Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины
Целью работы является развитие моделей прогнозирования свойств конечных доменных шлаков при использовании различных добавок для оперативной оценки шлакового режима и выработки обоснованных управляющих рекомендаций в современных условиях работы доменных печей Украины. Предложен двухэтапный подход к р...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Datum: | 2018 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160017 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины / Д.Н. Тогобицкая, А.И. Белькова, Д.А. Степаненко, Н.А. Цюпа, Ю.М. Лихачев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 118-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160017 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Тогобицкая, Д.Н. Белькова, А.И. Степаненко, Д.А. Цюпа, Н.А. Лихачев, Ю.М. 2019-10-20T16:12:30Z 2019-10-20T16:12:30Z 2018 Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины / Д.Н. Тогобицкая, А.И. Белькова, Д.А. Степаненко, Н.А. Цюпа, Ю.М. Лихачев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 118-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 2522-9117 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160017 669.162.2:669.162.275.2.004.12(477) Целью работы является развитие моделей прогнозирования свойств конечных доменных шлаков при использовании различных добавок для оперативной оценки шлакового режима и выработки обоснованных управляющих рекомендаций в современных условиях работы доменных печей Украины. Предложен двухэтапный подход к расчету свойств доменного шлака: по модели «гомогенного» расплава и с учетом его гетерогенности. Развита прогнозная модель для расчета вязкости «гомогенного» шлака путем включения в структуру модели интегрального показателя шлакового расплава параметра Δe, учитывающего в комплексе индивидуальный характер влияния на вязкость каждого компонента состава шлака. Метою роботи є розвиток моделей прогнозування властивостей кінцевих доменних шлаків для оперативної оцінки шлакового режиму і вироблення обґрунтованих керуючих рекомендацій при використанні різних добавок в сучасних умовах роботи доменних печей України.. Запропоновано двоетапний підхід до розрахунку властивостей доменного шлаку: за моделлю «гомогенного» розплаву і з урахуванням його гетерогенності. Розвинено прогнозну модель для розрахунку в'язкості «гомогенного» шлаку шляхом включення в структуру моделі інтегрального показника шлакового розплаву параметра Δe, що враховує в комплексі індивідуальний характер впливу на в'язкість кожного компонента складу шлаку. The aim of the work is the development of models for predicting the properties of final blast-furnace slags for the rapid assessment of the slag regime and the development of sound management recommendations when using various additives in the operating conditions of blast furnaces in Ukraine. A two-stage approach to calculating the properties of blast-fu nace slag is p opose : acco ing to the mo el of a “homogeneous” melt and taking into account its heterogeneity. A predictive model has been developed for calculating the viscosity of a «homogeneous» slag by including the integral parameter of the slag melt parameter Δe in the model strucrure, which takes into account the individual effect on the viscosity of each component of the slag composition. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Производство чугуна Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины Прогнозування властивостей доменних шлаків в сучасних умовах роботи доменних печей України Prediction of the properties of blast furnace slag in modern conditions of blast furnaces of Ukraine Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины |
| spellingShingle |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины Тогобицкая, Д.Н. Белькова, А.И. Степаненко, Д.А. Цюпа, Н.А. Лихачев, Ю.М. Производство чугуна |
| title_short |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины |
| title_full |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины |
| title_fullStr |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины |
| title_full_unstemmed |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины |
| title_sort |
прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей украины |
| author |
Тогобицкая, Д.Н. Белькова, А.И. Степаненко, Д.А. Цюпа, Н.А. Лихачев, Ю.М. |
| author_facet |
Тогобицкая, Д.Н. Белькова, А.И. Степаненко, Д.А. Цюпа, Н.А. Лихачев, Ю.М. |
| topic |
Производство чугуна |
| topic_facet |
Производство чугуна |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Прогнозування властивостей доменних шлаків в сучасних умовах роботи доменних печей України Prediction of the properties of blast furnace slag in modern conditions of blast furnaces of Ukraine |
| description |
Целью работы является развитие моделей прогнозирования свойств конечных доменных шлаков при использовании различных добавок для оперативной оценки шлакового режима и выработки обоснованных управляющих рекомендаций в современных условиях работы доменных печей Украины. Предложен двухэтапный подход к расчету свойств доменного шлака: по модели «гомогенного» расплава и с учетом его гетерогенности. Развита прогнозная модель для расчета вязкости «гомогенного» шлака путем включения в структуру модели интегрального показателя шлакового расплава параметра Δe, учитывающего в комплексе индивидуальный характер влияния на вязкость каждого компонента состава шлака.
Метою роботи є розвиток моделей прогнозування властивостей кінцевих доменних шлаків для оперативної оцінки шлакового режиму і вироблення обґрунтованих керуючих рекомендацій при використанні різних добавок в сучасних умовах роботи доменних печей України.. Запропоновано двоетапний підхід до розрахунку властивостей доменного шлаку: за моделлю «гомогенного» розплаву і з урахуванням його гетерогенності. Розвинено прогнозну модель для розрахунку в'язкості «гомогенного» шлаку шляхом включення в структуру моделі інтегрального показника шлакового розплаву параметра Δe, що враховує в комплексі індивідуальний характер впливу на в'язкість кожного компонента складу шлаку.
The aim of the work is the development of models for predicting the properties of final blast-furnace slags for the rapid assessment of the slag regime and the development of sound management recommendations when using various additives in the operating conditions of blast furnaces in Ukraine. A two-stage approach to calculating the properties of blast-fu nace slag is p opose : acco ing to the mo el of a “homogeneous” melt and taking into account its heterogeneity. A predictive model has been developed for calculating the viscosity of a «homogeneous» slag by including the integral parameter of the slag melt parameter Δe in the model strucrure, which takes into account the individual effect on the viscosity of each component of the slag composition.
|
| issn |
2522-9117 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160017 |
| citation_txt |
Прогнозирование свойств доменных шлаков в современных условиях работы доменных печей Украины / Д.Н. Тогобицкая, А.И. Белькова, Д.А. Степаненко, Н.А. Цюпа, Ю.М. Лихачев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпро.: ІЧМ НАН України, 2018. — Вип. 32. — С. 118-136. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT togobickaâdn prognozirovaniesvoistvdomennyhšlakovvsovremennyhusloviâhrabotydomennyhpečeiukrainy AT belʹkovaai prognozirovaniesvoistvdomennyhšlakovvsovremennyhusloviâhrabotydomennyhpečeiukrainy AT stepanenkoda prognozirovaniesvoistvdomennyhšlakovvsovremennyhusloviâhrabotydomennyhpečeiukrainy AT cûpana prognozirovaniesvoistvdomennyhšlakovvsovremennyhusloviâhrabotydomennyhpečeiukrainy AT lihačevûm prognozirovaniesvoistvdomennyhšlakovvsovremennyhusloviâhrabotydomennyhpečeiukrainy AT togobickaâdn prognozuvannâvlastivosteidomennihšlakívvsučasnihumovahrobotidomennihpečeiukraíni AT belʹkovaai prognozuvannâvlastivosteidomennihšlakívvsučasnihumovahrobotidomennihpečeiukraíni AT stepanenkoda prognozuvannâvlastivosteidomennihšlakívvsučasnihumovahrobotidomennihpečeiukraíni AT cûpana prognozuvannâvlastivosteidomennihšlakívvsučasnihumovahrobotidomennihpečeiukraíni AT lihačevûm prognozuvannâvlastivosteidomennihšlakívvsučasnihumovahrobotidomennihpečeiukraíni AT togobickaâdn predictionofthepropertiesofblastfurnaceslaginmodernconditionsofblastfurnacesofukraine AT belʹkovaai predictionofthepropertiesofblastfurnaceslaginmodernconditionsofblastfurnacesofukraine AT stepanenkoda predictionofthepropertiesofblastfurnaceslaginmodernconditionsofblastfurnacesofukraine AT cûpana predictionofthepropertiesofblastfurnaceslaginmodernconditionsofblastfurnacesofukraine AT lihačevûm predictionofthepropertiesofblastfurnaceslaginmodernconditionsofblastfurnacesofukraine |
| first_indexed |
2025-11-27T05:57:54Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:57:54Z |
| _version_ |
1850803602312921088 |
| fulltext |
118
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
УДК 669.162.2:669.162.275.2.004.12(477)
Д. Н. Тогобицкая, А. И. Белькова, Д. А. Степаненко, Н. А. Цюпа,
Ю. М. Лихачев
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ В
СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ УКРАИНЫ
Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН УКраины
Целью работы является развитие моделей прогнозирования свойств конечных
доменных шлаков при использовании различных добавок для оперативной оценки
шлакового режима и выработки обоснованных управляющих рекомендаций в
современных условиях работы доменных печей Украины. Предложен
двухэтапный подход к расчету свойств доменного шлака: по модели
«гомогенного» расплава и с учетом его гетерогенности. Развита прогнозная
модель для расчета вязкости «гомогенного» шлака путем включения в структуру
модели интегрального показателя шлакового расплава параметра e,
учитывающего в комплексе индивидуальный характер влияния на вязкость
каждого компонента состава шлака. На текущих производственных данных
химического состава конечного шлака показано влияние содержания магнезии,
щелочных соединений, основности, отношения Al2O3/MgO и др. на рассчитанную
вязкость шлаков в различных условиях работы доменных печей Украины. В
результате аналитической оценки рассчитанных свойств шлака для различных
условий работы доменных печей показано, что учет углеродсодержащих
включений в шлаке, образующихся вследствие неполного сгорания кокса и
пылеугольного топлива, повышает вязкость шлаков в 1,5-2 раза и температуры
плавления на 30-500С. Сравнительный анализ рассчитанных свойств шлака для
различных условий работы 3-х печей Украины подтверждает целесообразность
применения комплекса прогнозных моделей для оперативной оценки
технологических свойств шлака, что позволяет осуществить выбор рационального
шлакового режима в современных условиях доменной плавки
Ключевые слова: доменные печи, конечные шлаки, прогнозирование
свойств, прогнозная модель, шлаковый режим
Введение. Современные условия выплавки чугуна в Украине
характеризуются низким качеством отечественного сырья, дефицитом
энергоресурсов, переходом на использование пылеугольного топлива и
промышленных отходов, содержащих вредные примеси и щелочные
соединения, что приводит к нарушению хода печи и снижению технико-
экономических показателей плавки. Так, щелочные металлы, играя
негативную роль в комплексе явлений доменного процесса, влияют в
определенной степени на металлургические свойства кокса. Накопление
щелочных соединений в порах кокса является одной из причин его
разрушения в доменной печи. Недостаточно высокие прочностные
свойства кокса обуславливает образование повышенного количества
мелких фракций в виде макрогетерогенных включений, неблагоприятно
влияющих на свойства шлаков и, как следствие, на качество
выплавляемого чугуна. Аналогичным образом ухудшают вязкость и
119
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
плавкость доменных шлаков гетерогенные включения, образующиеся
вследствие неполного сжигания пылеугольного топлива в печи.
Анализ шлакового режима плавки в настоящее время для различных
условий работы доменных печей показывает его изменение,
характеризуемое снижением основности шлака, повышением содержания
щелочных оксидов и оксида магния, что существенно влияет на его
свойства. Снижение основности шлака является одним из способов
удаления щелочных соединений из печи [1], а также считается
необходимым мероприятием, компенсирующим негативное влияние ПУТ
на технологию [2] и улучшающим подвижность шлаковых расплавов в
коксовой насадке, содержащих несгоревшие частицы ПУТ. Такой вариант
изменения основности шлака приемлем при использовании
высококачественного кокса и ПУТ по содержанию золы, серы и
показателю прочности кокса М10 либо при последующей внедоменной
десульфурации чугуна. Указанные обстоятельства определяют
актуальность и необходимость развития прогнозных моделей свойств
изменившегося состава конечного шлака, а также гетерогенных
включений на вязкость и плавкость расплавов.
Целью работы является проверка адекватности и развитие моделей
для прогнозирования свойств конечных доменных шлаков при
использовании различных добавок с целью оперативной оценки
шлакового режима и выработки обоснованных управляющих
рекомендаций в современных условиях работы доменных печей Украины
Состояние вопроса. Прогнозирование свойств шлаков в оперативном
режиме работы доменных печей является одним из важнейших
инструментов эффективного управления плавкой. Ввиду отсутствия и до
настоящего времени адекватной математической модели описания
свойств многокомпонентных систем, исследователями чаще всего
рассматриваются трех- или четырехкомпонентные системы CaO, SiO2,
Al2O3 и MgO, для которых на практике используют диаграммы вязкости и
температур кристаллизации, позволяющие приближенно характеризовать
изменение свойств шлака в зависимости от его состава [3, 4]. Недостатком
таких диаграмм является то, что они построены для синтетических
шлаков с фиксированным количеством компонентов, содержание которых
в реальных шлаках является переменным. Так, авторы работы [5] для
оценки шлакового режима плавки при вдувании пылеугольного топлива
используют классические трехосные диаграммы вязкости шлаков CaO-
SiO2-Al2O3, при этом влияние других компонент шлака и гетерогенных
включений не учитывается. Выполненный в работе [5] аналитический
обзор современных публикаций, посвященных изучению влияния
глинозема и магнезии на вязкость и температуры плавления шлаков,
показал отсутствие единого мнения о роли магнезии в формировании
свойств доменных шлаков, что вызвано существенными различиями
120
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
свойств проплавляемого сырья и широким диапазонам колеблемости
глинозема и магнезии в шлаках. При этом, в основном рассмотрены были
шлаки с повышенным содержанием в них глинозема от 15 до 21%, при
соответствующем диапазоне изменения отношения Al2O3/MgO = 1.9 – 2.8,
не характерном для условий работы доменных печей Украины.
На основании результатов фундаментальных экспериментальных
исследований В.Е. Васильева, Н.В. Руллы, И.П. Семика, И.С. Куликова,
Г.А. Воловика, Н.Л. Жило, В.Г. Воскобойникова, Р. Мак-Кефери,
Д. Мэчина и др., посвященных изучению влияния состава шлака на его
вязкость и плавкость, следует, что магнезия до определенного предела
является разжижающим компонентом. Предел, при котором магнезия
повышает вязкость шлаков, зависит от основности, содержания глинозема
и других компонентов. Из исследований Н.Л. Жило [6] вытекает, что
увеличение содержания МgО до определенного предела, зависящего от
отношения CaO/SiO2, содержания AI2O3 и других компонентов,
способствует понижению вязкости расплавов; увеличение содержания
магнезии, сопровождающееся увеличением суммарной основности шлака,
часто приводит к существенному ухудшению его физико-химических
свойств. По данным работы Н.М. Якубцинера и В.Г. Манчинского [7] при
увеличении концентрации МgО в шлаках с 3 до 9-11% основность следует
понижать до 1,0-1,05, в результате чего увеличивается жидкоподвижность
шлаков.
Применительно к шихтовым условиям Украины в работах [8, 9]
изучалось влияние MgO и Al2O3 в виде отношения MgO/Al2O3 на
серопоглотительную способность шлаков в зависимости от изменения
основности CaO/SiO2 и было рекомендовано для разного уровня
основности поддерживать соответствующие значения MgO/Al2O3.
Однако, изменение шихтовых условий требует постоянной корректировки
этих соотношений. Кроме того, присутствие в производственных шлаках
закисей железа и марганца, окисей хрома, титана, бария, щелочных
металлов, серы и других, специфических для каждого месторождения руд,
окислов, вызывает различия в поведении шлаков одинакового (по
основным четырем компонентам) состава.
Ранее для прогнозирования свойств шлаков заводов Украины нами
были использованы сведения о свойствах натуральных конечных
доменных шлаков металлургических предприятий стран СНГ или близких
по составу к шлакам отечественных заводов, опубликованных в работах
Нестеренко С.В, Хоменко В.М., Бачинина А.А., Жило Н.Л., Сафиной
Л.А., Чернова Н.И и др. В результате с использованием интегральных
параметров шлакового расплава e и [10], позволяющих при
моделировании свойств учесть влияние полного состава шлака в
комплексе на свойства, а не отдельных его составляющих, разработаны
модели для прогнозирования свойств доменных шлаков заводов Украины
121
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
[10], которые используются для контроля и управления шлаковым
режимом доменной плавки в составе АСУТП доменных печей ПАО
«АрселорМиттал Кривой Рог» и ОАО «Запорожсталь» [11-13]. При этом
шлак рассматривался как условно «гомогенный», обладающий
микрогетерогенностью, связанной с химической неоднородностью его
структуры. В системе реализован комплекс моделей для расчета наиболее
важных технологических свойств доменного шлака: серопоглотительной
способности (Сs); щелочной емкости, вязкости (, Пас) и и
поверхностного натяжения (, мН/м) для температур 1450, 1500, 1550
0
С
(, Пас); энтальпии (Н, кДж/кг), температур начала (ликвидус, Тл,
О
С) и
конца (солидус, Тс,
0
С) кристаллизации; температуры гетерогенизации Тε,,
и степени достижения системы металл-шлак равновесия по сере (ε, %),
которые рассчитываются с использованием параметров шлака e
(химический эквивалент состава) и (показатель стехиометрии):
)T,,e(fСвойство .
Так, например, для расчета вязкости шлаков, температур ликвидус Тл
и солидус Тс в зависимости от показателя стехиометрии шлака были
предложены уравнения:
T
1000
74924,62948,4014018,5626149,191lg (1)
2
л 16,3652311,503435,18738T (2)
2
с 17,390867,5241818800T (3)
Как уже отмечено выше, использование в доменной плавке кокса с
низкими прочностными характеристиками, неполное сгорание
природного газа, вдувание в печь пылеугольного топлива провоцирует
образование в шлаках макрогетерогенных включений, которые повышают
вязкость и плавкость шлаков, в результате чего затрудняется переход
серы из металла в шлак, ухудшается дренажная способность продуктов
плавки в горне доменной печи, нарушается ровность хода и снижается
производительность печи. В результате выполненного аналитического
исследования публикаций о влиянии углеродсодержащих макродобавок:
коксовой пыли, графита, угольной пыли, сажи на свойства конечных
доменных шлаков [14, 15] (вязкость, Тликвидус, Тсолидус) для оценки влияния
различных добавок на свойства шлаков предложен критерий – градиент,
показывающий относительное изменение величины свойства в процентах
на каждый процент добавки и получены модели для прогнозирования
величины градиентов от параметров структуры шлаков е и [14]:
)ρ,e(fТл,Тс,η (4)
122
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Характеристики прогнозных моделей градиента вязкости для
некоторых видов углеродсодержащих макродобавок приведен в табл.1.
Аналогичные уравнения получены для градиентов температур
кристаллизации.
Наибольшее влияние макродобавок углеродсодержащих компонентов
сказывается на вязкости шлаков. Так, по данным работы ДП №9 ПАО
«АрселорМиттал Кривой Рог» (табл.2) один процент коксовой пыли с
размерами частиц до 100 мк увеличивает вязкость шлаков на 76,4 – 101,6
%, пылеугольное топливо с таким же размером частиц – на 158,2 %, а
мелкодисперсная сажа (0,02 – 0,3 мк) – на 218,4 %. Влияние этих же
добавок на увеличение тугоплавкости шлаков в 15 – 20 раз ниже, чем на
вязкость, но тем не менее также существенно [14].
Таблица 1. Модели для прогнозирования влияния углеродсодержащих добавок на
конечных доменных шлаков
Добавка
Коэффициенты уравнения
= А0 + А1е + А2
Коэф-т
корреля-
ции R
№
урав-
нения А0 А1 А2
Кокс Мариупольского КХЗ -454,57 -1,13 710,57 0,76 (5)
Кокс Авдеевского КХЗ -654,72 25,18 1097,74 0,71 (6)
Кокс Алчевского КХЗ 1131,73 107,36 -1125,88 0,81 (7)
Пылеугольное топливо -1296,3 108,32 2371,74 0,73 (8)
Зола кокса -611,42 -39,61 683,02 0,76 (9)
Таблица 2. Сравнение средних величин градиентов вязкости и плавкости (∆Тс
и ∆Тл) конечных доменных шлаков с углеродсодержащими макродобавками
Добавка ,%/% ∆Тл, %/% ∆Тс,%/%
Кокс Авдеевского КХЗ 76,4 5,28 5,34
Кокс Ясиновского КХЗ 101,6 5,28 6,04
Пылеугольное топливо 158,2 7,51 8,01
Сажа 218,4 8,81 9,59
После расчета величины градиентов по химическому составу шлаков
по уравнению (4) и определения свойств гомогенных шлаков по
уравнениям (1)-(3) рассчитываются свойства шлаков с
углеродсодержащими добавками с целью оценки жидкоподвижности
реальных шлаков в горне доменной печи за счет повышения степени их
гетерогенности:
100
ДТл,Тс,η
1Тл,Тс,ηТл,Тс,η
доб
ооодобдобдоб
,
(10)
где , Тс, Тл – соответственно градиенты вязкости, температуры
солидус и ликвидус добавками, %/%; о, о
Тс ,
о
Тл , – соответственно
вязкость, Пас, температуры солидус и ликвидус,
0
С, гомогенного шлака
123
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
без добавок; доб, Тсдоб, Тлдоб – те же свойства с добавками; Ддоб –
количество добавок в % к массе шлака.
С целью оценки влияния коксовой мелочи на свойства доменных
шлаков были выполнены исследования истираемости кокса и проведена
оценка количества образующейся при этом коксовой пыли [15]. В
результате предложена формула для расчета количества пылевидной
фракции коксовой мелочи, образующейся в горне доменной печи:
,10.
Шл
МPKудKMк
(11)
где К – коэффициент, определяющий долю пылевидной фракции (табл. 3)
в общем количестве коксовой мелочи <10 мм (М10), безразмерный; РКуд. –
удельный расход кокса, т/т чугуна; М10 – значение показателя
механической прочности кокса на истирание, %; Шл – выход шлака, т/т.
Таблица 3. Величины коэффициента (К) и количества коксовой мелочи Мк
соответственно крупности пылевидной фракции кокса
Размер частиц коксовой пыли, мм < 1 <0,5 <0,1
K 0,65-0,80 0,35-0,56 0,20-0,25
Мк, % от массы шлака 5,69-7 3,06-4,9 1,75-2,19
Анализ рассчитанного количества пылевидной фракции кокса,
образующейся в горне доменной печи (табл.5, [15]), для условий ДП№9
свидетельствует, что количество пылевидной фракции кокса, которая
может попасть в шлаковый расплав, уменьшается с уменьшением
крупности частиц: для самых мелких частиц <0,1 мм величина Мк
составляет около 2% к массе шлака. Для значения градиента вязкости для
Авдеевского кокса 76,4% на каждый % добавки (табл.2) вязкость
гетерогенного шлака составит:
оо
доб.
о.доб η5,2)
100
24,76
1(η)
100
Дη
1(ηη
,
то есть увеличится в 2,5 раза, что может существенно ухудшить
жидкоподвижность шлакового расплава. В реальных условиях такого
увеличения вязкости шлакового расплава может не наблюдаться,
поскольку, ее снижению способствует зола кокса [15].
Анализ литературных данных и результаты выполненных ранее в
Институте исследований по влиянию ПУТ на ход доменной плавки
указывают на то, что содержание углерода в частично сгоревшем топливе
может оставаться на уровне до 15% и, что в зависимости от характеристик
и степени сжигания пылеугольного топлива вязкость шлаковых расплавов
увеличивается на 0,2-1,8 Пуаз.
Основной материал исследования. В ходе настоящих исследований
разработанные ранее модели были опробованы для оценки шлакового
режима работы 3-х печей с различными шихтовыми и технологическими
условиями заводов Украины ПАО «ДМК» и МК «Азовсталь. Средний
124
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
химический состав и показатели продуктов плавки представлены в
таблицах 4, 5. Как видно из приведенных данных, шлаковый режим
доменных печей ДП-А и ДП-С, работающих с вдуванием пылеугольного
топлива (табл. 6), отличался от режима ДП-В пониженной основностью
шлака CaO/SiO2, равной 1,09 против 1.21 для ДП-В. Кроме основности
шлака CaO/SiO2 существенное отличие шлакового режима указанных
печей связано с повышенным содержанием магнезии в шлаке до 9,5% для
ДП-С при значении 4,4% и 5,7% для ДП-А и ДП-В соотвественно, и, как
следствие, пониженым отношением Al2O3/MgO. Также имеются
существенные различия по содержанию других компонент в шлаке, в
частности, по содержанию щелочных оксидов, оксидам титана и железа. В
связи с этим следует отметить, что и свойства шлаков для указанных
условий будут отличаться.
Таблица 4. Показатели продуктов доменной плавки в различных условиях работы
доменных печей Украины
ДП
Химический состав чугуна и шлака, %
Si S CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO S TiO2
А
min 0.18 0.010 39.8 38.2 3.0 4.8 0.10 0.00 0.11 0.00
sred 0.75 0.030 45.7 42.1 4.4 6.0 0.14 0.54 0.87 0.20
max 1.88 0.098 51.0 46.5 8.1 7.9 0.37 2.10 1.22 1.23
В
min 0.27 0.008 45.2 37.7 4.4 6.5 0.08 0.25 0.71 0.35
sred 0.63 0.022 47.4 39.3 5.7 7.2 0.20 0.42 0.89 0.71
max 1.21 0.085 49.7 41.0 7.1 7.8 0.37 0.86 1.10 1.19
С
min 0.42 0.008 38.9 38.0 6.9 7.1 0.04 0.08 0.70 0.29
sred 0.71 0.020 42.5 39.1 9.5 8.1 0.13 0.27 0.90 0.37
max 1.07 0.043 46.0 40.7 11.5 9.5 0.25 0.95 1.09 0.62
Таблица 5.Показатели продуктов доменной плавки (продолжение табл.4)
ДП
Химический
состав шлака, % CaO/
SiO2
(CaO+MgO)/
SiO2
Al2O3/
MgO
Химич.
эквив-т
состава e
Показатель
стехиометрии
шлака K2O Na2O
А
min 0.12 0.23 0.87 0.97 0.69 -2.790 0.685
sred 0.36 0.48 1.09 1.19 1.38 -2.488 0.705
max 0.89 0.95 1.31 1.41 2.03 -2.214 0.721
В
min 0.13 1.12 1.27 1.05 -2.534 0.710
sred 0.30 1.21 1.35 1.26 -2.354 0.716
max 0.60 1.28 1.43 1.70 -2.240 0.722
С
min 0.23 0.33 0.97 1.21 0.67 -2.738 0.711
sred 0.41 0.54 1.09 1.33 0.86 -2.603 0.720
max 0.69 0.80 1.20 1.42 1.20 -2.421 0.727
125
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Таблица 6. Показатели работы доменных печей для определения коксовой мелочи
Мк
ДП
Расход
кокса, т/т
Показатель прочности
кокса М10, %
Выход
шлака, т/т
Расход
ПУТ, кг/т
Мк, %
А 0.44 7.60 0.420 152 1.59
В 0.51 7.00 0.440 1.62
С 0.358 7.45 0.389 138 1.37
Опыт использования моделей (1)-(3) при оценке шлакового режима
указанных печей показал необходимость их развития. Была выявлена для
данных условий недостаточная информативность показателя
стехиометрии как интегрального параметра, учитывающего
качественное влияние компонент на вязкость шлаков. В частности, учет в
шлаке щелочных соединений и повышение содержания оксида магния для
ДП-С приводит к повышению показателя и, как следствие, к
повышению значений вязкости шлака, рассчитываемой в зависимости от
этого показателя по уравнению (1). В тоже время, как было указано выше,
магнезия до определенного предела является разжижающим
компонентом. Так, например, для шлакового режима указанных печей с
изменением основности шлака от 0,9 до 1,2 повышение магнезии в шлаке
до 10% снижает вязкость, например, для CaO/SiO2=1.1 со значения
0.3 Па.с при MgO=5% до 0.23 Па.с при MgO=10% (рис.1).
Рисунок 1 – Влияние
основности CaO/SiO2
и содержания MgO
синтетических шлаков
на их вязкость при
содержании Al2O3=
5% и температуре
1500ОС по данным
работы [3]
В ходе настоящих исследований прогнозная модель для расчета
вязкости (1) была усовершенствована путем привлечения параметра e,
учитывающего влияние каждого компонента шлака на вязкость (рис.2, 3).
В частности, как показано на графике рис.2 (в) между содержанием
магнезии в шлаке и химическим эквивалентом состава e существует
обратная связь, зафиксированная на данных объединенного массива о
свойствах натуральных конечных доменных шлаков заводов СНГ и
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Основность CaO/SiO2
В
я
з
к
о
с
т
ь
,
П
а
.с
п
р
и
1
5
0
0
О
С
MgO=0%
MgO=5%
MgO=10%
126
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
близких по составу к шлакам отечественных заводов, опубликованных в
работах Нестеренко С.В, Хоменко В.М., Бачинина А.А., Жило Н.Л.,
Сафиной Л.А., Жмойдина Г.И. и др. Аналогичная зависимость
наблюдается по данным текущих выпусков работы конкретной доменной
печи (рис.3(а)). В соответствии с зависимостью вязкости шлака от
параметра e увеличение магнезии в шлаке будет способствовать
снижению вязкости до определенного предела (рис.2(а),(в)). Аналогичные
выводы можно сделать и по содержанию щелочных оксидов в шлаке: с
увеличением их количества в шлаке уменьшается значение параметра e
(рис.3(б)) и, как следствие, будет снижаться их вязкость.
а б
в г
Рисунок 2 – Связь интегрального параметра шлака e с вязкостью и показателями
химического состава шлака (по экспериментальным данным Жило Н.Л и др.)
R2 = 0.311
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
-2.80 -2.60 -2.40 -2.20 -2.00
Химический эквивалент состава шлака e
В
я
зк
о
с
ть
,
П
а
.с
п
р
и
1
5
0
0
О
С
R2 = 0.4378
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
-2.80 -2.60 -2.40 -2.20 -2.00
Химический эквивалент состава шлака e
О
с
н
о
в
н
о
с
ть
C
a
O
/S
iO
2
R2 = 0.5354
0
2
4
6
8
10
12
-2.80 -2.60 -2.40 -2.20 -2.00
Химический эквивалент состава шлака e
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
в
ш
л
а
ке
M
g
O
,
% R2 = 0.4599
0.8
1.3
1.8
2.3
2.8
3.3
3.8
4.3
4.8
5.3
-2.80 -2.60 -2.40 -2.20 -2.00
Химический эквивалент состава шлака e
О
тн
о
ш
е
н
и
е
A
l2O
3
/M
g
O
127
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
а б
Рисунок 3 – Связь интегрального параметра шлака e с показателями
химического состава шлака (по текущим данным выпусков работы ДП-С.)
Согласно исследованиям работы [16] установлено, что K2O снижает
вязкость и температуру кристаллизации как кислых, так и основных
безглиноземистых шлаков, причем более сильное влияние оказывают
первые 3% K2O. Увеличение содержания K2O в шлаках с 5-10% Al2O3, что
соответствует шлакам заводов Украины, снижает вязкость и температуру
кристаллизации при добавлении 3% K2O; дальнейшее увеличение К2О
повышает вязкость основных глиноземистых шлаков. Поскольку между
интегральными параметрами шлака e и связь практически отсутствует,
то при построении прогнозной модели для оценки вязкости шлаковых
расплавов вполне корректно их совместное использование. В результате
аналитических исследований получено следующее уравнение для
определения вязкости «гомогенного» шлака при температуре 1500
0
С в
зависимости от интегральных показателей e и :
22
1500 )575.2e052.1()912.8397.12(233.0 (12)
Полученное уравнение (12) было опробовано для различных условий
работы доменных печей. Как следует из анализа данных рис.4 переход
доменной плавки с использования природного газа (ДП-В) на вдувание
пылеугольного топлива со снижением основности шлака CaO/SiO2 с 1.21
(ДП-В) до значения 1.09 (ДП-С, ДП-А) существенно изменяет тенденцию
(качественный характер) влияния основности конечного шлака на
вязкость. Т.е. при выборе рационального шлакового режима с вдуванием
ПУТ с переходом на шлаки с пониженной основностью для обеспечения
их жидкоподвижности следует учитывать, что, начиная со значения
основности 1,1 при ее дальнейшем уменьшении вязкость шлака начинает
увеличиваться. Необходимо отметить, что вязкость шлаков ДП-А,
работающей как и ДП-С с пониженной основностью шлака и при
сопоставимом содержании щелочей в шлаке, немного выше 1500=0.314,
R2 = 0.3126
6
7
8
9
10
11
12
-2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4
Химический эквивалент состава шлака e
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
в
ш
л
а
к
е
M
g
O
,
%
R2 = 0.6831
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
-2.8 -2.7 -2.6 -2.5 -2.4
Химический эквивалент состава шлака e
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
в
ш
л
а
к
е
(К
2
O
+
N
a
2
O
),
%
128
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
чем для условий ДП-С 1500=0.284, что обусловлено повышенным
содержанием магнезии в шлаке ДП-С по сравнению с ДП-А.
Рисунок 4 –
Рассчитанные значения
вязкости шлака при
1500ОС по модели
«гомогенного»
расплава для
различных условий
работы
Рассчитанная по уравнению (12) вязкость отражает свойство шлака
без учета макрогетерогенных включений, обусловленных использованием
в доменной плавке коксов с низкими прочностными свойствами и
пылеугольного топлива. В этой связи, на эксплуатационных данных
выпусков чугуна и шлака для указанных ДП была опробована
разработанная методика для оценки негативного влияния
углеродсодержащих макродобавок: коксовой пыли, пылеугольного
топлива на вязкость и температуры плавления Тл, Тс. По формуле (11)
выполнен ориентировочный расчет количества пылевидной фракции
коксовой мелочи Мк для реальных условий доменной плавки ДП-А, В, С
(табл.6).
На ДП-В ДП-С поставлялся кокс с Мариупольского (70%) и
Авдеевского КХЗ (27%), на ДП-А подавляющее количество кокса
поступало с Алчевского меткомбината. Поэтому при расчете градиентов
вязкости для конкретной углеродсодержащей добавки, включая ПУТ и
золу кокса, использованы соответствующие уравнения таблицы 1 и
аналогичные уравнения для расчета градиентов температур плавления Тл
и Тс [14]. С использованием рассчитанных градиентов для коксовой
мелочи, ПУТ и золы кокса рассчитываются вязкость и температуры
плавления гетерогенного шлака с добавкой Ддоб. по формуле (10),
принимая при этом для кокса значения Ддоб = Мк (табл.6), для ПУТ
Ддоб=0.5% (рис.5). Определение более точного значения Ддоб для
различных добавок требует специальных экспериментальных
исследований и может быть уточнено в соответствии с изложенным выше
алгоритмом.
Данные выпусков чугуна ДП Украины
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40
Основность шлака CaO/SiO2
В
я
зк
о
ст
ь
, П
а.
с
п
р
и
1
50
0О
C
ДП-B ДП-A ДП-C
129
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Рисунок 5 – Сравнение вязкости и температур плавления конечного шлака по
моделям гомогенного расплава и с учетом гетерогенных включений для
различных условий работы ДП Украины
В таблицах 7,8 представлен уровень расчетных показателей конечного
шлака для условий работы ДП-С. Средние значения рассчитанных
свойств конечного шлака для условий работы ДП -А, В, С представлены в
таблице 9.
ДП-A
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40
CaO/SiO2
В
я
зк
о
с
ть
,
П
а
.с
п
р
и
1
5
0
0
О
С
Модель от основности
Модель от параметров
Вязкость гетерогенного шлака (кокс,ПУТ зола)
e,
CaO/SiO2
ДП-A
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157
Выпуск
Т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
,
О
С
Тнк гомогенного шлака Тнк гетерогенного шлака
Ткк гомогенного шлака Ткк гетерогенного шлака
ДП-B
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30
CaO/SiO2
В
я
зк
о
с
ть
,
П
а
.с
п
р
и
1
5
0
0
О
С
Модель от параметров
Модель от основности
Вязкость гетерогенного шлака (кокс,зола)
CaO/SiO2
e,
ДП-B
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1550
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105
Выпуск
Т
е
м
п
е
р
а
ту
р
а
, О
С
Тнк гомогенного шлака Тнк гетерогенного шлака
Ткк гомогенного шлака Ткк гетерогенного шлака
ДП-C
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25
CaO/SiO2
В
я
з
к
о
с
т
ь
,
П
а
.с
п
р
и
1
5
0
0
О
С
Модель от параметров
Модель от основности
Вязкость гетерогенного шлака (кокс,ПУТ,зола)
e,
CaO/SiO2
ДП-C
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144
Выпуск
Т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
, О
С
Тнк гомогенного шлака Тнк гетерогенного шлака
Ткк гомогенного шлака Ткк гетерогенного шлака
130
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Таблица 7. Химический состав продуктов доменной плавки, расчетные показатели шлака для условий работы ДП-С
№
в
ы
-
п
у
ск
а Химический состав чугуна и шлака, %
Al2O3/
MgO
CaO/
SiO2
(CaO+
MgO)/
SiO2
Хим.
экв.
e
Пок..
стех.
Si S Mn C P Ti CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S TiO2 K2O Na2O
1 0.73 0.016 0.144 3.90 0.070 0.020 42.3 39.4 7.35 9.27 0.15 0.15 0.77 0.36 0.56 0.57 0.79 1.08 1.31 -2.635 0.719
2 0.75 0.013 0.140 3.96 0.070 0.020 42.7 38.8 7.62 9.25 0.11 0.15 0.84 0.33 0.36 0.45 0.82 1.10 1.34 -2.574 0.719
3 0.61 0.020 0.143 3.86 0.071 0.017 42.3 39.7 7.52 9.23 0.18 0.31 0.75 0.39 0.42 0.44 0.81 1.06 1.30 -2.616 0.716
Таблица 8. Рассчитанные свойства конечного шлака выпусков ДП-С
№
в
ы
-
п
у
ск
а
1
5
0
0
го
м
о
г.
Градиент вязкости
1500
1
5
0
0
ге
те
р
.
Т
н
к
го
м
о
г
Т
к
к
го
м
о
г
Градиент Тликвид.
Tнк
Градиент Т солид.
Tкк
Т
н
к
ге
те
р
..
Т
к
к
ге
те
р
.
1500 H Cs ε
К
о
к
с
М
ар
.
К
о
к
с
А
в
д
.
П
У
Т
З
о
л
а
к
о
к
.
К
о
к
с
М
ар
.
К
о
к
с
А
в
д
.
П
У
Т
З
о
л
а
к
о
к
К
о
к
с
М
ар
.
К
о
к
с
А
в
д
.
П
У
Т
З
о
л
а
к
о
к
1 0.292 59.4 68.4 124.1 -15.8 0.48 1423 1318 5.4 3.3 5.4 -3.7 9.4 10.2 11.8 3.3 1449 1353 385 1988 21 75
2 0.271 59.4 70.0 130.7 -18.2 0.44 1423 1318 4.9 3.6 5.8 -3.7 8.2 9.0 10.7 1.7 1447 1353 393 1948 20 93
3 0.285 57.4 65.7 119.2 -18.5 0.45 1417 1307 5.0 3.4 5.7 -3.4 8.9 9.6 11.3 2.7 1444 1342 388 1976 19 77
Таблица 9. Рассчитанные средние значения показателей свойств конечных шлаков для различных условий работы
доменных печей
ДП
Вязкость, Па.с Температура ликвидус,
О
С Температура солидус,
О
С
1500 H Cs ε
o гомог. доб гетерог. ТнкО гомог. Тнкдоб гетерог. ТккО гомог. Тккдоб гетерог.
А 0.314 0.483 1401 1462 1273 1300 400.4 1917 12.9 73.0
В 0.278 0.425 1417 1436 1307 1326 421.7 1829 18.8 63.1
С 0.284 0.464 1425 1449 1320 1356 388.7 1968 21.4 66.6
131
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Расчетные показатели в табл.7-8 включают: расчетное значение
вязкости «гомогенного» расплава при температуре 1500
0
С по модели (12)
и с учетом гетерогенных включений по модели (10); температур начала и
конца кристаллизации по моделям (2)-(3) гомогенного и гетерогенного
шлака, серопоглотительной способности Cs, энтальпии H, кДж/кг,
поверхностного натяжения при температуре 1500
0
С 1500, мН/м, степени
достижения равновесия системы «чугун-шлак» по сере ε, %.
В частности, наименьшее значение вязкости для ДП-В 0=0.0,278 Па.с
получено по модели «гомогенного» расплава и (табл.9) и по модели
гетерогенного расплава доб=0.425 Па.с. Следует учитывать, что ДП-В
работала без вдувания пылеугольного топлива, т.е. повышение вязкости
при этом связано только с учетом влияния на нее коксовой мелочи,
образующейся в горне доменной печи в результате разрушения кусков
кокса под воздействием термических, физико–механических и физико–
химических условий. Учет в прогнозной модели вязкости углеродистых
добавок при вдувании пылеугольного топлива (несгоревшие или не
полностью сгоревшие частицы угольной пыли) увеличивают ее значения
для условий ДП-А доб=0.483 Па.с и ДП-С доб=0.464 Па.с. Для
температур плавления наименьшее значение температуры ликвидус с
учетом гетерогенных добавок также для ДП-В.
Анализ прогнозных значений комплекса свойств конечных шлаков
(табл.9) показывает следующее: поверхностное натяжение шлаков при
температуре 1500
0
С наименьшее для ДП-С, что способствует повышению
их серопоглотительной способности. Данное обстоятельство наблюдается
для условий ДП-В и ДП-С: для ДП-С 1500= 389 мН/м при Cs=21.4, для
ДП-В 1500= 422 мН/м при Cs=18,8. С точки зрения вносимого в горн
доменной печи тепла, то шлаки ДП-С являются более
предпочтительными, они более тугоплавки за счет повышенного
содержания в них магнезии. В целом анализ шлакового режима и
выработку рекомендаций по выбору рационального шлакового режима
следует производить при наличии более полной информации о
показателях загружаемой шихты и технологического режима.
Выводы.
1. На основе экспериментальных данных о свойствах натуральных
конечных доменных шлаков, близких по составу к шлакам отечественных
заводов, усовершенствована прогнозная модель для расчета вязкости
«гомогенного» конечного шлака при температуре 1500
0
С путем
включения в структуру модели интегрального показателя шлакового
расплава параметра e, учитывающего в комплексе индивидуальный
характер влияния на вязкость каждого компонента состава шлака. На
текущих производственных данных химического состава конечного
шлака показано влияние содержания магнезии, щелочных соединений,
132
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
основности, отношения Al2O3/MgO и др. на рассчитанную вязкость
шлаков в различных условиях работы доменных печей Украины.
2. Для более точной оценки вязкости и плавкости реальных
доменных шлаков показана необходимость учета влияния на свойства
макрогетерогенных включений шлака, образующихся при использовании
кокса с низкими показателями прочности, а также неполном сгорании газа
и ПУТ. На основе разработанного ранее градиента–критерия,
учитывающего относительное увеличение свойства шлакового расплава в
процентах на каждый процент добавки для условий работы 3-х доменных
печей, выполнен расчет вязкости и плавкости конечных шлаков,
содержащих коксовую мелочь и угольную пыль. Показано, что учет
макрогетерогенных включений повышает вязкость шлаков в 1,5-2 раза,
температуры плавления на 30-50
0
С, что обуславливает целесообразность
использования предложенного двухэтапного подхода к расчету свойств
шлака, заключающегося в расчете свойства гомогенного шлака и
дальнейшем учете его гетерогенности, что повышает информативную
мощность и адекватность прогнозных моделей при оценке шлакового
режима плавки в современных условиях работы доменных печей
Украины.
3. Выполненный сравнительный анализ рассчитанных свойств
шлака для различных условий работы 3-х печей Украины подтверждает
целесообразность применения комплекса прогнозных моделей для
оперативной оценки технологических свойств шлака с целью выбора
рационального шлакового режима в современных условиях доменной
плавки.
Библиографический список
1. Гладков Н.А. Влияние щелочей на процесс доменной плавки / Н.А. Гладков,
С.А. Николаев, Л.Г. Будник //Металлургическая и горнорудная
промышленность. -2004. -№2. –С.12-14.
2. Климанчук В.В. Технология и эффективность замены природного газа и части
кокса пылеугольным топливом в ПАО «ММК им. Ильича» / В.В.Климанчук,
С.Л. Ярошевский //Черная металлургия. – 2014. №8. – С. 17-25.
3. Воскобойников В.Г. Свойства жидких доменных шлаков. /
В.Г. Воскобойников, Н.Е. Дунаев, А. Г. Михалевич [и др.] –М.:Металлургия. –
1975. –184с.
4. Атлас шлаков. Справ.издание. Пер.с нем. Г.И.Жмойдина под ред. И.С.
Куликова. –М.:Металлургия. –1985. –208с.
5. Кузнецов М.С. Исследование влияния свойств доменного шлака на нагрев
чугуна при вдувании пылеугольного топлива / М.С. Кузнецов, Г.Ю. Крячко,
В. П. Полетаев, Н.Н. Валуева // Восточно-Европейский журнал передовых
технологий. – 2018. - №1. – С. 63-70.
6. Жило Н.Л. Формирование и свойства доменных шлаков. - М.: Металлургия,
1974. -120с.
133
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
7. Якубцинер Н.М. Вязкость и обессеривающая способность доменных шлаков /
Н.М. Якубцинер, В.Г. Манчинский, Л.А. Панюшин // Сталь. - 1968. - №3. -
С.385-391.
8. Шатоха В.И. Проблемы выбора шлакового режима доменной плавки для
металлургических предприятий Украины в современных условиях // Теория и
практика металлургии. –1997. -№1. –с.18-24.
9. Пат. 62589 А Україна, МКІ 7 С21В5/00. Спосіб ведення доменної плавки:
Пат. 62589 Україна, МКІ 7 С21В5/00 / А.В.Сокуренко, В.О.Шеремет,
А.В.Кекух, Г.І. Орел, Г.П. Костенко, П.І. Оторвін, Е.В. Приходько, Д.М.
Тогобицька, А.Ф. Хамхотько, М.М. Можаренко, А.І. Бєлькова (Україна) –
№2003043309; Заявлено 14.04.2003; Опубл. 15.12.2003, Бюл. №12.–6с.
10. Приходько Э.В. Прогнозирование физико-химических свойств оксидных
систем / Э.В. Приходько, Д.Н. Тогобицкая, А.Ф. Хамхотько, Д.А. Степаненко.
– Днепропетровск: Пороги. – 2013. – 339 с.
11. Оторвин П.И. Совершенствование шлакового режима доменной плавки в
сырьевых условиях КГГМК «Криворожсталь» / П.И. Оторвин, Д.Н.
Тогобицкая, А.И. Белькова и др. // Сталь. –2004. –№6. –С.24–28.
12. Пат. 11142 Україна, МПК С21В5/00. Спосіб ведення доменної плавки: Пат.
11142 Україна, МПК С21В5/00. А.В.Сокуренко, В.О.Шеремет, А.В.Кекух, Г.І.
Орел, Г.П. Костенко, В.С. Листопадов, П.І. Оторвін, С.В. Нинь, Д.М.
Тогобицька, Е.В. Приходько, А.Ф. Хамхотько, А.І. Бєлькова, М.М.
Можаренко (Україна) – № u200504989; Заявл. 26.05.2005; Опубл. 15.12.2005,
Бюл. № 12.– 10 с.
13. Тогобицкая Д.Н. Алгоритмические и программные средства системы контроля
и управления шлаковым режимом доменной плавки / Д.Н. Тогобицкая, А.И.
Белькова, А.Ю. Гринько, Д.А. Степаненко // Системные технологии.
Региональный сборник научных трудов.– Днепропетровск. – 2013. – Вып. 3
(86). – С. 9-14.
14. Тогобицкая Д.Н. Влияние микро– и макрогетерогенности на свойства
доменных шлаков / Д.Н.Тогобицкая, А.Ф.Хамхотько, Д.А.Степаненко и др. //
Металлургическая и горнорудная промышленность, №5, 2009. – С.12–15.
15. Степаненко Д.А. Оценка влияния коксовой мелочи на технологические
свойства доменных шлаков / Д.А.Степаненко, А.Ф.Хамхотько, А.Д.Джигота //
Сб. Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Выпуск
№23, 2011. – С.106–112.
16. Жило Н.Л. К исследованию вязкости первичных шлаков / Н.Л. Жило, А.В.
Руднева, Г.А. Соколов, Л.М. Цылев //Известия АНСССР. ОТН. -1957. -№2. -
С.27-35.
Reference
1. Gladkov N.A. Vliyaniye shchelochey na protsess domennoy plavki / N.A. Gladkov,
S.A. Nikolayev, L.G. Budnik //Metallurgicheskaya i gornorudnaya
promyshlennost'. -2004. -№2. –S.12-14.
2. Klimanchuk V.V. Tekhnologiya i effektivnost' zameny prirodnogo gaza i chasti koksa
pyleugol'nym toplivom v PAO «MMK im. Il'icha» / V.V.Klimanchuk, S.L.
Yaroshevskiy //Chernaya metallurgiya. – 2014. №8. – S. 17-25.
134
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
3. Voskoboynikov V.G. Svoystva zhidkikh domennykh shlakov. / V.G. Voskoboynikov,
N.Ye. Dunayev, A. G. Mikhalevich [i dr.] –M.:Metallurgiya. –1975. –184s.
4. Atlas shlakov. Sprav.izdaniye. Per.s nem. G.I.Zhmoydina pod red. I.S. Kulikova. –
M.:Metallurgiya. –1985. –208s.
5. Kuznetsov M.S. Issledovaniye vliyaniya svoystv domennogo shlaka na nagrev
chuguna pri vduvanii pyleugol'nogo topliva / M.S. Kuznetsov, G.YU. Kryachko, V.
P. Poletayev, N.N. Valuyeva // Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh
tekhnologiy. – 2018. - №1. – S. 63-70.
6. Zhilo N.L. Formirovaniye i svoystva domennykh shlakov. - M.: Metallurgiya, 1974. -
120s.
7. Yakubtsiner N.M. Vyazkost' i obesserivayushchaya sposobnost' domennykh shlakov /
N.M. Yakubtsiner, V.G. Manchinskiy, L.A. Panyushin // Stal'. - 1968. - №3. -
S.385-391.
8. Shatokha V.I. Problemy vybora shlakovogo rezhima domennoy plavki dlya
metallurgicheskikh predpriyatiy Ukrainy v sovremennykh usloviyakh // Teoriya i
praktika metallurgii. –1997. -№1. –s.18-24.
9. . 625 , MK 7 S21V5/00. Spos ve ennya omenno plavki: Pat.
62589 Uk a na, MK 7 S21V5/00 / A.V.Soku enko, V.O.She emet, A.V.Kekukh,
. . O el, .P. Kostenko, P. . Oto v n, e.V. P ikho 'ko, .M. Togo its'ka, A. .
Khamkhot'ko, M.M. Mo ha enko, A. . l'kova (Uk a na) – №2003043309;
Zayavleno 14.04.2003; Opu l. 15.12.2003, yul. №12.–6s.
10. Prikhod'ko E.V. Prognozirovaniye fiziko-khimicheskikh svoystv oksidnykh sistem /
E.V. Prikhod'ko, D.N. Togobitskaya, A.F. Khamkhot'ko, D.A. Stepanenko. –
Dnepropetrovsk: Porogi. – 2013. – 339 s.
11. Otorvin P.I. Sovershenstvovaniye shlakovogo rezhima domennoy plavki v
syr'yevykh usloviyakh K MK «K ivo o hstal'» / P.I. Oto vin, .N.
Togobitskaya, A.I. Bel'kova i dr. // Stal'. –2004. –№6. –S.24–28.
12. . 42 , MPK S21V5/00. Spos ve ennya omenno plavki: Pat. 11142
Uk a na, MPK S21V5/00. A.V.Soku enko, V.O.She emet, A.V.Kekukh, . . O el,
.P. Kostenko, V.S. Listopa ov, P. . Oto v n, S.V. Nin', .M. Togo its'ka, e.V.
P ikho 'ko, A. . Khamkhot'ko, A. . l'kova, M.M. Mo ha enko (Uk a na) – №
u200504989; Zayavl. 26.05.2005; Opu l. 15.12.2005, yul. № 12.– 10 s.
13. Togobitskaya D.N. Algoritmicheskiye i programmnyye sredstva sistemy kontrolya i
upravleniya shlakovym rezhimom domennoy plavki / D.N. Togobitskaya, A.I.
Bel'kova, A.YU. Grin'ko, D.A. Stepanenko // Sistemnyye tekhnologii. Regional'nyy
sbornik nauchnykh trudov.– Dnepropetrovsk. – 2013. – Vyp. 3 (86). – S. 9-14.
14. Togobitskaya D.N. Vliyaniye mikro– i makrogeterogennosti na svoystva domennykh
shlakov / D.N.Togobitskaya, A.F.Khamkhot'ko, D.A.Stepanenko i dr. //
Metallu gicheskaya i go no u naya p omyshlennost', №5, 2009. – S.12–15.
15. Stepanenko D.A. Otsenka vliyaniya koksovoy melochi na tekhnologicheskiye
svoystva domennykh shlakov / D.A.Stepanenko, A.F.Khamkhot'ko, A.D.Dzhigota
// Sb. Fundamental'nyye i prikladnyye problemy chernoy metallurgii. - Vypusk
№23, 2011. – S.106–112.
16. Zhilo N.L. K issledovaniyu vyazkosti pervichnykh shlakov / N.L. Zhilo, A.V.
Rudneva, G.A. Sokolov, L.M. Tsylev //Izvestiya ANSSSR. OTN. -1957. -№2. -
S.27-35.
135
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
Д. М. Тогобицька, А. І. Бєлькова, Д. О. Степаненко, Н. О. Цюпа,
Ю. М. Ліхачов
Прогнозування властивостей доменних шлаків в сучасних умовах роботи
доменних печей України
Метою роботи є розвиток моделей прогнозування властивостей кінцевих
доменних шлаків для оперативної оцінки шлакового режиму і вироблення
обґрунтованих керуючих рекомендацій при використанні різних добавок в
сучасних умовах роботи доменних печей України.. Запропоновано двоетапний
підхід до розрахунку властивостей доменного шлаку: за моделлю «гомогенного»
розплаву і з урахуванням його гетерогенності. Розвинено прогнозну модель для
розрахунку в'язкості «гомогенного» шлаку шляхом включення в структуру моделі
інтегрального показника шлакового розплаву параметра e, що враховує в
комплексі індивідуальний характер впливу на в'язкість кожного компонента
складу шлаку. На поточних виробничих даних хімічного складу кінцевого шлаку
показано вплив змісту магнезії, лужних з'єднань, основності, відносини Al2O3 /
MgO тощо. На розраховану в'язкість шлаків в різних умовах роботи доменних
печей України. За результатами аналітичної оцінки розрахованих властивостей
шлаку для різних умов роботи доменних печей показано, що внаслідок неповного
згоряння коксу і пиловугільного палива в'язкість шлаків підвищується у 1,5-2
рази, а температура їхнього плавлення – на 30-500С. Це призводить до
необхідності оперативного оцінювання шлакового режиму доменної плавки у
змінних умовах. Порівняльний аналіз розрахованих властивостей шлаку для
різних умов роботи 3-х печей України підтверджує доцільність застосування
комплексу прогнозних моделей для оперативної оцінки технологічних
властивостей шлаку, що дозволяє здійснити вибір раціонального шлакового
режиму в сучасних умовах доменної плавки
Ключові слова: доменні печі, кінцеві шлаки, прогнозування
властивостей, прогнозна модель, шлаковий режим
D. N. Togobitskaya, A. I. Belkova, D. A. Stepanenko, N. A. Tsyupa,
Yu. M. Likhachev
Prediction of the properties of blast furnace slag in modern conditions of blast
furnaces of Ukraine
The aim of the work is the development of models for predicting the properties of
final blast-furnace slags for the rapid assessment of the slag regime and the development
of sound management recommendations when using various additives in the operating
conditions of blast furnaces in Ukraine. A two-stage approach to calculating the
properties of blast-fu nace slag is p opose : acco ing to the mo el of a “homogeneous”
melt and taking into account its heterogeneity. A predictive model has been developed
for calculating the viscosity of a «homogeneous» slag by including the integral
the individual effect on the viscosity of each component of the slag composition. The
current production data of the chemical composition of the final slag shows the effect of
the magnesia content, alkaline compounds, basicity, Al2O3/MgO ratio on the calculated
viscosity of the slags. For various operating conditions of blast furnaces, it has been
shown that, due to incomplete combustion of coke and pulverized coal, the viscosity of
slags increases by 1.5–2 times and their melting temperatures by 30–500C. Comparative
136
«Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии»,
Сборник научных трудов ИЧМ. – 2018. - Вып.32
analysis of the calculated properties of slag for different operating conditions of 3
furnaces in Ukraine confirms the appropriateness of using a complex of predictive
models for the rapid assessment of the technological properties of slag, which makes it
possible to choose a rational slag mode in modern conditions of blast smelting.
Keywords: blast furnaces, final slags, property prediction, predictive model,
slag mode
Статья поступила в редакцию сборника 31. 0.20 года,
прошла внутреннее и внешнее рецензирование (Протокол заседания
редакционной коллегии сборника № от 26 декабря 20 года)
Рецензенты: д.т.н., проф.Л.В.Камкинв; д.т.н. И.Г.Муравьева
|