CC BY
64
УДК 669.162.261.3
Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семенюк М.А.
ВЛИЯНИЕ ЗАГРУЖЕННОСТИ ПРИСТЕНОЧНОЙ ЗОНЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ ЖЕЛЕЗОРУДНЫМ СЫРЬЕМ НА ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Аннотация. Исследовали действие матрицы загрузки на величину тепловых нагрузок системы охлаждения доменных печей № 4, 9 и 10 ОАО «ММК», оснащенных компактным БЗУлоткового типа. В анализируемых периодах длительностью от 146 до 636 сут доля железорудного материала и кокса, поступающих на станции углового положения лотка № 9-11 матрицы загрузки, была в интервале соответственно от 24,0 до 57,2% и от 0 до 7% от их расхода. В результате установили, что уменьшение доли рудной части шихты в периферийной зоне печи на 1% от ее расхода сопровождалось снижением средней температуры холодильников шахты на
Ключевые слова: доменная печь, режим загрузки, неофлюсованные окатыши, тепловые нагрузки, система охлаждения.
Использование неофлюсованных окатышей в шихте доменных печей ОАО «ММК» обусловлено недостаточной производительностью агломерационных машин. В среднем их доля в железорудной части шихты находится в интервале от 30 до 35% [1]. В периоды ремонта аглофабрик доля окатышей достигает 50% и выше. Длительное действие повышенной доли неоф-люсованных окатышей отрицательно сказывается на стойкости гарнисажа и футеровки печи. Так, на доменных печах ОАО «ММК» в 1972 г. переход от офлюсованных доломитом окатышей к неофлюсованным привел к массовому выходу из строя холодильников шахты, распара и моратора [2, 3]. В этот же период еще быстрее изнашивались огнеупорная кладка и холодильники доменной печи № 4 ОАО «Носта» (ОХМК) при использовании в составе шихты неофлюсованных окатышей Лебединского месторождения [4].
В современных условиях работы доменных печей ОАО «ММК» при повышении доли окатышей наблюдаются такие же проблемы, как и 40 лет назад. Например, увеличение доли окатышей на доменной печи № 2 ОАО «ММК» до 60% обеспечило ускоренное удаление цинковой настыли, располагавшейся в верхней части шахты, но и привело к преждевременному выходу из строя холодильников моратора.
Исследователи указывают разные причины ускоренного износа кладки печи и преждевременного выхода из строя холодильников. К ним относятся:
- растянутая зона шлакообразования;
- повышенная напряженность работы печи:
- повышенное боковое давление шихты на футеровку;
- отсутствие в технологии доменной плавки составляющих, направленных на формирование гарни-сажа.
Формирование гарнисажа может обеспечиваться использованием дополнительных материалов [5,6],
© Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семенюк М.А., 2015
воздействием на свойства имеющихся компонентов шихты [4,7] и воздействием на ход процессов вблизи футеровки. В компонентах шихты имеет существенное значение гранулометрический состав, холодная и горячая прочность агломерата [8,9], а в процессах - ход восстановления железа из оксидов по высоте печи [10].
В направлении понижения величины тепловых нагрузок системы охлаждения шахты, распара и заплечиков при использовании неофлюсованных окатышей может действовать работа печи на повышенном перепаде давления газов за счет увеличения давления горячего дутья [11-13], установление рационального режима загрузки шихтовых материалов в печь [14-15].
Опускание шихты в печи под действием силы тяжести, преодолевая силы, действующие в противоположном направлении (подъёмная сила газового потока, силы трения и др.), предопределяет необходимость создания условий для уменьшения силы трения шихтовых материалов о футеровку печи, снижения вероятности формирования настыли в шахте, улучшения режима формирования гарнисажа. Повышение газопроницаемости периферийной зоны для этого увеличением доли кокса в ней, кроме снижения потерь газа в области противоточного движения твёрдых материалов и газов, обеспечивает создание периферийного коксового окна в зоне когезии, повышенный прогрев периферии горна печи, улучшенные условия для продвижения продуктов плавки к лёткам.
Таким образом, выявление оптимального распределения шихтовых материалов на колошнике доменной печи может решить проблему ускоренного износа кладки и системы охлаждения печи.
В связи с этим на доменных печах № 4, 9 и 10 ОАО «ММК», оснащенных компактным бесконусным загрузочным устройством лоткового типа, изучили влияние вида матрицы загрузки на изменение тепловых нагрузок системы охлаждения шахты. Среднее содержание окатышей в исследуемые периоды со-
ставляла 33%.
На доменных печах № 9 и 10 рассмотрели по два периода с максимальными и минимальными температурами холодильников шахты.
На доменной печи № 9 период № 1 охватывал 219 суток работы печи. Температуры холодильников изменялись в пределах от 21 до 350С. Средняя температура составляла 280С. Период 2 включал 195 суток работы печи. Параметры работы печи обеспечивали средние температуры холодильников шахты в интервале 50-950С. Средняя температура была равна 610С.
Содержание материалов, поступающих в колошниковое пространство печи со станций углового положения лотка по всем видам матриц, было следующим, %:
кокс
Номер
станции 11 10 987 6 5 4321 Период № 1 0,0 0,4 4,7 13,5 15,8 18,9 18,0 17,3 6,7 4,6 0,0 Период № 2 0,0 0,0 0,0 12,9 16,2 22,6 19,3 19,3 6,5 3,2 0,0 железорудные материалы
Номер
станции 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Период № 1 0,2 12,2 16,8 12,9 14,9 14,1 13,4 10,7 4,9 0,0 0,0 Период № 2 0,0 17,6 17,4 9,5 10,9 11,4 12,1 12,8 8,2 0,0 0,0
В периоде 2 по сравнению с периодом 1 наблюдали увеличение рудной нагрузки на периферии при понижении ее в зоне рудного гребня. Это обеспечили увеличением содержания рудной части шихты от 29,2 до 35,1%, поступающих на колошник со станций № 911 при понижении содержания кокса от 5,1 до 0%. На станциях № 6-8 углового положения лотка снижали рудную составляющую от 41,8 до 31,7% и увеличивали содержание кокса от 48,2 до 51,7%.
Содержание материалов, поступающих на поверхность засыпи со станций углового положения лотка доменной печи № 10 по всем видам матриц, было следующим, %:
кокс
Н омер
станции 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Период № 3 0,0 1,9 4,6 14,0 15,7 16,6 16,0 14,3 12,5 4,2 0,0 Период № 4 0,0 0,0 0,0 14,3 17,2 17,1 17,1 14,3 17,1 2,9 0,0 железорудные материалы
Н омер
станции 11 10 987654321 Период № 3 0,4 12,9 16,0 13,1 13,3 12,7 15,3 12,8 3,4 0,0 0,0 Период № 4 0,1 18,2 16,1 9,6 10,4 8,6 15,7 15,7 5,6 0,0 0,0
В двух периодах на печи № 10 с температурами холодильников 450С (358 сут) и 680С (275 сут) содержание рудной составляющей, поступающей со станций № 9-11, увеличилась от 29,3 до 34,4%, содержание кокса уменьшилось от 6,6 до 0%. Это сопровождалось повышением средней температуры холодильников шахты от 45 до 680С. Количество заглушенных холодильников увеличилось от 3 до 10 штук. В это
время рудная нагрузка в зоне рудного гребня (станции № 6-8) и центральной части печи (станции № 1-2) уменьшалась. Содержание рудной части шихты изменили от 39,1 до 28,6% и увеличили содержание кокса от 46,4 до 48,6%, который поступал в колошниковое пространство печи со станций № 6-8 углового положения лотка. Уменьшение содержания кокса, формирующего поверхность засыпи со станций № 1-2, составило 1,3%, от 4,2 до 2,9%. При этом рудная нагрузка увеличилась в кольцевой зоне колошника, соответствующей станциям № 3-5 углового положения лотка от 0,74 до 0,76, при увеличении содержания кокса от 42,8 до 48,6% и рудной части шихты от 31,5 до 37,1%.
На доменной печи № 4 изучили показатели стабильной работы печи за 425 сут. Интервал температур, равный 21-350С, включал в себя 238 сут работы печи. При температурах от 50 до 950С печь работала 113 сут.
Содержание материалов, поступающих на станции углового положения лотка по всем видам матриц, было следующим, %:
кокс
Номер
станции 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Период № 5 0,0 0,1 3,9 10,2 12,2 14,4 15,2 15,4 13,5 15,1 0,0 Период № 6 0,0 0,0 4,9 10,9 12,6 7,4 9,0 11,0 21,9 22,3 0,0 железорудные материалы
Номер
станции 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Период № 5 2,3 31,3 9,3 18,2 25,7 13,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Период № 6 27,2 30,0 0,0 0,0 42,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Повышению средних температур холодильников шахты печи от 29 до 590С предшествовало увеличение содержания железорудного материала, поступающего в периферийную зону печи, со станций № 911, от 43 до 57,2% при увеличении содержания кокса от 4,0 до 4,9%. Рудная нагрузка в зоне рудного гребня (станции № 6-8) уменьшилась. Содержание кокса, поступающего в центральную часть печи со станций № 1-2, увеличилась от 15,1 до 22,3% при снижении ее со станций № 3-5 от 44,0 до 41,9%. Заглушенных холодильников в период повышенных температур не выявили против 3 случаев в периоде со средней температурой холодильников 290С.
В центральной части печи (станции №1,2) снизили долю кокса от 4,6 до 3,2% при отсутствии в них железорудных материалов.
На печи № 10 повышение содержания железорудного материала, поступающего со станций 9-11 углового положения лотка от 24% (193 сут) до 35% (580 сут) сопровождалось ростом температур холодильников 1-го, 3-го и 4-го рядов соответственно от 44, 47, 44 до 62, 62, 490С. Среднее увеличение температуры холодильников составило 120С (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость температуры холодильников шахты от доли железорудного сырья, приходящегося на станции № 9-11 углового положения лотка
Согласно рис. 1 при доле железорудного сырья (ЖРС), поступающего в колошниковое пространство печи со станций № 9-11 углового положения лотка, 20-30% от общего расхода температуры холодильников шахты изменялись незначительно. Существенное увеличение наблюдали при росте ее до 34%, когда был исключен кокс из периферийной зоны печи. Согласно рис. 2 максимум температур приходился на период, в котором пристеночная область печи загружалась одним железорудным сырьем.
Содержание ЖРС на периферии от количества шихты в этой зоне, % Рис. 2. Зависимость температуры холодильников шахты от доли железорудного сырья в шихте, формирующей периферийную зону со станций № 9-11
В последующем, несмотря на дальнейшее увеличение содержания железорудного сырья, поступающего на станции № 9-11 углового положения лотка, от 34 до 37% средняя температура холодильников шахты снизилась от 59,1 до 49,80С, поскольку с агломератом в пристеночную зону печи поступал кокс. Увеличение содержания кокса в периферийной зоне печи от 0,27 (636 сут) до 16,14% (146 сут) сопровождалось понижением на 120С средней температуры холодильников 1-го, 3-го и 4-го рядов. При этом в периоде с повышенными температурами 18 раз перекрывали подачу воды на различные части холодильников в шахте, распаре и заплечиках.
На доменной печи № 9 увеличение содержания рудной части шихты на станции № 9-11 от 26 (348 сут) до 35% (396 сут) сопровождалось повыше-
нием температуры 3-го и 4-го рядов холодильников соответственно от 47 и 32 до 49 и 370С. Среднее увеличение температуры холодильников составило 11 0С. Увеличение доли железорудного материала в периферийной зоне сопровождалось повышением количества заглушенных частей холодильников от 5 до 6 шт.
Рост содержания кокса в периферийной зоне печи от 0,13 (631 сут) до 16,14% (151 сут) сопровождался понижением средней температуры 3 -го и 4-го рядов холодильников на 120С и уменьшением числа заглушенных частей холодильников от 8 до 3 шт.
На доменной печи № 4 увеличение содержания рудной части шихты, поступающей на колошник со станций лотка № 9-11, от 42 до 58% сопровождалось увеличением температуры 1 -го, 4-го рядов холодильников шахты соответственно от 18; 27 до 49; 520С и понижением в районе 3 -го ряда холодильников шахты от 42 до 400С. Среднее увеличение температур холодильников шахты составило 180С.
Таким образом, применительно к условиям работы доменных печей ОАО «ММК» установили рациональный режим загрузки материалов в печь, обеспечивающий уменьшение тепловых нагрузок на систему охлаждения печи. Выявили, что уменьшение содержания железорудной части шихты, поступающей в колошниковое пространство печи со станций № 9-11 углового положения лотка, на 1% от ее расхода по всем станциям сопровождалось снижением средней температуры холодильников шахты на 1,1 0С.
Список литературы
1. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Выявление рациональной последовательности набора компонентов сырья в бункер БЗУ лоткового типа физическим моделированием // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №3. С. 28-34.
2. Опыт применения неофлюсованных окатышей ССГОК в шихте доменных печей ММК / Новиков В.С., Бабарыкин Н.Н., Крюков Н.М. и др. // Производство чугуна. Свердловск: УПИ, 1976. С. 84 - 93.
3. Бабарыкин Н.Н., Горбунов Г.В., Марсуверский Б.А. Использование неофлюсованных окатышей для выплавки чугуна // Производство чугуна. Вып. 2. М.: Черметинформация, 1980. 19 с.
4. Исследование причин износа кладки и системы охлаждения доменной печи № 4 объемом 2000 м3 ОХМК / Рогов М.В., Сибагатуллин С.К., Гуляев Г.М. и др. // Бюл. НТИ. Черная металлургия. 1990. № 2. С. 53-54.
5. Терентьев А.В., Сибагатуллин С.К., Мавров А.Л. Формирование титанистого гарнисажа в доменной печи // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 2004. № 7. С. 15.
6. Формирование карбидного гарнисажа на футеровке горна доменной печи / Нефёдов С.Н., Терентьев В.Л., Сибагатуллин С.К. и др. // Чёрные металлы. 2002. № 1. С. 5-7.
7. Горбунов Г.В., Бабарыкин Н.Н. Строение и состав гарнисажа доменных печей ММК //Производство чугуна. Свердловск: УПИ, 1980. С. 111-124.
8. Применение органических связующих компонентов в процессе агломерации железорудного сырья / Сибагатуллин С.К., Иванов А.В., Решетова И.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 4. С. 30-32.
9. Производство агломерата при снижении в шихте доли концентрата ССГПО и аглоруды Михайловского ГОКа в условиях ОАО «ММК» / Сибагатуллин С.К., Сенькин К.В., Гибадулин М.Ф., Гостенин В.А., Некеров В.Д. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. № 4 (12). С. 9-10.
10. Сибагатуллин С.К. Оптимальная степень прямого восстановления железа из оксидов // Сталь. 1997. № 4. С. 1-5.
11. Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В. К расчету показателей хода доменного процесса при повышенном общем перепаде давления газов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 3. С. 16-18.
12. Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В. Увеличение работы газового потока в доменной печи с повышением общего перепада давления по высоте // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 14-16.
13. Сибагатуллин С.К., Майорова Т.В., Полинов А.А. О влиянии изменения параметров состояния газа на величину его работы в доменной печи // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 4. С. 34-37.
14. Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко А.С. Влияние последовательности загрузки компонентов шихты в бункер БЗУ на равномерность их поступления в колошниковое пространство доменной печи // Теория и технология металлургического производства. 2011. № 11. С. 12-16.
15. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Использование коксового орешка на доменных печах. Магнитогорск, 2014.
Сведения об авторах
Харченко Александр Сергеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургии черных металлов, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-84-30. E-mail: as.mgtu@mail.ru
Харченко Елена Олеговна - аспирант института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Сидоров Максим Вадимович - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Миникаев Самат Ринатович - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Сибагатуллина Маргарита Ильдаровна - магистрант факультета стандартизации, химии и биотехнологии, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
Семенюк Михаил Александрович - старший мастер участка ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE EFFECT OF MATRIX OF DOWNLOAD ON HEAT LOADS OF THE COOLING SYSTEM OF THE BLAST FURNACES EQUIPPED WITH THE COMPACT BELL-LESS CHARGING DEVICE OF A GUTTER TYPE
Kharchenko Alexander Sergeevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia. Phone: 8(3519) 29-84-30. E-mail: as.mgtu@mail.ru
Harchenko Elena Olegovna - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia. E-mail: eo.mgtu@mail.ru
Sidorov Maksim Vadimovich - Magistracy Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia.
Minikaev Samat Rinatovich - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia.
Sibagatullina Margarita Ildarovna - Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia.
Semenyuk Mikhail Alexandrovich - Senior Foreman, Magnitogorsk Iron & Steel Works OJSC, Magnitogorsk, Russia.
Annotation. The effect of matrix of download on the magnitude of the thermal loads of the cooling system of the blast furnaces number 4, 9 and 10 of OJSC "Magnitogorsk Iron & Steel Works", equipped with the compact bell-less charging device of a gutter type was investigated. During the analyzed periods lasting from 146 to 636 days the proportion of iron ore material and coke entering the station of the angular position of the tray № 9-11 of matrix of download was in the range from 24.0% to 57.2% and from 0% to 7% of their consumption respectively. As a result, we have found that a decrease in the proportion of the ore part of the charge in the peripheral zone of the furnace at 1% from its consumption was accompanied by a decrease of the average temperature of the refrigerators of the shaft by 1.1°C.
Keywords: blast furnace, non-fluxed pellets, increased the proportion of pellets, heat loads on the cooling system.
