Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи

Проведены статистические исследования процессов накопления и выпуска продуктов плавки. Выполнена аналитическая оценка влияния степени заполнения горна доменной печи на нижний перепад давления, скорость опускания шихты и температуру периферии, а также производительность и расход кокса. Разработан мет...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Металл и литье Украины
Date:	2014
Main Authors:	Петренко, В.А., Ткач, А.А., Ковшов, В.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159654
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи / В.А. Петренко, А.А. Ткач, В.Н. Ковшов // Металл и литье Украины. — 2014. — № 3. — С. 9-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159654
record_format	dspace
spelling	Петренко, В.А. Ткач, А.А. Ковшов, В.Н. 2019-10-10T19:17:43Z 2019-10-10T19:17:43Z 2014 Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи / В.А. Петренко, А.А. Ткач, В.Н. Ковшов // Металл и литье Украины. — 2014. — № 3. — С. 9-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159654 669.162 Проведены статистические исследования процессов накопления и выпуска продуктов плавки. Выполнена аналитическая оценка влияния степени заполнения горна доменной печи на нижний перепад давления, скорость опускания шихты и температуру периферии, а также производительность и расход кокса. Разработан метод физического моделирования нижней зоны доменной печи. Определено влияние уровня расплава на нижний перепад давления и относительную скорость газового потока над фурменными очагами. Даны рекомендации по оптимальным параметрам накопления продуктов плавки. Проведенo статистичні дослідження процесів накопичення і випуску продуктів плавки. Виконано аналітична оцінка впливу ступеню заповнення горна доменної печі на нижній перепад тиску, швидкість опускання шихти і температуру периферії, а також продуктивність і витрати коксу. Розроблено метод фізичного моделювання нижньої зони доменної печі. Визначено вплив рівня розплаву на нижній перепад тиску і відносної швидкості газового потоку над фурменими очатами. Надані рекомендації по оптимальним параметрам накопичення продуктів плавки. The statistical investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes was carried out. The analytical estimation of the influence of the filling degree of a blast-furnace hearth on the lower level of the pressure differential, the speed of lowering of charge and the peripheral temperature and the productivity and consumption of coke as well was done. The method of the physical simulation of the lower section of the blast-furnace was developed. The influence of the melting level on the lower level of the pressure differential and the speed ratio of the gas flow over the combustion zone was defined. The recommendations for the optimal parameters of the casting-product accumulation were given. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи Дослідження впливу процесів накопичення і випуску продуктів плавки на роботу доменної печі The investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes on the blast-furnace operation Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
spellingShingle	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи Петренко, В.А. Ткач, А.А. Ковшов, В.Н.
title_short	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
title_full	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
title_fullStr	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
title_full_unstemmed	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
title_sort	исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи
author	Петренко, В.А. Ткач, А.А. Ковшов, В.Н.
author_facet	Петренко, В.А. Ткач, А.А. Ковшов, В.Н.
publishDate	2014
language	Russian
container_title	Металл и литье Украины
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
format	Article
title_alt	Дослідження впливу процесів накопичення і випуску продуктів плавки на роботу доменної печі The investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes on the blast-furnace operation
description	Проведены статистические исследования процессов накопления и выпуска продуктов плавки. Выполнена аналитическая оценка влияния степени заполнения горна доменной печи на нижний перепад давления, скорость опускания шихты и температуру периферии, а также производительность и расход кокса. Разработан метод физического моделирования нижней зоны доменной печи. Определено влияние уровня расплава на нижний перепад давления и относительную скорость газового потока над фурменными очагами. Даны рекомендации по оптимальным параметрам накопления продуктов плавки. Проведенo статистичні дослідження процесів накопичення і випуску продуктів плавки. Виконано аналітична оцінка впливу ступеню заповнення горна доменної печі на нижній перепад тиску, швидкість опускання шихти і температуру периферії, а також продуктивність і витрати коксу. Розроблено метод фізичного моделювання нижньої зони доменної печі. Визначено вплив рівня розплаву на нижній перепад тиску і відносної швидкості газового потоку над фурменими очатами. Надані рекомендації по оптимальним параметрам накопичення продуктів плавки. The statistical investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes was carried out. The analytical estimation of the influence of the filling degree of a blast-furnace hearth on the lower level of the pressure differential, the speed of lowering of charge and the peripheral temperature and the productivity and consumption of coke as well was done. The method of the physical simulation of the lower section of the blast-furnace was developed. The influence of the melting level on the lower level of the pressure differential and the speed ratio of the gas flow over the combustion zone was defined. The recommendations for the optimal parameters of the casting-product accumulation were given.
issn	2077-1304
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159654
citation_txt	Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи / В.А. Петренко, А.А. Ткач, В.Н. Ковшов // Металл и литье Украины. — 2014. — № 3. — С. 9-15. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT petrenkova issledovanievliâniâprocessovnakopleniâivypuskaproduktovplavkinarabotudomennoipeči AT tkačaa issledovanievliâniâprocessovnakopleniâivypuskaproduktovplavkinarabotudomennoipeči AT kovšovvn issledovanievliâniâprocessovnakopleniâivypuskaproduktovplavkinarabotudomennoipeči AT petrenkova doslídžennâvplivuprocesívnakopičennâívipuskuproduktívplavkinarobotudomennoípečí AT tkačaa doslídžennâvplivuprocesívnakopičennâívipuskuproduktívplavkinarobotudomennoípečí AT kovšovvn doslídžennâvplivuprocesívnakopičennâívipuskuproduktívplavkinarobotudomennoípečí AT petrenkova theinvestigationoftheinfluenceofbothaccumulatingandladlepouringprocessesontheblastfurnaceoperation AT tkačaa theinvestigationoftheinfluenceofbothaccumulatingandladlepouringprocessesontheblastfurnaceoperation AT kovšovvn theinvestigationoftheinfluenceofbothaccumulatingandladlepouringprocessesontheblastfurnaceoperation
first_indexed	2025-11-25T22:13:37Z
last_indexed	2025-11-25T22:13:37Z
_version_	1850557811695550464
fulltext	9МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 графиков выпуска, считая, что невыполнение графи- ка напрямую связано с задержками выпуска, а, сле- довательно, и степенью заполнения горна. Степень же заполнения горна обратно пропорциональна сте- пени выполнения графиков выпуска, значит 100 % заполнения горна соответствует 100 % степени вы- полнения графика выпуска чугуна, а степень выпол- нения графиков выпуска на 90 % соответствует пере- полнению горна на 120 %, как показано в табл 1. Таким образом, процент степени заполнения гор- на жидкими продуктами плавки Vг соотносится со степенью выполнения графиков выпусков ГВ по сле- дующей формуле: Средняя скорость движения шихты в доменной печи рассчитывалась по формуле: где Feп – количеcтво железа в шихте, %; Мп – маса подачи, кг; Вп – вынос пыли, кг/т; Feкп – содержание железа в колошниковой пыли, %; П – производитель- ность печи, т/сут; Feч – содержание железа в чугуне (100 минус содержание добавок), %; Ш – выход шла- ка, кг/т; Feш – содержание железа в шлаке, %. Из формулы (2) можно вывести величину подоб- ную скорости движения шихты – количество подач в сутки Кп, п/сут, и рассчитать ее по среднестатистиче- ским данным: П остановка проблемы. Процессы накопления и выпуска продуктов плавки имеют определяющее влияние на интенсивность хода доменной плав- ки, стабильность нагрева печи. Поэтому, вопро- сы накопления и выпуска продуктов плавки имеют значительную актуальность, что предполагает про- ведение исследований для выяснения механизмов и оптимизации указанных процессов с выдачей техно- логических рекомендаций. Анализ последних исследований и публикаций. Накопление и выпуск жидких продуктов плавки зна- чительно влияют на стабильность работы доменной печи [1]. На доменных печах, как правило, наблюда- ются неконтролируемые изменения нижнего пере- пада давлений. Перед выпуском, при переполнении горна, эта величина обычно возрастает, а затем, по мере выпуска жидких продуктов плавки, снижается. Профессор Жеребин Б. Н. [2] объясняет это явление замедлением схода шихты перед выпуском и повы- шением нагрева горна за счет выгорания кокса, вы- тесненного продуктами плавки из металлоприемника, однако численных подтверждений этому факту нет. Постановка задачи: Необходимо провести ста- тистические исследования процессов накопления и выпуска продуктов плавки; выполнить аналитиче- скую оценку влияния степени заполнения горна до- менной печи на нижний перепад давления, скорости опускания шихты и температуры периферии, а также производительности и расхода кокса; разработать метод физического моделирования нижней зоны до- менной печи и определить влияние уровня расплава на нижний перепад давления и относительную ско- рость газового потока над фурменными очагами. Изложение основного материала исследования. Статистические исследования проводились на ос- нове среднемесячных технико-экономических пока- зателей работы доменной печи полезным объемом 1513 м3 за несколько лет в условиях металлургиче- ского комбината «Запорожсталь». Среднемесячную степень заполнения горна рас- считывали в соответствии со степенью выполнения УДК 669.162 В. А. Петренко, А. А. Ткач, В. Н. Ковшов Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск ПАТ «ЕВРАЗ – ДМЗ им. Петровского», Днепропетровск Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи Проведены статистические исследования процессов накопления и выпуска продуктов плавки. Выполнена аналитическая оценка влияния степени заполнения горна доменной печи на нижний перепад давления, скорость опускания шихты и температуру периферии, а также производительность и расход кокса. Разработан метод физического моделирования нижней зоны доменной печи. Определено влияние уровня расплава на нижний перепад давления и относительную скорость газового потока над фурменными очагами. Даны рекомендации по оптимальным параметрам накопления продуктов плавки. Ключевые слова: накопление, продукты плавки, доменная печь, нижняя зона, уровень расплава, заполнение горна, физическое моделирование Таблица 1 Соотношение заполнения горна и степень вы- полнения графиков выпусков Выполнение графика выпуска, % Степень заполнения горна, Vг, % 100 100 95 110 90 120 Vг = 300 – 2 Гв. (1) КпFeпМп – ВпFeкпП = 1000FeчП – ШFeшП (2) 10 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 Метод физического моделирования нижней зо- ны доменной печи. Для моделирования процессов, протекающих в нижней части, использовали холод- ную модель сектора фурменных зон доменной печи (рис. 4). В этом случае соблюдали геометрическое и газодинамическое подобие доменной печи и мо- дели, определяемые идентичность чисел Рейнольд- са ≈ idem, Эйлера Eu ≈ idem, Фруда Fr ≈ idem, а также симплексами плотности газа и шихты (кокса) rк / rг ≈ idem [3], где ρг , rк – плотности соответственно газа и кокса, кг/м3. Равенство критериев Рейнольдса в доменной пе- чи и в модели соблюсти невозможно, так как скорость газового потока в модели должна возрасти в 15 раз, при которой шихта будет вынесена из модели пото- ком газа, поэтому необходимо работать в автомо- дельной области [3]. В смену доменная печь принимает в среднем при- мерно 66-70 подач. Используя все эти данные, был построен график влияния степени заполнения горна на нижний пере- пад давления (рис.1). Из графика видно, что с уве- личением степени заполнения горна примерно на 10 %, нижний перепад давления растет примерно на 0,1 атм. Полученной зависимости можно верить, по- скольку коэффициент парной корреляции 0,31 боль- ше, чем его критическое значение 0,212 при доста- точном показателе надежности: При переполнении горна на 11-12 %, как показано на рис. 2-3, скорость опускания шихты практически не замедляется, а температура периферии не рас- тет вопреки высказыванию проф. Жеребина Б. Н. [2]. Кроме того, производительность в этих пределах пе- реполнения горна существенно не падает, а расход кокса не растет, как показано на рис. 3, что объясня- ется, по-видимому, небольшой степенью переполне- ния горна жидкими продуктами плавки. Таким образом, можно констатировать: во-пер- вых, что переполнение горна доменной печи на 11-12 % можно допускать, поскольку оно незначи- тельно влияет на ход доменной плавки; во-вторых, необходимо дальнейшее исследование влияния переполнения горна более, чем на 12 %, с целью определения и минимизации факторов, влияющих на этот процесс. Поскольку эти процессы на доменной печи про- следить затруднительно, так как не всегда имеется возможность выполнить исследовательские реко- мендации из-за плановых работ, то исследование бу- дет проведено на физических моделях. Влияние степени заполнения горна Vг на нижний перепад давления dРн Изменение производительности и расхода кокса в зависимости от степени заполнения горна до 111 % Влияние степени заполнения горна на скорость опускания шихты и температуру периферии Рис. 1. Рис. 3. Рис. 2. КП = (1000Feч – ШFeш + ВпFeкп) П / FeпМп = = (1000 (100 – 5,473) – 449,64 · 0,145 + 63,04 · 35) × × 2533,2 / 55,7 · 21726 = 202,4. (3) h = r (n – 1)0,5 / (1 – r2)0,5 = = 0,31 · (70 – 1)0,5 / (1 – 0,312)0,5 = 2,7 y = 0,0038x2 - 0,6812x + 31,699 R = 0,31, Rkp = 0,212 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 102 104 106 108 110 112 Заполнение горна, Vr , % Н иж ни й пе ре па д да вл ен ий , d P, a t y = -1,5258x2 + 286,24x - 13224 R= 0,184 y = 0,2202x2 - 46,489x + 3073,4 R = 0,03 100 200 300 400 500 600 700 800 101 103 105 107 109 111 Степень заполнения горна, Vr, % ск ор ос ть ш их ты , п /с ут Т -р а пе ри ф .,о С y = -3,2182x2 + 687,86x - 34205 R = 0,27 y = 0,2372x2 - 51,177x + 3256,3 R = 0,29 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 100 102 104 106 108 110 112 Степень заполнения горна, Vг, % Ра сх .к ок са , к г/т П ро из во дс тв о, т /с ут Н иж ни й пе ре па д да вл ен ия , а тм С ко ро ст ь ш их ты , п /с ут Р ас хо д ко кс а, к г/т П ро из во дс тв о, т /с ут Те м пе ра ту ра пе ре ф ер ии , ° C Заполнение горна, Vr, % Степень заполнение горна, Vr, % Степень заполнение горна, Vr, % 1,05 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 11МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 vcт (х6) – степень заполнения горна, 0,5-1,2. Измене- ние размеров зон циркуляции в зависимости от ду- тьевого режима определяли при помощи расчетов и контролировали визуально при помощи линейки. В качестве параметра оптимизации был принят перепад статического давления ΔР в слое кокса при различной степени заполнения горна жидкими про- дуктами плавки. Для комплексного изучения влияния уровня рас- плава на нижний перепад давления замеряли скорость газового потока в слое кокса по радиусу на горизонте середины заплечиков, расположенном выше горизон- та фурм. Трубка Прандтля не подходит для замера скорости газа в сыпучих средах, так как она состоит из двух трубок одна в другой, ее толщина не соответству- ет параметрам сыпучего слоя и не должна превышать минимальный размер элементов сыпучего слоя. По- этому, для замера локальных скоростей газа в сыпучем слое впервые применялась методика, основанная на замере статического (горизонтальная трубка Пито) и полного (вертикальная трубка) напора в каждой точке выбранного горизонтального сечения стенда. Полное давление движущегося газа Рпол. пред- ставляет собой: где Рст. – статическое давление, Рдин. – динамическое, Ргеом. – геометрическое. Поскольку геометрическое давление зависит от положения плоскости измерения и по абсолютной величине очень мало, то им можно пренебречь [4]. Поэтому динамическое давление (Рдин. = rг. · Vг. 2 / 2) из равенства (4) получаем так: где V г. – скорость газа, rг. – удельная масса газа. Динамическое давление пересчитывается на ло- кальную скорость газа: Для того, чтобы избежать автомодельной области и расширить рамки факторного пространства, газо- динамические параметры моделировались при по- мощи критерия Лагранжа La = Re · Eu = d / mV, где ΔP – нижний перепад давления, Па; V – скорость газового потока, м/с; d – диаметр шихты (кокса), м; m – динамическая вязкость газа, Па·с. Численный расчет критериев моделирования пока- зал, что для доменной печи и физической модели кри- терии Лагранжа имеют значения близкие друг к другу, что свидетельствует о соблюдении подобия доменной печи и экспериментального стенда (физической мо- дели), на котором можно проводить исследования и результаты будут подобны выбранной доменной печи. Методика исследования на стенде. В газодина- мический стенд (физическую модель) загружали кокс фракции 6-8 и 10-12 мм в соответствии с планом экс- перимента, как показано в табл. 2. Минус единице соответствовало минимальное значение фактора, плюс единице – его максимум. В эксперименте использовали два варианта сте- пени заполнения горна стенда: ниже фурменных оча- гов (0,50-0,95) и выше фурменных очагов (1,0-1,2). Для того, чтобы исключить влияние фильтрации жид- кости через коксовую насадку, жидкость подавали в нижнюю часть стенда. Расход воздуха определяли по перепаду давления на изме рительной шайбе 3 (рис. 4), который пересчитывали на метры кубиче- ские в секунду согласно рис. 5. Априорно приняли шесть факторов, связанных с накоплением жидких продуктов плавки и существенно влияющих на газодинамику нижней зоны доменной печи: n (x1) – количество воздушных фурм, 1-2 шт; h (х2) – вязкость жидкости, 1,0-6,7 г/(см·с); e (х3) – по- розность шихты, 0,43-0,60 м3/м3; dk (х4) – фракция кок- са, 6-8 и 10-12 мм; вф (х5) – высов фурмы, 0-20 мм; Схема секторной модели нижней части доменной печи полезным объемом 1033 м3 в 1/15 натуральной вели- чины – 1; 2 – вентилятор; 3 – расходомер, подключенный к U-образному манометру; 4 –регулировочный кран; 5, 8 – U-образные манометры; 6 – трубка Пито для замера ста- тического напора в точках модели; 7 – трубка Пито для за- мера полного напора в тех же точках График расхода воздуха на стенд, переведенный со значений перепада давления на манометре Рис. 4. Рис. 5. 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0,02 0,04 0,06 Количество дутья, Q, м3/с П ер еп ад д ав ле ни й, d P , м м во д. с т. Рпол. = Рст. + Рдин. + Ргеом., (4) Рдин. = rг.·Vг. 2 / 2 = Рпол. – Рст., (5) Количество дутья, Q, м3/с П ер еп ад д ав ле ни я, d P м м в од . с т. Vг. = (2 (Рпол. – Рст.) / r)0,5. (6) 12 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 Для проверки правильности значений локальной скорости газа ее выборочно замеряли термоанемо- метром [5]. Результаты исследования на физической моде- ли. Для выявления факторов, действующих и незна- чительно влияющих на процесс, выполнена ранжи- ровка по степени влияния на потери на пора и отсев незначимых. Была применена матрица отсевочного эксперимента при планировании опытов (табл. 2). Степень влияния каждого из факторов на перепад давления в слое шихты рассчитывали по формуле где n – количество опытов; хi – кодированное значе- ние факторов n, dk, h, ε, vcт (-1, +1); уj – параметр оп- тимизации, в данном случае ΔР. Абсолютные величины коэффициентов регрес- сии (табл. 3) дают качественные зависимости потерь давления от факторов, указывают на вклад каждого фактора в параметр оптимизации (степень влияния фактора), а знаки плюс и минус – в какую сторону меняется параметр оптимизации (увеличивается или уменьшается). Имея коэффициенты регрессии, можно получить уравнение регрессии процесса, описывающее влияние выбранных факторов на нижний перепад давления: На рис. 6 показано изменение потерь давления при заполнении горна жидкими продуктами плавки в зависимости от каждого фактора. Из графика видно, что не все факторы влияют на параметр оптимиза- ции. Поэтому, используя коэффициенты регрессии, построим ранжировочную кривую, где факторы рас- положим по порядку, ориентируясь на абсолютное значение коэффициентов регрессии, и, отсечем не- значимые факторы, абсолютные величины которых выходят за рамки ошибки эксперимента. Ошибку экс- перимента рассчитывали по повторным эксперимен- там (абсолютная величина ошибки равна 5 %) Тогда ошибка коэффициентов регрессии равна следующему значению: а доверительный интервал для коэффициентов ре- грессии равен где Sоп – ошибка опыта; Sbi – ошибка коэффициентов ре- грессии; n – количество опытов в матрице табл. 2; Δbi – доверительный интервал коэффициентов регрессии. Из рис. 7 видно, что отсеиваются факторы х4 – размер фракций кокса в горне, х2 – вязкость жидкости и х5 – высов фурмы. Значительно влияют на нижний перепад давле- ния, при уровне жидкости в горне выше зон горения, Таблица 2 Матрица отсевочного эксперимента Факторы ΔР, Па х1 х2 х3 х4 х5 х6 у -1 -1 -1 -1 -1 1 90,6 1 1 1 1 -1 1 91,4 1 1 -1 -1 1 -1 59,2 1 -1 1 -1 -1 -1 47,2 1 -1 -1 1 1 1 98,2 -1 1 1 -1 1 1 78,0 -1 1 -1 1 -1 -1 37,4 -1 -1 1 1 1 -1 33,8 Σ 535,8 b0 = Σ/8 66,975 bi = ,/∑ n i iij nyx [4], Таблица 3 Расчет коэффициентов регрессии ΔР Коэффициенты регрессии факторов у b1 b2 b3 b4 b5 b6 90,6 -90,6 -90,6 -90,6 -90,6 -90,6 90,6 91,4 91,4 91,4 91,4 91,4 -91,4 91,4 59,2 59,2 59,2 -59,2 -59,2 59,2 -59,2 47,2 47,2 -47,2 47,2 -47,2 -47,2 -47,2 98,2 98,2 -98,2 -98,2 98,2 98,2 98,2 78,0 -78,0 78,0 78,0 -78,0 78,0 78,0 37,4 -37,4 37,4 -37,4 37,4 -37,4 -37,4 33,8 -33,8 -33,8 33,8 33,8 33,8 -33,8 535,8 56,2 -3,8 -35,0 -14,2 2,6 180,6 66,975 7,025 -0,475 -4,375 -1,775 0,325 22,575 y = 66,975 + 7,025 x1 – 0,475 x2 – – 4,375 x3 – 1,775 x4 + 0,325 x5 + 22,575 x6 (7) Sоп = 66,975 · 5 / 100 = 3,35. (8) Δbi = ± Sbi tтабл = 1,2 · 2,306 = 2,77, (10) Sbi = Sоп / n = 3,35 / 8 = 1,2, (9) Влияние факторов на нижний перепад давления: 1 – количество воздушных фурм; 3 – порозность кокса в горне; 6 – степень заполнения горна Рис. 6. 1 40 -1,5 1,5-1,0 1,0-0,5 0,50 50 60 70 80 90 100 3 6 Д ав ле ни е га за , П а Уровень факторов 13МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 следующие факторы: х1 – количество фурм и х3 – по- розность кокса в горне, х6 – степень заполнения горна. Увеличение количества фурм на доменной печи увеличивает перекрытие площади горна фурменны- ми очагами. Поэтому, при чрезмерном заполнении горна жидкими продуктами плавки, уменьшается объем свободного пространства для движения га- зов и жидкости, из-за чего нижний перепад давления растет. Поскольку количество фурм на доменной пе- чи постоянное, этот фактор можно не учитывать, из- учая процесс заполнения горна жидкими продуктами плавки. Но в качестве рекомендации при строитель- стве новых доменных печей желательно не увеличи- вать количество фурм выше статистически расчетно- го количества. Увеличение порозности кокса в горне влияет на рост величины свободного пространства для запол- нения жидкими продуктами плавки, остается больше места для прохода газа, и как следствие нижний пе- репад давления уменьшается. Это свидетельствует о том, что кокс хорошего качества не измельчается, и мелочь не забивает пространство между кусками – порозность увеличивается. При коксе хорошего каче- ства заполнение горна жидкими продуктами плавки увеличивается без роста нижнего перепада давле- ния. И наоборот, кокс низкого качества не позволяет нормально заполнять горн из-за низкой порозности и вследствие этого увеличения нижнего перепада дав- ления газового потока. Выполненные исследования показали, что самым действующим фактором из перечисленных выше, яв- ляется заполнение и переполнение горна жидкими продуктами плавки. Нижний перепад давления очень чувст вителен к полноте горна. Иссле довательский стенд был изготовлен из органического стекла и по- зволял наблюдать процесс заполнения кокса жидко- стью. Одновременно с заполнением измеряли нижний перепад давления. Характерная зависимость пере- пада давления от степени заполнения горна жидкими про дуктами плавки приведена на рис. 8. Горизон тальный участок кривой свидетельству- ет о том, что при нормальных условиях накопление продуктов плавки до фурм не вно сит существенных изменений на величину перепада давлений. Но как только горн заполнится на уровень выше 90-100 %, перепад давлений начинает резко расти, дальнейшее повышение уровня жидкости приводит к значитель- ному рос ту нижнего перепада давлений, описывае- мой кубической кривой: что свидетельствует о катастрофическом повышении перепада давления, а на доменной печи приводит к резкому ухудшению ровности хода доменной плавки. В это время наблюдается (на стенде) отдув жидко- сти от фурм в центр и иска жение «зеркала» жидкости, что подтверждает результаты эксперимен тов, выпол- ненных на действующих доменных печах [6]. Причина повышения нижнего перепада в период накопления жидких продуктов плавки нам представ- ляется следующим образом. После очеред ного выпу- ска жидкие продукты плавки, протекая через коксо- вую насад ку, накапливаются в горне доменной печи. Уровень их непрерывно повы шается и происходит подпор жидкостью струй газового потока, истекаю- щего из фурм. Наблюдается отдув жидкости струей газа в среднюю часть горна, уменьшается объем про- странства протекания газа, за счет чего увеличивается скорость газа на периферии, что и способствует повы- шению нижнего перепада давления. К аналогичным вы водам пришли авторы работы [7], проведенной на действующей доменной печи. Для подтверждения наших предположений нами были проведены замеры скоростей газового потока по радиусу при заполнении горна до уровня фурм (1,0 объем жидкости) и выше уровня фурм (1,25 объ- ема жидкости). Уровень замера скоростей газового Зависимость нижнего перепада давления газового потока от степени заполнения горна жидкими продуктами плавки: 1 – эмпирическая; 2 – аппроксимирована уравнением Ранжировочная кривая факторов, влияющих на потери давления в нижней части стенда. Номера на оси абсцисс: 1 – х6 (степень заполнения горна), 2 – х1 (количе- ство фурм), 3 – х3 (порозность кокса в горне), 4 – х4 (размер фракции кокса), 5 – х2 (вязкость жидкости), 6 – х5 (высов фурмы), горизонтальная прямая – доверительный интер- вал, равный 2,73 средней величины коэффициентов ре- грессии Рис. 8. Рис. 7. y = 1,6692x3 - 16,873x2 + 50,005x + 18,714 0 50 100 150 200 250 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 Объём заполнения горна, vct, ед. Н иж ни й пе ре па д да вл ен ий га зо во го п от ок а, d P , П а ΔРн = 18,7 + 50 vcт – 16,87 vcт 2 + 1,67 vcт 3, (11) 0 1 2 3 4 5 6 7 Номер коэффициента регрессии Ко эф ф иц ие нт р ег ре сс ии , b i 0 5 10 35 30 25 20 15 Объем заполнения горна, vct, ед. Н иж ни й пе ре па д да вл ен ия га зо во го п от ок а, d P , П а 1 2 14 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 потока по радиусу был установлен в середине высо- ты заплечиков с таким расчетом, чтобы жидкость, вы- тесненная газом в центр стенда, не касалась датчиков, замеряющих скорость газа по радиусу. С повышением уровня жидкости увеличивает- ся скорость газового потока в пери ферийной зоне (рис. 9, кривая 1) по сравнению с нормальным запол- нением (кривая 2). На рис. 9 представлены кривые изменения скоро- стей газового потока при разном заполнении горна жидкостью, из которых видно, что при переполнении горна расплавом скорость газового потока в перифе- рийной зоне (кривая 1) выше, чем в случае, когда в горне мало расплава, например, после выпуска (кри- вая 2). Средняя скорость газовых потоков по радиусу увеличивается примерно на 5 %, а поскольку потери давления пропорциональны квадрату скорости, то нижний перепад увеличивается примерно на 40 %, что подтверждается результатами, приведенными на рис. 8. С дальнейшим переполнением горна нижний перепад давления возрастает в еще боль- шей степени. Вывод Обоснована необходимость моделировать про- цесс накопления жидких продуктов плавки в горне доменной печи на физической модели. Применены и обоснованы необходимые критерии для моделирования взаимодействия процессов на- копления жидких продуктов плавки и газового потока. Выполненные исследования показали, что самым сильным действующим фактором из перечисленных выше является переполнение горна жидкими про- дуктами плавки. Получена математическая модель зависимости нижнего перепада давлений от степени заполнения горна. Проведены замеры скорости газового потока по радиусу при заполнении горна до уровня фурм и вы- ше. Показано, что при переполнении горна расплавом до 1,2 объема, скорость газового потока в перифе- рийной зоне возрастает на 5 %, увеличивая нижний перепад давления до 40 %. Расход газа по равновеликим сечениям горна пе- рераспределяется по радиусу нижней части печи не- равномерно и в за висимости от повышения уровня расплава увеличивается в периферийном и среднем участке радиуса, с небольшим уменьшением в центре. Для обеспечения равномерного и постоянного га- зораспределения по сечению ниж ней части печи не- обходимо в период накопления расплава не допускать повышения уровня расплава более 100-110 % объ ема горна, организуя контроль уровня расплава путем установки на доменных печах устройств, регистрирую- щих положение расплава по высоте горна. 1. Федулов Ю. В. Производство чугуна. Свердловск: УПИ, 1980, Вып. 6. – С. 84-97. 2. Жеребин Б. Н. Практика ведения доменной печи. М.: «Металлургия», 1980. – 248 с. 3. Ковшов В. Н., Петренко В. А., Верещак В. И. Моделирование доменного процесса. – Днепропетровск: Институт тех- нологии, 1997. – 109 с. 4. Ковшов В. Н. Постановка инженерного эксперимента. – Киев-Донецк: Высшая школа. Главное изд-во, 1982. – 120 с. 5. Леончик Б. И., Маякин В. П. Измерения в дисперсных потоках. – М.: Энергия, 1971. – 248 с. 6. Гуденау Г. В., Крайбих К., Номия Ё. – Черные металлы, 1980, № 9. – С. 21-26. 7. Сакамото Йосиясу, Кобаяси Сумио. Японская заявка, кл. 10А52 (С21В7/24) № 52-14406. РЖ «Металлургия», 1978, № 7, 7В286. ЛИТЕРАТУРА Проведенo статистичні дослідження процесів накопичення і випуску продуктів плавки. Виконано аналітична оцінка впливу ступеню заповнення горна доменної печі на нижній перепад тиску, швидкість опускання шихти і температуру периферії, а також продуктивність і витрати коксу. Розроблено метод фізичного моделювання нижньої зони доменної печі. Визначено вплив рівня розплаву на нижній перепад тиску і відносної швидкості газового потоку над фурменими очатами. Надані рекомендації по оптимальним параметрам накопичення продуктів плавки. Петренко В. О., Ткач О. О., Ковшов В. М. Дослідження впливу процесів накопичення і випуску продуктів плавки на роботу доменної печі Анотація 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Радиус стенда, R, доли ед. Л ок ал ьн ая с ко ро ст ь га за , V r, м /с Изменение скоростей газового потока над фурмен- ными очагами при заполнении горна жидкостью до уровня фурм – 2 и выше уровня фурм – 1 Рис. 9. Радиус стенда, R, доли ед. Ло ка ль на я ск ор ос ть га за , V r, м /с 1 2 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 15МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (250) ’2014 Ключові слова накопичення, продукти плавки, доменна піч, нижня зона, рівень розплаву, заповнення горна, фізичне моделювання Petrenko V. A., Tkach A. A., Kovshov V. N. The investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes on the blast-furnace operation Summary The statistical investigation of the influence of both accumulating and ladle pouring processes was carried out. The analytical estimation of the influence of the filling degree of a blast-furnace hearth on the lower level of the pressure differential, the speed of lowering of charge and the peripheral temperature and the productivity and consumption of coke as well was done. The method of the physical simulation of the lower section of the blast-furnace was developed. The influence of the melting level on the lower level of the pressure differential and the speed ratio of the gas flow over the combustion zone was defined. The recommendations for the optimal parameters of the casting-product accumulation were given. accumulation, casting products, blast-furnace, lower section, melting level, filling of a blast- furnace hearth, physical simulationKeywords Поступила 02.03.14 Оформление рукописи для опубликования в журнале "Металл и литьё Украины": Материалы для публикации необходимо подавать в формате, поддерживаемом Microsoft Word, размер бумаги А4, книжная ориентация, шрифт Arial – размер 10, междустрочный интервал – 1,5. Объем статьи – не более 10 стр., рисунков – не более 5. Рукопись должна содержать: – УДК; – фамилии и инициалы всех авторов (на русском, украинском и английском языках); – название статьи ( на русском, украинском и английском языках); – название учреждения(й), в котором(ых) работает(ют) автор(ы); – аннотации на русском, украинском и английском языках; – ключевые слова (не менее шести) – на русском, украинском и английском языках; – предлагаемая структура текста (Arial 10, прямой) экспериментальной статьи: «Введение», «Материалы и методы», «Результаты и обсуждение», «Выводы». – таблицы должны иметь порядковый номер (Arial 10, курсив) и заголовок (Arial 10, п/ж), текст в таблице (Arial 9, прямой), примечания к таблицам размещаются непосредственно под таблицей (Arial 8, курсивом). – формулы (Arial 11, русские символы – прямым, английские – курсивом, греческие – Symbol 12, прямым) должны иметь порядковый номер (Arial 10, прямой); – рисунки, схемы, диаграммы и другие графические материалы должны быть черно- белыми, четкими, контрастными, обязательно иметь номер и подрисуночную подпись (Arial 9, прямой); все громоздкие надписи на рисунке следует заменять цифровыми или буквенными обозначениями, объяснение которых необходимо выносить в подрисуночную подпись; – список литературы (Arial 9); – ссылки нумеруются в порядке их упоминания в тексте, где они обозначаются порядковой цифрой в квадратных скобках (например - [1]).

Исследование влияния процессов накопления и выпуска продуктов плавки на работу доменной печи

Institution

Similar Items