Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели
Целью работы является изучение влияния параметров отдушин на ход доменной печи с использованием математической модели. Показано, что повышение эффективности доменной плавки за счет совершенствования распределения шихтовых материалов в печи следует вести в направлении поиска рационального распределен...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2009
|
| Назва видання: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63040 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели / И.Г. Товаровский, А.Е. Меркулов, Ф.М. Шутылев, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 24-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-63040 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-630402014-05-30T03:02:07Z Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели Товаровский, И.Г. Меркулов, А.Е. Шутылев, Ф.М. Лебедь, В.В. Производство чугуна Целью работы является изучение влияния параметров отдушин на ход доменной печи с использованием математической модели. Показано, что повышение эффективности доменной плавки за счет совершенствования распределения шихтовых материалов в печи следует вести в направлении поиска рационального распределения рудных нагрузок в кольцевых зонах по радиусу колошника, обращая особое внимание на осевую и периферийную зоны. Метою роботи є вивчення впливу параметрів віддушин на хід доменної печі з використанням математичної моделі. Показано, що підвищення ефективності доменної плавки за рахунок удосконалення розподілу шихтових матеріалів в печі слід вести у напрямі пошуку раціонального розподілу рудних навантажень в кільцевих зонах по радіусу колошника, звертаючи особливу увагу на осьову і периферійну зони. The work purpose is parameters influence studying of outlets on smelting operation course with mathematical model application. It is shown, that efficiency increase of blast furnace smelting by means of burden materials distribution perfection in the blast furnace should be conducted in a direction of rational distribution search of ore loadings in ring zones on tap radius, paying special attention at axial and peripheral zones. 2009 Article Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели / И.Г. Товаровский, А.Е. Меркулов, Ф.М. Шутылев, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 24-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63040 669.162.2: 51.001.57.001.5 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производство чугуна Производство чугуна |
| spellingShingle |
Производство чугуна Производство чугуна Товаровский, И.Г. Меркулов, А.Е. Шутылев, Ф.М. Лебедь, В.В. Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description |
Целью работы является изучение влияния параметров отдушин на ход доменной печи с использованием математической модели. Показано, что повышение эффективности доменной плавки за счет совершенствования распределения шихтовых материалов в печи следует вести в направлении поиска рационального распределения рудных нагрузок в кольцевых зонах по радиусу колошника, обращая особое внимание на осевую и периферийную зоны. |
| format |
Article |
| author |
Товаровский, И.Г. Меркулов, А.Е. Шутылев, Ф.М. Лебедь, В.В. |
| author_facet |
Товаровский, И.Г. Меркулов, А.Е. Шутылев, Ф.М. Лебедь, В.В. |
| author_sort |
Товаровский, И.Г. |
| title |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| title_short |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| title_full |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| title_fullStr |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| title_full_unstemmed |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| title_sort |
исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Производство чугуна |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63040 |
| citation_txt |
Исследование влияния параметров отдушин на ход доменной плавки с помощью многозонной математической модели / И.Г. Товаровский, А.Е. Меркулов, Ф.М. Шутылев, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 24-36. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| work_keys_str_mv |
AT tovarovskijig issledovanievliâniâparametrovotdušinnahoddomennojplavkispomoŝʹûmnogozonnojmatematičeskojmodeli AT merkulovae issledovanievliâniâparametrovotdušinnahoddomennojplavkispomoŝʹûmnogozonnojmatematičeskojmodeli AT šutylevfm issledovanievliâniâparametrovotdušinnahoddomennojplavkispomoŝʹûmnogozonnojmatematičeskojmodeli AT lebedʹvv issledovanievliâniâparametrovotdušinnahoddomennojplavkispomoŝʹûmnogozonnojmatematičeskojmodeli |
| first_indexed |
2025-07-05T13:55:47Z |
| last_indexed |
2025-07-05T13:55:47Z |
| _version_ |
1836815481171869696 |
| fulltext |
24
УДК 669.162.2: 51.001.57.001.5
И.Г.Товаровский, А.Е.Меркулов, Ф.М.Шутылев, В.В.Лебедь
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТДУШИН НА ХОД
ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ С ПОМОЩЬЮ МНОГОЗОННОЙ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Целью работы является изучение влияния параметров отдушин на ход домен-
ной печи с использованием математической модели. Показано, что повышение
эффективности доменной плавки за счет совершенствования распределения ших-
товых материалов в печи следует вести в направлении поиска рационального рас-
пределения рудных нагрузок в кольцевых зонах по радиусу колошника, обращая
особое внимание на осевую и периферийную зоны.
доменная печь, отдушины, ход плавки, математическая модель, распре-
деление рудных нагрузок, эффективность плавки
Постановка задачи. Структура столба шихты в доменной печи фор-
мируется под влиянием параметров загрузки шихты «сверху» и дутьевых
параметров «снизу» и зависит также от профиля печи и взаимодействия с
ним элементов столба. При этом требования к свойствам структуры стол-
ба противоречивы: максимум проницаемости при возможно более равно-
мерном распределении железорудной составляющей для лучшего исполь-
зования газа. На практике при реальных свойствах шихты приходится оп-
ределять приоритеты – максимум производительности или минимум рас-
хода топлива. В первом случае большую часть газа направляют через «от-
душины», во втором стараются сократить «отдушины» для лучшего ис-
пользования газа.
Понятие «осевой отдушины» (загрузка к оси только кокса), введенное
В.И. Гулыгой [1], стало общепризнанным [2,3], однако его последующее
употребление, как и понятия «периферийная отдушина», было не всегда
однозначным, что требует содержательных определений, которые предла-
гаются и используются в настоящей работе:
Отдушины – это целенаправленно образуемые в осевой и периферий-
ных зонах печи кольцевые каналы в столбе шихты с увеличенной газо-
проницаемостью, обеспечивающие устойчивость схода материалов при
заданном распределении рудных нагрузок по радиусу колошника. При
этом осевая отдушина формируется в виде специально образуемого при
загрузке печи осевого столба кокса (иногда заданного сорта) без примеси
железорудной составляющей, входящей составной частью в имеющую
определенную (отличную от 0) рудную нагрузку осевую или осевую и
ближайшие к ней зоны по радиусу колошника, а периферийная отдушина
– это кольцевой пристенный канал повышенной газопроницаемости, об-
разующийся за счет увеличенной порозности движущихся материалов
вследствие естественного градиента скорости слоев у стен, а также целе-
направленно формируемый путем управления рудной нагрузкой и соот-
25
ношением загружаемых материалов разной газопроницаемости в этой об-
ласти.
Методика исследования. Исследования выполнены с помощью разрабо-
танной в ИЧМ математической модели, предназначенной для количественно-
го анализа процессов доменной плавки в кольцевых сечениях по высоте печи
при заданном распределении материалов в равновеликих по площади зонах
по радиусу колошника [4, 5]. Протекание процессов теплопередачи и восста-
новления железа в кольцевых зонах по высоте столба шихты описывается в
модели дискретно системой материально–тепловых балансов в 12 зонах по
вертикали с интервалами температур шихты от начальной до 4000С и далее
через каждые 1000С вплоть до температуры продуктов плавки. Каждая из вер-
тикальных зон характерна своей спецификой протекания процессов тепло– и
массопередачи, а также перехода материалов от твердой фазы к жидкой через
тестообразное состояние. В периферийной кольцевой зоне по всей высоте
столба шихты учитывается потеря теплоты через стенки печи. Равновеликим
по горизонтальной площади колошника кольцевым зонам соответствуют 10
угловых положений лотка бесконусного загрузочного устройства. Загрузка
этих зон отличается друг от друга соотношением компонентов шихты (в пер-
вую очередь кокса и железорудной части), задаваемых программой загрузки и
вычисляемых в модели загрузки, где предусматривается задание распределе-
ния на колошнике каждого отдельного компонента железорудных материалов
и кокса. Это обусловливает разный состав шихты и соответственно различ-
ный состав формируемых шлаков в разных радиальных кольцевых зонах
(РКЗ). В соответствии с этим, температурные границы начала размягчения,
плавления и полного ожижения определяются для каждой РКЗ. Зависимость
температур начала размягчения, плавления и полного ожижения от химиче-
ского состава шихты определяли для каждой РКЗ и рассчитывали по разрабо-
танной в ИЧМ обобщенной модели, являющейся одним из модулей общей
многозонной модели доменной плавки, основанной на прогнозировании этих
температур при помощи интегральных критериев «свертки» химического со-
става с учетом межатомного взаимодействия компонентов шлаковой связки с
последующей корректировкой указанных температур по степени восстанов-
ления материалов и количеству вносимых и циркулирующих в печи щелоч-
ных оксидов (K2O+Na2O). Таким образом, весь объем столба шихты разбит на
10×12=120 условных ячеек, для каждой из которых выполняется расчет зо-
нального материально–теплового баланса, увязанного с общим материально–
тепловым балансом печи.
Изложение основных материалов исследования. Для анализа ис-
пользованы показатели работы ДП–9 ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог»
в один из характерных периодов её работы. При этом в соответствии с
указанной выше методикой фактические показатели скорректированы ис-
ходя из обязательной сходимости балансов железа, шлакообразующих и
газифицированных элементов. Отвечающее заданным параметрам загруз-
ки шихты распределение рудных нагрузок (РН) в радиальных кольцевых
зонах (РКЗ) на колошнике (относительно средней РНср=3,35 т/т) было
следующим:
26
№ РКЗ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
РН 0,58 1,21 0,70 0,70 0,91 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31
Рассмотрены следующие прогнозируемые режимы доменной плавки
(табл.1):
– с осевой отдушиной при относительной величине РН в РКЗ–1 0,4 и
0,2 (варианты Ось0,4 и Ось0,2);
– при разном значении пристенного коэффициента (Пр – зависит от
многих факторов и устанавливается при адаптации модели к реальному
процессу.), являющегося отношением порозности шихты в пристенной
РКЗ–10 к порозности шихты того же состава в других РКЗ, а также разной
РН (нижний индекс) в РКЗ–10 – варианты База (Пр1,2); Пр1,11,31;
Пр1,11,35; Пр1,051,31; Пр1,051,35;
– при разном предполагаемом распределении РН в промежуточной
зоне (РКЗ–2–9) – равномерном (Равн), равномерно–волнообразном с ма-
лой волной (М.В.), равномерно–волнообразном с большой волной (Б.В.), а
также специально подобранном рациональном (Рац). Волнообразное из-
менение рудных нагрузок в РКЗ–2–9 (с малой и большой волной) задается
искусственно для теоретической оценки его влияния на показатели плав-
ки.
Соответствующие распределения РН относительно средней РНср сле-
дующие:
№ РКЗ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 РНср, т/т
БАЗА 0,58 1,21 0,70 0,70 0,91 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31 3,35
Ось0,4 0,40 1,21 0,80 0,80 0,98 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31 3,40
Ось0,2 0,20 1,21 0,95 0,95 1,10 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31 3,39
Пр1,11,31 0,58 1,21 0,70 0,70 0,91 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31 3,40
Пр1,11,35 0,58 1,20 0,70 0,70 0,90 1,19 1,24 1,26 1,28 1,35 3,40
Пр1,051,31 0,58 1,21 0,70 0,70 0,91 1,20 1,25 1,27 1,29 1,31 3,33
Пр1,051,35 0,58 1,20 0,70 0,70 0,90 1,19 1,24 1,26 1,28 1,35 3,35
Равн 0,40 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,31 3,57
М.В. 0,40 1,07 1,09 1,07 1,09 1,07 1,09 1,07 1,09 1,31 3,52
Б.В. 0,40 1,05 1,11 1,05 1,11 1,05 1,11 1,07 1,11 1,31 3,50
Рац 0,40 1 1 1 1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,31 3,54
При уменьшении РН у оси (РКЗ–1) соответствующее увеличение её
для соблюдения общего баланса производили в наименее нагруженных
РКЗ–3–5, а при увеличении РН у периферии (РКЗ–10) соответствующее
уменьшение выполняли в наиболее нагруженных РКЗ–6–9.
В табл.1 приводятся результаты расчета общих показателей для всех
вариантов, а на рис.1–5 иллюстрируются процессы в объёме печи.
27
Таблица 1. Расчетные показатели доменной плавки при различных параметрах отдушин и промежуточной зоны
Осевые отдуш. Периферийные отдушины Промежуточная зона ПОКАЗАТЕЛИ
и характеристики
БАЗА
Ось0,4 Ось0,2 Пр1,1 Пр1,1 Пр1,05 Пр1,05 Равн М. В. Б. В. Рац
Пристенный коэф–т 1,2 1,2 1,2 1,1 1,1 1,05 1,05 1,2 1,2 1,2 1,2
РН относительно Rср: у оси
у стен
0,58
1,31
0,40
1,31
0,20
1,31
0,58
1,31
0,58
1,35
0,58
1,31
0,58
1,35
0,40
1,31
0,40
1,31
0,40
1,31
0,40
1,31
Удельн. произ–сть, т/мЗ сут 1,679 1,714 1,722 1,707 1,706 1,664 1,677 1,814 1,787 1,772 1,791
Расход кусков. топл., кг/т 527,7 520,6 520,9 520,6 520,4 532,0 528,0 494,8 501,8 505,3 499,4
в том числе кокса 476,6 470,1 470,3 470,1 469,9 480,4 476,8 446,8 453,1 456,3 450,9
Тем–ра колошн–го газа, 0С 222 190 177 203 205 235 227 128 140 151 146
Содержание в газе, %: СО 28,10 28,02 28,24 27,88 27,85 28,32 28,15 26,97 27,27 27,39 27,07
СО2 20,32 20,50 20,38 20,58 20,60 20,11 20,28 21,63 21,31 21,17 21,47
Н2 5,82 5,88 5,92 5,85 5,85 5,83 5,83 5,93 5,92 5,91 5,91
Расход сыр. известн., кг/т 44 44 44 44 44 45 45 42 42 43 42
Железо в шихте, % 55,13 55,14 55,14 55,14 55,14 55,13 55,13 55,18 55,17 55,17 55,17
Количество шлака, кг/т 410,6 410,4 410,4 410,4 410,4 410,8 410,7 409,4 409,7 409,8 409,6
Теор. тем–ра горения, 0С 2241 2234 2233 2235 2235 2244 2241 2213 2219 2222 2218
Кол–во сух. кол. газа, мЗ/т 1756 1728 1726 1730 1730 1770 1756 1640 1663 1676 1657
Прямое восст. Fe, % 32,72 33,24 34,11 32,69 32,58 33,12 32,91 32,17 32,51 32,55 32,01
Степень использ. СО+Н2, % 41,92 42,22 41,87 42,42 42,47 41,49 41,83 44,47 43,82 43,55 44,19
Приход теплоты, кДж/кг 4814 4713 4692 4729 4730 4853 4812 4437 4510 4551 4495
Потребн–ть в теплоте, кДж/кг 3875 3884 3906 3871 3869 3887 3880 3845 3857 3860 3845
Теплосодержание кол. газа 687 579 537 621 627 734 704 370 410 446 425
Остаточн. теплота (потери) 252 250 249 237 235 233 228 222 243 244 226
Отношение водяных чисел 0,817 0,824 0,824 0,823 0,823 0,814 0,817 0,844 0,839 0,836 0,840
Для всех вариантов: Тдут=10420С; ПГ=80,8 м3/т; О2=29,74%.
28
База Ось0,4 Ось0,2
Рис.1. Изотермы газа в объёме доменной печи при разном характере осевой отдушины: по вертикали – расстояние от верха печи
(«технологический ноль»), по горизонтали – расстояние от оси, м.
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200 400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
0
5
10
15
20
25
30
0246810
29
База Ось0,4 Ось0,2
Рис.2. Конфигурация и параметры зоны размягчения (черное), плавления (темно-серое) (ЗРП) и полного ожижения (светло-серое)
при разном характере осевой отдушины: по вертикали – расстояние от верха печи («технологический ноль»), по горизонтали – рас-
стояние от оси, м, внизу – толщина ЗРП (от начала размягчения до начала полного ожижения), м.
Числа tр, tп, tж – температуры начала размягчения, плавления и ожижения.
1,81,31,61,61,31,22,9
1023 tр
1005
1025
1006
1001
993
1145 tп
1156
1149
1156
1153
1132
1292 tж
1288
1291
1288
1287
1280
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
2,9 1,8 1,0 1,5 1,5 1,1 2,2
990
998
1002
1027
1005
1026 tр
1132
1148 1154
1148
1160
1136 tп
1279
1285
1287
1290
1289
1295 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП 2,72,01,9 1,9 1,4 1,9 2,8
983
990
995 1030 995
1049 tр
1130 1153
1155 1150
1154
1127 tп
1279
1287
1288
1288
1287
1301 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщин
а ЗРП
30
База Пр1,11,35 Пр1,051,35
Рис.3. Изотермы газа в объёме доменной печи при разном характере периферийной отдушины: по вертикали – расстояние от верха
печи («технологический ноль»), по горизонтали – расстояние от оси, м.
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
200400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
20002200
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
5
10
15
20
25
30
0246810
31
База Пр1,11,35 Пр1,051,35
Рис.4. Конфигурация и параметры зоны размягчения (черное), плавления (темно-серое) (ЗРП) и полного ожижения (светло-серое)
при разном характере периферийной отдушины: по вертикали – расстояние от верха печи («технологический ноль»), по горизонта-
ли – расстояние от оси, м, внизу – толщина ЗРП (от начала размягчения до начала полного ожижения), м.
2,9 1,2 1,3 1,6 1,3 1,8
993
1001
1006
1025
1005
1023 tр
1132
1153
1156
1149
1156
1145 tп
1280
1287
1288
1291
1288
1292 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
2,9 1,1 1,4 1,6 1,5 1,8
998
1001
1005
1027
1004
1024 tр
1137
1153
1154
1151
1153
1146 tп
1281
1287
1287
1291
1287
1292 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
2,6 1,5 1,4 1,7 1,4 1,8
999
1002
1005
1025
1005
1023 tр
1140
1152
1154
1149
1154
1144 tп
1282
1287
1287
1290
1287
1292 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
32
Равномерное Малая волна (М.В.) Рациональное
Рис.5. Изотермы газа в объёме доменной печи при разном характере распределения материалов: по вертикали – расстояние от верха
печи («технологический ноль»), по горизонтали – расстояние от оси, м.
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
0
5
10
15
20
25
30
0246810
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2400
2600
0
5
10
15
20
25
30
0246810
33
Равномерное Малая волна (М.В.) Рациональное
Рис.6. Конфигурация и параметры зоны размягчения (черное), плавления (темно-серое) (ЗРП) и полного ожижения (светло-серое)
при разном характере распределения материалов: по вертикали – расстояние от верха печи («технологический ноль»), по горизонта-
ли – расстояние от оси, м, внизу – толщина ЗРП (от начала размягчения до начала полного ожижения), м
1,6 1,0 1,1 1,1 1,1 2,1
1032
10171017 1017 1017
1028 tр
1131
11561156 1156 1156
1138 tп
1279
128812881288 1288
1295 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
Толщина
ЗРП
2,9 1,5 1,1 1,2 1,2 1,5 2,1
987
10351035 1035 1035
1025 tр
1132 11541154 1154 1154
1139 tп
1280 12881288 1288 1288
1295 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
3,1 2,1 1,1 1,0 1,3
2,0
980
994 1001
1038
1038
1024 tр
1130
1154
1163
1155
1156
1139 tп
1279
1288
1290
1288
1288
1295 tж
5
10
15
20
25
30
0246810
34
Осевую отдушину сформировали при двух вариантах относительной
РН в РКЗ–1: 0,4 и 0,2 и сравнили показатели с базовым вариантом (табли-
ца, рис.1,2). Расчетное распределение температур газа над поверхностью
засыпи (°С) было:
№ РКЗ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
База 329 177 270 274 223 181 166 162 156 322
Ось0,4 394 170 216 218 185 150 156 154 175 289
Ось0,2 570 168 167 168 114 171 163 160 155 262
По мере уменьшения РН у оси температура газов здесь увеличивается
при одновременном уменьшении её у периферии. Характер температур-
ного поля (рис.1) изменяется при этом в направлении смещения прицен-
тральных изотерм в верхние горизонты печи, а промежуточных и припе-
риферийных – в нижние с перемещением критической зоны (с наиболь-
шей высотой) из РКЗ–9 в РКЗ–8 (вар. Ось0,4) и РКЗ–5 (вар. Ось0,2), при-
чем в последнем случае имеет место вырождение верхней ступени тепло-
обмена в РКЗ–5.
Зона размягчения и плавления (ЗРП) в варианте Ось0,4 более благо-
приятна для использования теплоты, т.к. небольшое перемещение ЗРП
вверх и соответствующее сокращение твердофазной зоны наблюдается
только у оси (рис.2), а перемещение вниз и соответствующее увеличение
твердофазной зоны имеет место в остальных ЗРП. В варианте Ось0,2
влияние ЗРП менее благоприятно, т.к. перемещение её вверх у оси более
значительно при увеличении толщины ЗРП от 1,8 (База) до 2,8 м. При
уменьшении температуры у периферии (РКЗ–10) температура в припери-
ферийных зонах и у оси увеличилась. Температурное поле печи (рис. 3)
изменилось в направлении сдвига припериферийных изотерм в нижние
горизонты печи при малозначительном перемещении прицентральных
изотерм вверх. При этом критическая зона (с наибольшей высотой) пере-
мещается из РКЗ–9 в базовом варианте (Пр1,2) в РКЗ–10 в варианте
Пр1,051,35. Производительность печи в варианте Пр1,1 увеличивается от-
носительно базовой, а в варианте Пр1,05 уменьшается. Дальнейшее по-
вышение РН в РКЗ–10 в последнем случае неблагоприятно для процессов
тепло–массообмена. При используемых в базовом периоде шихтовых ма-
териалах, когда Пр=1,2, дальнейшее увеличение РН у периферии вполне
допустимо с сохранением отдушины, однако общая эффективность плав-
ки зависит от характера загрузки других зон – осевой (РКЗ–1) и промежу-
точных (РКЗ–2–9).
Промежуточная зона включает РКЗ–2–9, загруженные основной
массой железорудных материалов, от распределения которых в решаю-
щей мере зависит использование энергии газового потока. Лучшим вари-
антом загрузки является близкое к равномерному распределение РН в
РКЗ–2–9, однако его реализация затруднительна и не всегда целесообраз-
на при существующем качестве сырья. Тем не менее, этот вариант важен
35
для анализа как предельный по технологической эффективности. Резуль-
таты расчета этого варианта и других возможных вариантов распределе-
ния РН в промежуточной зоне, приведены в табл. 1 и на рис.4,5. Значения
температуры газа над поверхностью засыпи следующие (0С):
№ РКЗ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Равн 311 114 114 115 115 115 115 116 116 187
М.В. 317 123 121 124 122 124 122 125 121 232
Б.В. 332 139 128 140 127 140 127 142 129 245
Рац 308 117 117 109 109 138 131 131 131 212
Равномерное распределение РН в РКЗ–2–9 при заданных РН у оси и
периферии приводит к увеличению объёма твердофазной зоны (рис. 4, 5),
что способствует уменьшению температуры колошникового газа, степени
прямого восстановления и тепловых потерь (табл. 1). В результате в вари-
анте Равн достигается наименьший расход кускового топлива, к которому
следует стремиться в данных условиях, и наибольшая производитель-
ность. Колебания РН в смежных РКЗ–2–9 приводят к ухудшению показа-
телей тем больше, чем больше амплитуда колебаний (вар. М.В., Б.В.).
Последнее связано с неблагоприятными для общего использования
энергии газов перетоками газа по высоте столба шихты. При выборе ра-
ционального варианта распределения РН (Рац) исходили из необходимо-
сти приблизиться к вар. Равн при ограниченных исходных данных для та-
кого распределения шихты и несовершенстве качества сырья. Рациональ-
ным оказалось постепенное увеличение РН от оси к периферии. Расчет-
ные показатели варианта Рац оказались близки к Равн. Целесообразность
реализации такого варианта будет уточнена в дальнейшем при установле-
нии реальных параметров распределения газов, расчете соответствующих
им распределений РН и показателей плавки по используемой в настоящей
работе методике.
Заключение. Расчетно–аналитическое исследование процессов до-
менной плавки с помощью многозонной модели позволяет до установки
программы загрузки в системе управления печью предварительно опреде-
лять рациональное распределение рудных нагрузок на колошнике, отве-
чающее наилучшим показателям плавки в данных условиях.
Установлено экстремальное влияние параметров осевой и периферий-
ной отдушин на расход кускового топлива и решающее значение распре-
деления рудных нагрузок в промежуточных зонах на формирование ре-
жимов, отвечающих минимальному расходу топлива. Для приближения к
минимальному расходу топлива в данных условиях необходимо примене-
ние обоснованных расчетами программ загрузки шихты, обеспечивающих
близкое к рациональному распределение рудных нагрузок на колошнике.
36
1. Гулыга В.И. Производительность и профиль современной доменной печи. //
Вестник металлопромышленности, 1925. − №1–2. – С.14–30.
2. Воловик Г.А. Достижения в использовании восстановительной способности
газов и перспективы ее дальнейшего улучшения. // М.: Металлургия, 1986. –
22с.
3. Логинов В.И., Мусиенко К.А., Гончаров А.Д. О размере центральной отдушины
столба шихтовых материалов в доменной печи // Сталь.–№12.–1989.–С.13–17.
4. Товаровский И.Г. Системный анализ показателей доменной плавки / Познание
процессов доменной плавки. Коллективный труд под ред. В.И. Большакова и
И.Г. Товаровского. Днепропетровск: «Пороги», 2006. – С.296–321.
5. Аналитическое исследование влияния зоны размягчения и плавления на про-
цессы и показатели доменной плавки / И.Г. Товаровский, В.И. Большаков,
Д.Н. Тогобицкая и др. // Сталь. – 2008. – № 12. – С. 3−7.
Статья рекомендована к печати:
ответственный редактор
раздела «Доменное производство»
академик НАН Украины В.И.Большаков,
рецензент канд.техн.наук И.Г.Муравьева
І.Г.Товаровський, О.Е.Меркулов, Ф.М.Шутилєв, В.В.Лебідь
Дослідження впливу параметрів віддушин на хід доменної плавки з ви-
користанням багатозонної математичної моделі
Метою роботи є вивчення впливу параметрів віддушин на хід доменної печі з
використанням математичної моделі. Показано, що підвищення ефективності до-
менної плавки за рахунок удосконалення розподілу шихтових матеріалів в печі
слід вести у напрямі пошуку раціонального розподілу рудних навантажень в кіль-
цевих зонах по радіусу колошника, звертаючи особливу увагу на осьову і перифе-
рійну зони.
|