Шулико, А. С. Нестеров и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004.-№ 6. - С. 12-14.
11. Большаков, В. И. Предпусковые исследования загрузки и распределения шихты в доменной печи большого объема / В. И. Большаков, Ю. А. Богачев, В. И. Вишняков, Н. Г. Иванча, С. Т. Шулико // Черная металлургия: Бюл. НТЭИ. - 2008. - № 6. - С. 39-44.
12. Большаков, В. И. Анализ особенностей формирования порций и истечения материала из бункера БЗУ при загрузке шихты / В. И. Большаков //Сталь. - 2008. - № 6. -С. 14-19.
Воронцов Виктор Викторович - аспирант кафедры металлургических технологий металлургического факультета Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8-906-293-60-36.
Степанов Александр Тимофеевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой металлургических технологий металлургического факультета Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 51-72-60.
Vorontsov, Victor Victorovich - Postgraduate student, Department of Metallurgical Technologies, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Tel.: 8-906-293-60-36.
Stepanov, Alexander Timofeyevich - Candidate of Science (Technology), Associate Professor, Head of the Department of Metallurgical Technologies, Faculty of Metallurgy, Cherepovets State University.
Tel.: 8(8202)51-72-60.
