Определение вместимости горна доменной печи для накопления продуктов плавки Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 669. 162. 26

д.т.н. Новохатский A.M., к.т.н. Диментьев Л.О., Блинов A.M., Михайлюк Г.Д.

(ДонГТУ, г. Алчевск, JIHP)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВМЕСТИМОСТИ ГОРНА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ

Определены причины образования застойных зон в центре горна доменной печи. Проведен анализ балансов количества чугуна и шлака в период их выпуска и накопления в полезном объеме горна доменной печи при образовании малоактивной зоны по центру коксовой насадки в металлоприемнике.

Ключевые слова: доменная печь, горн, полезный объем горна, коксовая насадка, малоактивная зона.

ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ДонГТУ. 2015. № 2

МЕТАЛЛУРГИЯ

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами.

Современное развитие доменного производства идет по пути увеличения объема доменных печей [1] с целью уменьшения постоянно-условных затрат. Влияние работы горна на ход таких доменных печей проявляется особенно, из-за больших поперечных размеров металлоприемника.

Хорошая работа горна зависит от технологических решений персонала доменной печи, поскольку систематические ошибки приводят к ухудшению дренажных условий в центре горна печи, при этом уменьшается полезный объем и вместимость для накапливаемых продуктов плавки и, соответственно, снижаются технико-экономические показатели.

Выполненный ранее анализ работы доменных печей [2] показал, что из общего объема горна можно выделить фурменную зону, полезный объем, в котором происходят процессы наполнения и опорожнения горна продуктами плавки и объем так называемого мертвого слоя, характеризуемый частичным перемешиванием расплавов и служащий для защиты лещади от разрушения. На рисунке 1 представлено деление горна доменной печи на зоны.

Основополагающую роль в работе горна доменных печей объемом более 2000 м3

играет рациональное использование его полезного объема. Так же значительное влияние на работу горна оказывают: вязкость продуктов плавки, порозность слоя кокса в металлоприемнике, величина и форма застойных зон коксовой насадки, режим выпусков, диаметр и длина канала чугунной летки.

Вязкости чугуна и шлака отличаются, поэтому чугун практически не оказывает влияния на работу горна, а шлак, имея значительно большую вязкость, крайне медленно движется к летке в горне во время выпуска, из-за чего значительная часть его остается в горне после закрытия выпуска, образуя депрессионную воронку.

Вязкость шлака зависит от его температуры и химического состава. Их влияние параметров на нее детально изучено, что позволяет поддерживать ее на необходимом уровне в доменной плавке.

Порозность коксовой насадки в горне доменной печи значительно влияет на дренаж шлака в период выпуска. Уменьшение порозности приводит к снижению скорости движения шлака, в результате чего образуются застойные зоны. Движение продуктов плавки в этих зонах практически отсутствует, из-за чего ухудшается работа металлоприемника.

Режим выпусков оказывает основное

зона

Полезный объем горна

Мертвый слой

ёт - диаметр малоактивной зоны Рисунок 1 - Горн доменной печи

МЕТАЛЛУРГИЯ

Фурменная

влияние на объем остаточных продуктов плавки в горне, которые остались в нем после закрытия выпуска. Плохо организованный режим выпусков приводит к ухудшению работы горна и переполнению метал-лоприемника жидкими продуктами плавки.

Изложение материала и его результаты. Полезный объем металлоприемника, представленный на рисунке 1, находится между уровнем канала чугунной летки в печи и допустимым уровнем заполнения горна. Остальная часть горна не используется в процессах обновления продуктов плавки во время работы доменной печи.

Однако полезный объем горна во время работы доменной печи изменяется в результате зарастания стенок горна или противоположное этому их разгар, а так же он уменьшается при образовании в центре печи малоактивной зоны коксовой насадки, так называемого тотермана. Чтобы оценить изменение этого объема металлоприемника составлены балансы объемов продуктов плавки, в периоды их выпуска и накопления.

Баланс объемов продуктов плавки в период выпуска из горна доменной печи с уче-

том малоактивной застойной зоны коксовой насадки можно представить уравнением

О О V-

+ = у.__- V +

\ .а о

Ро £ £

±Ур+—(1)

рч Р ,„е где (7 - масса чугуна выпущенного из печи за выпуск, т; (Э0 - масса шлака выпущенного из печи за выпуск, т; , ро -плотность чугуна и шлака, т/м3; £ - пороз-ность кокса; V.. ~ - полезный объем горна, м3; V; - объем шлака, остающийся в металло-приемнике печи по окончанию выпуска, м3; Уп - объем малоактивной зоны, которая находится в полезном объеме горна доменной печи, м3; Уд - разгар футеровки или зарастание горна в полезном объеме металлоприемника, м ; - приход чугуна в горн, т/мин;

q0 - приход шлака в горн, т/мин; та - время выпуска продуктов плавки, мин.

}сь воздушных фурм

Малоактивная зона (Тотерман)

Ось чугунной летки 12э- 17Э

МЕТАЛЛУРГИЯ

Баланс объемов продуктов плавки в период их накопления между выпусками с учетом малоактивной зоны коксовой насадки

и шлака в период накопления. Рассчитать его можно по формуле

У...-У...

I .а. то с

Р* Ра£

V

+ -2. + У +у

т р '

8

(2)

где т - время заполнения горна жидкими продуктами плавки, мин; УШо -

часть полезного объема горна не заполненная продуктами плавки на момент открытия выпуска, м3.

Составленные балансы не учитывают обновление продуктов плавки ниже оси чугунной летки, так как количество чугуна, пришедшего в этот слой, ориентировочно равно выпущенному.

Анализ составленных балансов показал, что представленный на рисунке 1 полезный объем металлоприемника значительно больше, чем может поместиться в объем продуктов плавки, в период их накопления. Потеря полезного объема горна происходит за счет: остаточного шлака в печи, который образует депрессионную воронку после закрытия выпуска, размера и формы малоактивной зоны и разгара или зарастания металлоприемника в процессе его эксплуатации.

После закрытия выпуска в горне доменной печи находится 50-80 % остаточного шлака по отношению к объему на момент открытия. Увеличение количества остаточного шлака приводит к возрастанию потери полезного объема горна [3].

На потери полезного объема горна значительное влияние оказывают размер и форма малоактивной зоны коксовой насадки, так называемого тотермана. В этой зоне горна движение продуктов плавки практически отсутствует, поэтому с увеличением ее размеров растут потери полезного объема горна для заполнения шлаком после закрытия чугунной летки.

После окончания выпуска в полезном объеме горна остается свободный объем, который предназначен для прихода чугуна

к =

у -V -V +г

п.г о т — р

(3)

где Уп - свободный объем горна, м3.

Следует отметить, что с увеличением поперечных размеров горна доменной печи, растет количество остаточного шлака по окончанию выпуска и объем тотермана, следовательно свободный объем металлоприемника уменьшается, что влечет за собой изменение режима выпуска в сторону увеличения количества выпусков продуктов плавки через канал чугунной летки, либо уменьшение производительности печи и соответственно ухудшение технико-экономических показателей.

Путем анализа формы слоя шлака в ме-таллоприемнике доменной печи можно разработать методы расчета размеров тотермана, определения его формы и влияния параметров малоактивной зоны на работу горна.

Разгар горна или обратное ему зарастание металлоприемника печи можно рассчитать по разработанной методике [4] на основе теплосъема с доменной печи.

Выводы и направление дальнейших исследований.

1. Определено понятие свободного объема горна, который соответствует вместимости горна для накопления продуктов плавки и зависит от порозности коксовой насадки, количества остаточного шлака, размера тотермана и разгара футеровки металлоприемника.

2. Основное влияние на изменение свободного объема горна оказывает количество остаточного шлака после закрытия выпуска, а так же размера тотермана при отклонениях от нормальной работы металлоприемника.

3. Для определения размера малоактивной зоны коксовой насадки необходимо провести анализ движения шлака в метал-лоприемнике во время выпуска продуктов плавки, при наличии тотермана в печи опираясь на законы гидравлики.

МЕТАЛЛУРГИЯ

Библиографический список

1. Плискановский С. Т. Достижения и перспективы развития доменного производства / С. Т. Плискановский, В. И. Большаков // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2011.—№4.—С. 4-8.

2. Новохатский А. М. Аналитический метод определения количества выпусков жидких продуктов плавки из горна доменной печи / А. М. Новохатский, Г. Д. Михайлюк, В. П. Манаков // Сборник научных трудов ДонГТУ. —Алчевск, 2004. —Вып. 18. — С. 270-279.

3. Новохатский А. М. Совершенствование режима выпуска продуктов плавки из горна доменной печи /А. М. Новохатский // BicnuK Приазовського державного техтчного утверситету. — Маргуполь, 2008. —Bun. 18. — С. 19-22.

4. Овчаренко Н. J1. Неполадки хода доменных печей / Н. J1. Овчаренко. — М. : Металлургия, 1972. — 192 с.

5. Суберляк О. В. Технология переробки полгмерних та композицшних Mamepicuiie : тдручник [для студ. вищ. навч. закл.] /О. В. Суберляк, П. I. Баштанник. —Льв1в : Растр-7, 2007. — 375 с.

Рекомендована к печати к.т.н., проф. ДонГТУ Ульяницким В.Н., нач. доменного цеха ПАО «АМК» Диментевым В.И.

Статья поступила в редакцию 29.10.15.

д.т.н. Новохатський О.М., к.т.н. Д1ментьев О.О., Блинов О.М., Михайлюк Г.Д. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР)

ВИЗНАЧЕННЯ М1СТБКОСТ1 ГОРНА Д0МЕНН01 ПЕЧ1 ДЛЯ НАКОПИЧЕННЯ ПРОДУКТ1В ПЛАВКИ

Визначеш причини утворення застшних зон у цент pi горна доменног неч1. Проведено аналгз баланав кшъкоат чавуну i шлаку в nepiod ix выпуску та накопичення в корисному o6'cMi горна доменног neni при утворент малоактивно! зони по центру коксовог насадки в металоприймачй

Ключом слова: доменна тч, горн, корисний об 'см горна, коксова насадка, малоактивна зона.

Dr.Sci.Tech. Novohatskiy А.М., PhD in Engineering Dimentiiev A.O., Blinov A.M., Mikhailiuk G.D. (DonSTU, Alchevsk, LPR)

DETERMINATION OF BLAST-FURNACE HEARTH CAPACITY FOR ACCUMULATION MELTING BY-PRODUCTS

The causes of dead zone in the center of blast-furnace hearth were found out. Balance analysis of iron and sinter volume in output and accumulation phase in useful volume of blast-furnace hearth at low-active zone formation in the center of coke packing in metal reservoir was conducted.

Key words: blast furnace, hearth, useful volume of hearth, coke packing, low-activity zone.