CC BY
45
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА
УДК 669.162.261.3
Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Кашапов М.М., Тяпкин С.С., Семенюк М.А.
ВЫЯВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЗАГРУЗКИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОЛОШНИКОВОЕ ПРОСТРАНСВО ПЕЧИ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛЕ ОКАТЫШЕЙ В ШИХТЕ
Аннотация. На доменной печи № 2 ПАО «ММК» оценили влияние содержания окатышей в шихте на изменение температур холодильников шахты, распара, заплечиков. Установлено, что увеличение доли неофлюсованных окатышей от 30 до 50% повышало среднюю температуру холодильников шахты на 10-20 0С. Работа печи в течение трех месяцев с долей неофлюсованных окатышей в среднем более 50% сопровождалась прогарами части холодильников маратора и заплечиков.
Физическим моделированием выявили рациональные параметры режимов загрузки компонентов шихты в колошниковое пространство печи. При этом рассмотрели приёмы, позволяющие управлять расположением окатышей относительно футеровки при их доле 30-90%: очерёдность набора компонентов железорудного сырья в скип и далее в шихтовый бункер БЗУ; односкиповое и двухскиповое заполнение шихтового бункера.
Рациональным режимом загрузки для отдаления окатышей от футеровки является двухскиповое заполнение шихтового бункера БЗУ. При загрузке более 55% окатышей от железорудной части шихты в бункер БЗУ после агломерата и добавочных материалов первая порция формируется из агломерата, а вторая - из 10% окатышей и 90 % агломерата. Установление направления движения лотка от периферии к центру печи совместно с таким режимом загрузки обеспечивало минимальное количество окатышей в первой кольцевой зоне, располагающейся на периферии.
Ключевые слова: доменная печь, режим загрузки, неофлюсованные окатыши, тепловые нагрузки, система охлаждения, бесконусное загрузочное устройство лоткового типа.
Результаты были получены в рамках государственного задания Минобрнауки России № 11.8979.2017/БЧ.
Введение
Периодические ремонты агломерационных фабрик в условиях ПАО «ММК» приводят к росту доли окатышей, загружаемых в доменные печи, в среднем от 30-35 до 50% и выше. Длительное использование окатышей при доле более 50-60% от железорудной части шихты в условиях отсутствия мероприятий, компенсирующих отрицательное воздействие их на футеровку шахты печей, приводит к их преждевременному износу и выходу из строя холодильников [16].
Исследованиями, проведенными на доменных печах ПАО «ММК», установлено, что увеличение доли неофлюсованных окатышей от 30 до 50% повышало среднюю температуру холодильников шахты на 10-20 0С (рис. 1). При этом в отдельных частях печей величины тепловых нагрузок достигали максимальных значений, что сопровождалось выходами из строя холодильников. Например, на доменной печи № 2 для ускоренного истирания настыли, образовавшейся в верхней части шахты, довели долю окатышей до 62% и работали в течение месяца. Затем доля их варьировалась в интервале 50-55% на протяжении месяца, после чего - 40-45% ещё один месяц. В следующие 2 месяца заглушили внутренние или (и) внешние витки холодильников маратора над фурмами № 4, 5, 7, 8, 10, 14, 17-19 и внутренние витки холодильников заплечиков над фурмами № 3, 4.
© Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Кашапов М.М., Тяпкин С.С., Семенюк М.А., 2017
в
Рис. 1. Изменение температур холодильников шахты доменных печей №2 (а), №9 (б) и № 10(в) при
увеличении доли окатышей Имеются различные причины преждевременного износа футеровки печи. Одной из них является отсутствие в технологии доменной плавки составляющих, направленных на формирование
а
б
гарнисажа. Его формирование зависит от характеристик загружаемой шихты -гранулометрический состав, холодная и горячая прочность агломерата [7-9], технологии загрузки их в печь [10-13], дутьевых параметров. Например, работа печи на повышенном перепаде давления газов за счет увеличения давления горячего дутья может действовать в направлении понижения величины тепловых нагрузок системы охлаждения шахты, распара и заплечиков при использовании неофлюсованных окатышей [14-17].
К одним из наиболее гибких, оперативных и эффективных мероприятий относится режим загрузки шихтовых материалов в доменную печь. Установлено, что снижению средней температуры холодильников шахты на 1,1 0С способствовало 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 [5]. Также имеет большое значение вид железорудного материала, контактирующего с футеровкой печи.
В связи с этим целесообразно выявить рациональный режим загрузки железорудных материалов в колошниковое пространство печи при повышенной доли окатышей в составе шихты, обеспечивающей уменьшение количества окатышей, поступающих в её пристеночную зону.
Методы
Для выявления рационального режима набора компонентов сырья в доменные печи ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» провели ряд экспериментов на лабораторной установке однотрактового компактного загрузочного устройства лоткового типа [5].
Моделировали режимы односкиповой и двухскиповой загрузки железорудной части шихты в бункер БЗУ применительно к доменной печи объемом 1370 м3 ПАО «ММК». Доля окатышей варьировалась от 30 до 90% при расположении их по вариантам: в нижней части шихтового бункера под агломератом и добавками; между слоями агломерата.
В серии опытов № 1 исследовали режимы загрузки материалов «добавки наверх скипа». В опытах компоненты шихты размещали в бункере в следующей последовательности: на дно бункера БЗУ помещали коксовый орешек, затем окатыши, следом руду и агломерат. Режим загрузки материалов «добавки на дно скипа» моделировали в серии опытов № 2-5. Друг от друга они отличались расположением окатышей по вариантам: между слоями агломерата и при загрузке их в бункер БЗУ последними.
При угле открытия шихтового затвора 50 град производили выпуск материалов из бункера. По ходу выпуска отбирали пробы, отделяли материалы друг от друга и определяли долю каждого материала по мере их истечения.
В ходе эксперимента было соблюдено равенство критерия Ньютона для реальной печи (№дП) и модели (№м):
Р хг2
Ыв = ■ п
Мп х Ь
где Мп - масса поступающей шихты из бункера БЗУ, кг;
Ь - расстояние, на которое перемещаются материалы, м;
т
п - время, за которое происходит перемещение на расстояние Ь, с;
Б - сила тяжести материала, Н.
Каждый эксперимент дублировали, после чего находили дисперсию каждого опыта. Затем по критерию Кохрена определяли однородность данного ряда дисперсий.
Результаты экспериментов
Односкиповая загрузка
Применение односкиповой загрузки и расположение окатышей в нижней части обеспечило высокое их содержание в начале выпуска. По ходу выпуска доля окатышей в каждой из порций снижалась.
При доле окатышей 30% в порциях, сформированных по истечении 50% времени от продолжительности выпуска, содержалось менее 20% окатышей (рис. 2, а). Увеличение расхода окатышей сопровождалось повышением их доли в последних порциях по мере истечения их из шихтового бункера БЗУ. При доле окатышей 50% от железорудной части шихты последняя порция была сформирована из 2030% окатышей (рис. 2, а). Доведение доли окатышей до 70 и 90 % сопровождалось увеличением их содержания в последних порциях по ходу выпуска и достигало соответственно в среднем 50 и 80% в различных опытах (рис. 3, а).
Если принять, что выпуск материалов в колошниковое пространство печи объемом, равным ёмкости одного скипа, распределяется на три станции углового положения лотка так, как на доменных печах ПАО «ММК», то отношение количества окатышей к количеству железорудного сырья в трех кольцевых зонах колошника в направлении движения лотка будет следующим:
при их доле в шихте 30% соответственно 0,71; 0,15 и 0,04;
при доле 50% - 0,77; 0,22 и 0,15. Таким образом, при направлении движения лотка от периферии к центру и доле окатышей в сырье 0,5 пристеночная зона печи будет формироваться из смеси агломерата и окатышей соответственно в процентном соотношении 77 к 23. Остальные зоны по радиусу будут загружены в основном агломератом. Использование в составе шихты неофлюсованных окатышей будет препятствовать образованию
гарнисажа на стенках доменной печи, что приведет к истиранию кладки. В связи с этим практическая ценность такого режима загрузки с применением неофлюсованных окатышей при их доле выше 40% от расхода железорудной части шихты будет при работе печи с настылью в нижней части шахты.
Размещение 30-70% окатышей в бункере БЗУ последними после агломерата и добавочных материалов сопровождается отсутствием окатышей в начале выпуска (рис. 2, б и 3, б). Максимальная доля окатышей наблюдается в середине выпуска их из бункера. При доле окатышей 30 % отношение количества окатышей к количеству железорудного сырья в трех кольцевых зонах колошника в направлении движения лотка будет следующее: 0,16; 0,43 и 0,32, а при содержании их в составе шихты 50% - 0,21; 0,49 и 0,46. Таким образом, смена режима загрузки добавочных материалов с «на дно бункера БЗУ» на режим загрузки их «на верх» окажет положительное влияние на формирование гарнисажа.
ЮО
S so
5S
-J во
40
& Ьн о 20 О
>1-1 11
Ю 25 40 55
70
85 ЮО
Доля времени форм1фования поршш от общей продолжительности выпуска, %
б
Рис. 2. Содержание окатышей по мере истечения в
составе железорудных материалов из шихтового бункера БЗУ при их доле 30 () и 50% () от расхода ЖРС под агломератом (а) и над ним (б)
OJ ЮО
77 JST so
ев i - со
и о 40
Ю 25 40 55 70 85 t ОО
Доля времени формирования порции от обшей продолжительное™ выпуска, " о
б
Рис. 3. Содержание окатышей по мере истечения в составе железорудных матепиалов из шихтового бункера БЗУ при их' доле 70 (~) и 90% () от расхода ЖРС под агломератом (а) и над ним (б) Размещение окатышей в бункере БЗУ после агломерата обеспечивало достаточно высокую равномерность поступления компонентов шихты из бункера БЗУ в колошниковое пространство, о чем свидетельствует величина среднеарифметического значе-
ния среднеквадратических отклонений количества железорудных материалов, поступающих на лоток БЗУ, равной 9,1% (см. таблицу), против 19,4% при расположении их в нижней части бункера. Наиболее высокие результаты получили при размещении окатышей в слое агломерата. Среднеквадратическое отклонение содержания железорудных и добавочных материалов, отобранных по ходу выпуска, составило 7,2 %. При размещении 17% агломерата в нижней части бункера БЗУ, следом окатыши с долей, равной 30% от расхода железорудных материалов, после чего оставшееся количество агломерата сопровождается выходом до 47% окатышей в первых двух порциях (рис. 4).
Среднеквадратическое отклонение содержания компонентов сырья в порциях, отобранных по ходу выпуска
Последовательность расположения материалов в бункере БЗУ сверху вниз Среднеквадратичес по видам мате кое отклонение риалов, %
Агло ме-рат Окатыши Руда Коксовый оре шек Среднеарифметическое значение
Руда Окатыши Орешек Агломерат 17,4 17 1 0,8 9,1
Агломерат Руда Окатыши Орешек 37,5 36,9 0,6 2,7 19,4
Агломерат 83% от его расхода Руда Орешек Окатыши Агломерат 17% 13,9 13,5 0,6 0,7 7,2
Рис. 4. Содержание окатышей по мере истечения их из шихтового бункера при их доле 30% в слое агломерата, загруженного в бункер
Двухскиповая загрузка
Моделирование двухскипового режима загрузки обеспечило более равномерное поступление компонентов шихты из бункера на лоток БЗУ. При загрузке 40-60% окатышей вниз бункера первые две порции были сформированы из одних окатышей. В оставшихся порциях их величина колебалась от 20 до 40% (рис 5, а). Отдаление окатышей от нижней части бункера БЗУ путем расположения под ними агломерата в ко-
а
а
личестве 25, 50, 75 и 100% от его расхода сопровождалось уменьшением количества окатышей, поступающих в первую порцию (рис. 6-7). При размещении окатышей в количестве 45% от железорудной части шихты над агломератом первые 2 порции были полностью сформированы из одного агломерата (рис. 7, а). В условиях загрузки окатышей в бункер БЗУ последними с их долей 57,5% от расхода железорудного сырья наблюдали отсутствие окатышей в первой порции и низкую долю, равную 10%, во второй порции (рис. 7, б).
б
Рис. 5. Содержание окатышей, размещённых в нижней части бункера БЗУ, по мере истечения их совместно с агломератом и добавочными материалами: а - загрузка 42,5% окатышей от расхода ЖРС в низ бункера;
б - 25% агломерата расположено под окатышами, а 75 % над ними
б
Рис. 6. Содержание окатышей, размещённых в средней части бункера БЗУ, по мере истечения их совместно с агломератом и добавочными материалами: а - загрузка 42,5% окатышей от расхода ЖРС в середину слоя агломерата; б - 75% агломерата расположено под окатышами, а 25 % над ними
Заключение
По результатам физического моделирования наиболее рациональным режимом загрузки для отдаления окатышей от футеровки является двухскиповая заполнение шихтового бункера БЗУ. При загрузке более
55% окатышей от железорудной части шихты в бункер БЗУ после агломерата и добавочных материалов первая порция формируется из одного агломерата, вторая из 10% окатышей и 90 % агломерата. Установление направления движения лотка от периферии к центру печи совместно с таким режимом загрузки обеспечивало минимальное количество окатышей в первой кольцевой зоне, располагающейся на периферии.
Список литературы
1. Исследование действия расхода окатышей на стойкость футеровки доменной печи / Сибагатул-лин С.К., Харченко А.С., Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Семе-нюк М.А. // Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2015. № 14. С. 59-67.
2. Опыт применения неофлюсованных окатышей ССГОК в шихте доменных печей ММК / Новиков
B.С., Бабарыкин Н.Н., Крюков Н.М. и др.//Производство чугуна. Сведловск: УПИ, 1976.
C. 84 - 93.
3. Бабарыкин Н.Н., Горбунов Г.В., Марсуверский Б.А. Использование неофлюсованных окатышей для выплавки чугуна. // Бюп. ин-та «Черметин-формация». Сер. «Производство чугуна». Вып. 2. 1980.
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.// Бюлютень НТИ. Черная металлургия. 1990. № 2. С. 53-54.
5. 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.
6. Б.А. Марсуверский Совершенствование технологии производства и плавки титаномагнетитов Кач-канарского ГОКа в доменных печах:моногр. М.: Изд. Дом МИСиС, 2013. 395 c.
7. 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.
8. Производство агломерата при снижении в шихте доли концентрата ССГПО и аглоруды Михайловского ГОКа в условиях ОАО «ММК» / Сибагатул-лин 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.
9. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Теплых Е.О., Степанов Е.Н., Ме-зин Д.А., Фетисов В.Б. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 1. С. 19-21.
10. Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко А.С. Влияние последовательности загрузки компонен-
а
а
тов шихты в бункер БЗУ на равномерность их поступления в колошниковое пространство доменной печи // Теория и технология металлургического производства. 2011. № 11. С. 12-16.
11. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Использование коксового орешка на доменных печах. Магнитогорск, 2014.
12. 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.
13. Об условиях, необходимых для эффективного использования коксового орешка в шихте доменной печи / Харченко А.С., Теплых Е.О., Терентьев В.Л., Полинов А.А., Гришечкин С.А., Семенюк М.А. // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 1. С. 26-30.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. Харченко А.С., Сибагатуллин С.К., Колосов А.В. Использование нейросетевого моделирования для изучения газодинамического режима в нижней части доменной печи в условиях ее работы с коксовым орешком // Изв. Вузов. Черная металлургия. 2011. № 11. С. 23-26.
Сведения об авторах
Сибагатуллин Салават Камилович - д-р техн. наук, проф. кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3519) 29-84-30. E-mail: as.mgtu@mail.ru
Харченко Александр Сергеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры кафедры технологий металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3519) 29-84-30. E-mail: as.mgtu@mail.ru
Кашапов Максим Максимович - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.
Тяпкин Сергей Сергеевич - магистрант института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.
Семенюк Михаил Александрович - и.о. зам начальника доменного цеха по технологии ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», Магнитогорск, Россия.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
IDENTIFICATION OF RATIONAL MODES OF DOWNLOADING OF IRON-MATERIAL MATERIALS IN THE KOLOSHNIKOVOE SPACE OF THE OVEN WITH A HIGHER SHARE OF THE WINDOWS
Sibagatullin Salavat Kamillovich -D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia. E-mail: 10skt@mail.ru
Kharchenko Alexander Sergeevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia. E-mail: as.mgtu@mail.ru
Kashapov Maxim Maksimovich - Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia.
Tyapkin Sergey Sergeevich - student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, Russia
Semenyuk Mikhail Alexandrovich - Senior Foreman, Magnitogorsk Iron & Steel Works OJSC. Magnitogorsk, Russia.
Abstracts. On the blast furnace № 2 PJSC "MMMK" estimated the influence of the pellet consumption on the temperature changes of the furnaces of the furnace shaft. It was found that an increase in the share of non-fluxed pellets from 30 to 50% increased the average temperature of the mine coolers by 10-20 ° C. The operation of blastfurnace No. 2 for three months with a share of non-fluxed pellets averaged more than 50% was accompanied by burnout of some marathon coolers and shoulders.
Physical modeling revealed the rational parameters of the loading regimes of the charge components into the furnace top space. As parameters of loading modes, we considered techniques that allow controlling the location ofpellets relative to the lining offurnaces at their share of30-90%: the order of the set of components of iron ore raw materials in the skip and further into the charge bin of the BZU; one-step and two-step filling of the charge bunker.
The rational loading mode for the removal ofpellets from the lining is the two-step filling of the BZU charge hopper. More than 55% of the pellets are loaded from the iron ore part of the charge to the BZU hopper after the agglomerate and additional materials, the first batch is formed from one agglomerate, the second one from 10% pellets and 90% agglomerate. Determination of the direction of movement of the tray from the periphery to the center of the furnace in conjunction with this loading regime ensured a minimum amount ofpellets in the first annular zone located on the periphery.
Keywords: Blastfurnace, non-fluxed pellets, increased the proportion ofpellets, heat loads on the cooling system.
Ссылка на статью:
Выявление рациональных режимов загрузки железорудных материалов в колошниковое пространсво печи при повышенной доле окатышей в шихте / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Кашапов М.М., Тяпкин С.С., Семенюк М.А. // Теория и технология металлургического производства. 2017. №3(22). С. 4-9.
Identification of rational modes of downloading of iron-material materials in the koloshnikovoe space of the oven with a higher share of the windows / Sibagatullin S. K., Kharchenko A. S., Kashapov M. M., Tyapkin S. S., Semenyuk M. A. Teoria i tehnologia metallurgiceskogo proizvodstv. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 22, no. 3, pp. 4-9.
