Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки

Выполнено расчетно–аналитическое исследование процессов теплообмена, восстановления и плавления шихты по высоте и поперечному сечению доменной печи в сочетании с экспериментальным изучением параметров загрузки и распре деления материалов на колошнике, что позволило осуществить научно обоснованн...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Date:	2007
Main Authors:	Товаровский, И.Г., Большаков, В.И., Шутылев, Ф.М.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2007
Subjects:	Производство чугуна
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22072
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:	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки / И.Г. Товаровский, В.И. Большаков, Ф.М. Шутылев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 31-39. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22072
record_format	dspace
spelling	Товаровский, И.Г. Большаков, В.И. Шутылев, Ф.М. 2011-06-20T14:55:27Z 2011-06-20T14:55:27Z 2007 Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки / И.Г. Товаровский, В.И. Большаков, Ф.М. Шутылев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 31-39. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22072 669.162.2.62.003.12 Выполнено расчетно–аналитическое исследование процессов теплообмена, восстановления и плавления шихты по высоте и поперечному сечению доменной печи в сочетании с экспериментальным изучением параметров загрузки и распре деления материалов на колошнике, что позволило осуществить научно обоснованный выбор рационального сочетания параметров распределения шихты и газов в доменной печи для достижения высоких технико–экономических показателей плавки. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Производство чугуна Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
spellingShingle	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки Товаровский, И.Г. Большаков, В.И. Шутылев, Ф.М. Производство чугуна
title_short	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
title_full	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
title_fullStr	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
title_full_unstemmed	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
title_sort	оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки
author	Товаровский, И.Г. Большаков, В.И. Шутылев, Ф.М.
author_facet	Товаровский, И.Г. Большаков, В.И. Шутылев, Ф.М.
topic	Производство чугуна
topic_facet	Производство чугуна
publishDate	2007
language	Russian
container_title	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
format	Article
description	Выполнено расчетно–аналитическое исследование процессов теплообмена, восстановления и плавления шихты по высоте и поперечному сечению доменной печи в сочетании с экспериментальным изучением параметров загрузки и распре деления материалов на колошнике, что позволило осуществить научно обоснованный выбор рационального сочетания параметров распределения шихты и газов в доменной печи для достижения высоких технико–экономических показателей плавки.
issn	XXXX-0070
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22072
citation_txt	Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки / И.Г. Товаровский, В.И. Большаков, Ф.М. Шутылев // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2007. — Вип. 14. — С. 31-39. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT tovarovskiiig ocenkavliâniâraspredeleniâšihtynateplomassoobmennyeprocessyipokazatelidomennoiplavki AT bolʹšakovvi ocenkavliâniâraspredeleniâšihtynateplomassoobmennyeprocessyipokazatelidomennoiplavki AT šutylevfm ocenkavliâniâraspredeleniâšihtynateplomassoobmennyeprocessyipokazatelidomennoiplavki
first_indexed	2025-11-27T00:01:03Z
last_indexed	2025-11-27T00:01:03Z
_version_	1850787049674637312
fulltext	31 УДК 669.162.2.62.003.12 И.Г.Товаровский, В.И.Большаков, Ф.М.Шутылев ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ШИХТЫ НА ТЕПЛО– МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ПОКАЗАТЕЛИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ Выполнено расчетно–аналитическое исследование процессов теплообмена, восстановления и плавления шихты по высоте и поперечному сечению доменной печи в сочетании с экспериментальным изучением параметров загрузки и распре- деления материалов на колошнике, что позволило осуществить научно обосно- ванный выбор рационального сочетания параметров распределения шихты и газов в доменной печи для достижения высоких технико–экономических показателей плавки. Современное состояние вопроса. Использование бесконусных загру- зочных устройств, а также современных систем контроля и управления позволяет давать количественную оценку характеру распределения мате- риалов на колошнике. Однако связь характера распределения материалов с ходом процессов в столбе шихты и показателями плавки до сих пор оце- нивается специалистами качественно на эмпирическом уровне. Разрабо- танные в ИЧМ НАН Украины инженерная методика расчета программ за- грузки [1] и математическая модель распределения шихтовых материалов по радиусу колошника, включающая алгоритм «Траектория», реализован- ный ранее в составе АСУ загрузки доменной печи [2], обеспечили с уче- том новых факторов возможность перехода к расчетным методам форми- рования программ загрузки, как основного инструмента распределения шихтовых материалов по радиусу колошника доменной печи. Аналитическое рассмотрение вопроса стало возможным на основе ме- тодики численного анализа процессов доменной плавки по высоте и по- перечному сечению доменной печи, позволяющей количественно оцени- вать различное распределение шихтовых материалов на колошнике при разных параметрах плавки [3,4]. Рассматривается протекание процессов в 10 радиальных кольцевых зонах (РКЗ–1 – центральная, РКЗ–10 – перифе- рийная) по высоте 12 вертикальных температурных зон (ВТЗ). Многозон- ный расчет параметров состояния процессов в рабочем объеме печи со- вмещен с прогнозным расчетом технико–экономических показателей плавки на основе общих материального и теплового балансов. Методика исследования. Сочетание аналитического и эксперимен- тального исследований формирует новый экспериментально– аналитический подход как более эффективный инструмент выбора рацио- нальных параметров плавки. Его использование иллюстрируется ниже на примере доменной печи полезным объемом 5500 м3. На этой печи в порядке эксперимента изменяли распределение руд- ных нагрузок (РРН) по радиусу колошника путем установления различ- 32 ных параметров загрузки и определяли полученные при этом фактические показатели плавки. По разработанной методике численного анализа про- цессов доменной плавки по высоте и поперечному сечению доменной пе- чи, совмещенной с прогнозным расчетом технико–экономических показа- телей плавки, определяли состояние процессов тепло–массообмена и га- зодинамики в рабочем объеме для фактических и прогнозируемых режи- мов. На основе анализа полученных результатов устанавливали приори- тетные режимы. Анализ выполнен для трех распределений рудных нагрузок по радиу- су колошника: РРН–1, РРН–2 и РРН–3. При этом РРН–2 (12 суток работы печи) и РРН–3 (21 сутки работы печи) – фактическое распределение в указанные периоды, а РРН–1 – специально разработанная для исследова- ний программа загрузки для условий РРН–3 с намеренным ухудшением показателей распределения и на печи не применявшаяся. Расчеты состоя- ния процессов тепло–массообмена и газодинамики в рабочем объеме при фактических и прогнозируемых режимах выполнены для каждого из трех вариантов распределения рудных нагрузок. Результаты приведены на ри- с.1 и в табл.1 и табл.2. При расчете технических показателей плавки в прогнозируемых ре- жимах в одном случае в качестве базы приняты фактические показатели плавки с РРК–3 (первые три колонки табл.2), в другом – фактические по- казатели плавки с РРК–2 (вторые три колонки табл.2). Варианты в табли- цах и на рисунках расположены в порядке уменьшения расхода кокса и увеличения степени использования оксида углерода. Результаты исследования. Анализ результатов моделирования пока- зал следующее (рис.1): распределения РРН–1, РРН–2, РРН–3 характерны увеличением рудных нагрузок от РКЗ–1 к РКЗ–3 с последующим её уменьшением в РКЗ–4 и дальнейшим плавным подъемом от РКЗ–4 к РКЗ– 10. При этом скорость увеличения рудной нагрузки от РКЗ–1 к РКЗ–3 для РРН–1 наименьшая, а для РРН–3 наибольшая, величина последующего уменьшения рудной нагрузки в РКЗ–4 для РРН–1 наибольшая, а для РРН– 3 наименьшая. Последовательность изменения распределений РРН–1, РРН–2, РРН–3 характерна увеличением рудных нагрузок в прицентраль- ных зонах (РКЗ–2,3,4) при повышенной рудной нагрузке у периферии. Указанные тенденции отражаются в более рациональном распределении температур в объеме печи (рис.1,2). В результате расход кокса в последо- вательности РРН–1÷3 снижается, а степень использования тепловой и восстановительной энергии газов увеличивается (табл.2). Сравнение фактических показателей двух базовых периодов определя- ет выбор в качестве лучшего распределения – РРН–3, что подтверждается достаточной сходимостью расчетных показателей распределения с факти- ческими и лучшими показателями работы печи в указанные периоды (см. табл.1 и табл.2). Так, расчетная средняя рудная нагрузка для РРН–2 отли- чается от фактических на 0,25%, а для РРН–3 находится в диапазоне фак- 33 тических. Для РРН–1 отличие заданных и расчетных средних рудных на- грузок в том, что программа РРН–1 искусственно рассчитана для периода РРН–3 без учета технологических условий работы печи. Расчеты показа- ли, что такая программа загрузки позволяет обеспечить среднюю рудную нагрузку на уровне 3,93–3,95, а не 4,05, как это было принято в задании. РРН–1 РРН–2 РРН–3 Рис.1. Относительная рудная нагрузка (РН) в 10–ти радиальных кольцевых зонах (верхний рис.) и соответствующие изотермы газа в объеме доменной печи (ниж- ний рис., где: по горизонтали – расстояние от центра, по вертикали – расстояние от верха, м) 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 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 0 2 4 6 8 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 34 Та бл иц а 1. Р ас пр ед ел ен ие ш их то вы х ма те ри ал ов п о уг ло вы м по зи ци ям л от ка и п о ра ди ус у ко ло ш ни ка в р ав но ве ли ки х зо на х, со от ве тс тв ую щ их у гл ов ы м по зи ци ям л от ка 35 Таблица 2. Показатели работы доменной печи объемом 5500 м3 при разном рас- пределении рудной нагрузки на колошнике Показатели При фактической базе с РРН–3 При фактической базе с РРН–2 Характер показателей (факт./расчет) РРН–1 Расч. РРН–2 Расч. РРН–3 Факт. РРН–1 Расч. РРН–2 Факт. РРН–3 Расч. Удельн. произ–сть, т/мЗ сут 1,631 1,668 1,676 1,802 1,833 1,847 Расход кокса, кг/т 417,8 410,1 408,1 418,8 412,6 409,3 Дутье: расход, мЗ/мин. 6656 6655 6656 7439 7450 7436 температура, град. 1208 1208 1208 1239 1239 1239 кислород , % 25,75 25,75 25,75 25,23 25,23 25,23 Расход тех. кислорода, мЗ/т 74,22 72,56 72,22 67,20 66,12 65,51 Расход природного газа, мЗ/т 97,20 97,20 97,20 95,39 95,39 95,39 % к дутью 9,10 9,31 9,35 8,82 8,97 9,05 Колошниковый газ: температура, 0С 236,6 206,3 199,8 243,3 215,0 211,8 содержание, % СО 22,26 22,00 21,89 22,21 21,92 21,79 СО2 21,24 21,58 21,69 21,00 21,31 21,46 Н2 6,74 6,78 6,77 6,56 6,56 6,57 Расход шихты, кг/т: Агломерат 1055 1055 1055 1055 1055 1055 Окатыши 499 499 499 499 499 499 Руда 66 66 66 66 66 66 Известняк 24 23 23 33 33 32 Железо в шихте, % 57,78 57,79 57,80 57,60 57,61 57,62 Рудная нагрузка, т/т 3,93 4,01 4,03 3,95 4,01 4,04 В чугуне, %: кремний 0,810 0,81 0,81 0,75 0,75 0,75 марганец 0,303 0,303 0,303 0,301 0,302 0,302 сера 0,018 0,018 0,018 0,017 0,017 0,017 углерод 4,91 4,91 4,91 4,91 4,91 4,91 В шлаке, %: кремнезем 35,89 35,88 35,88 35,52 35,51 35,51 глинозем 9,96 9,94 9,94 9,79 9,78 9,77 известь 37,32 37,31 37,31 37,95 37,94 37,94 магнезия 10,42 10,45 10,46 10,18 10,20 10,21 оксид марганца 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 сера 0,71 0,70 0,70 0,70 0,69 0,69 Основность шлака 1,040 1,04 1,04 1,068 1,068 1,068 Количество шлака, кг/т 324 323 323 332 331 331 Расчетные параметры: Рас- ход дутья, м3/т 1068 1044 1040 1081 1064 1054 Объем влаж. газа 1704 1673 1666 1715 1692 1679 Теор. тем–ра горения, 0С 2072 2062 2059 2089 2082 2078 Кол–во фурмен. газа, мЗ/т 1567 1536 1530 1571 1549 1537 Кол–во сух. кол. газа, мЗ/т 1599 1567 1559 1614 1589 1576 Прямое восст–е оксида Fe, % 27,68 27,74 27,58 29,09 28,80 28,74 ηСО, %: 48,83 49,51 49,76 48,60 49,29 49,62 36 Продолжение табл. 2 Показатели При фактической базе с РРН–3 При фактической базе с РРН–2 Характер показателей (факт./расчет) РРН–1 Расч. РРН–2 Расч. РРН–3 Факт. РРН–1 Расч. РРН–2 Факт. РРН–3 Расч. Степень использования Н2,% 48,59 49,28 49,53 48,31 48,99 49,33 Степень использ–ия общая 48,77 49,46 49,71 48,54 49,22 49,55 Расход углерода, кг/т: общ. 363,7 356,9 355,2 364,5 359,1 356,2 Сжигаемый у фурм из кокса 248,5 241,7 240,4 246,3 241,6 238,9 Прямое восст–е железа и легир. 64,1 64,1 64,1 66,5 66,5 66,5 Общий приход тепла, кДж/кг 4258 4153 4131 4323 4247 4204 в т. ч.: горение кокса 2438 2372 2358 2417 2370 2343 тепло дутья и доб. 1783 1744 1736 1869 1840 1823 Потребность тепла, кДж/кг 3246 3241 3236 3341 3330 3326 в т.ч.: восстан–е Fe и л/в элементов 703 704 700 744 737 736 восстан–е легир–их и перевод серы в шлак 268 268 267 256 255 255 разлож. карбонатов и испар. влаги шихты 86 83 83 115 113 112 теплосодерж. чугуна 1249 1249 1249 1250 1250 1250 теплосодерж. шлака 590 588 587 605 603 602 работа расширения газа 350 350 349 371 371 371 Теплосодержание кол. газа 661 564 544 686 596 583 Остаточное тепло 352 347 351 296 321 295 Доля полезного тепла, % 76,22 78,06 78,34 77,28 78,41 79,12 Отношение водяных чисел 0,807 0,814 0,815 0,809 0,814 0,817 Теплотвор. кол. газа, кДж/мЗ 3546 3517 3503 3519 3484 3468 Скорость газов, м/сек: на кол–ке при норм. усл 1,796 1,803 1,804 1,997 2,004 2,004 при факт. усл–ях 1,019 0,962 0,950 1,144 1,086 1,078 в шахте при норм. усл–ях 0,986 0,990 0,991 1,097 1,101 1,101 при факт. усл–ях 1,449 1,451 1,451 1,605 1,608 1,605 Газопроницаемость: общая 16,3 16,2 16,1 19,1 19,0 18,9 верха 31,7 31,4 31,3 38,5 38,1 38,0 низа 11,9 11,9 12,0 13,8 13,9 13,8 Интенсивность, кг кокса/мЗ сут 678 680 680 750 752 752 То же по рудной сыпи 2628 2688 2701 2903 2954 2977 Дутьевая струя у фурм: ско- рость, м/сек 203,1 203,8 204,0 226,9 227,7 227,6 температура, °С 1282 1283 1284 1308 1309 1309 мощность струи, кВт 78,3 78,9 79,0 108,8 109,9 109,6 37 РРН–1 РРН–2 РРН–3 Рис.2. Температура газа по радиусу (ордината, 0С) в вертикальных температурных зонах 1–12 (верхние графики) и разность температур газа и шихты по высоте (ор- дината, м) для радиальных кольцевых зон 1–10 (нижние графики) при распределе- ниях рудной нагрузки на колошнике РРН–1, РРН–2, РРН–3. Основными факторами сокращения расхода кокса при переходе к бо- лее рациональному распределению рудных нагрузок являются: улучше- 38 ние теплопередачи, которое в конечном итоге выражается в уменьшении температуры колошникового газа; уменьшение теплопотребности на пря- мое восстановление за счет снижения его доли и повышения степени ис- пользования газов; уменьшение удельных теплопотерь через стенки за счет подгрузки периферии железосодержащими. Улучшение радиального распределения газов при переходе к рацио- нальному распределению рудных нагрузок способствует тому, что уменьшается количество РКЗ, в которых верхняя ступень теплообмена вырождается. Вырождение верхней ступени увеличивает общую потреб- ность топлива на компенсацию увеличенной теплопотребности. На рис.2 (нижние графики), отображающем изменение разности температур газа и шихты по высоте столба шихты, незавершенность выражается в том, что в РКЗ с высокой рудной нагрузкой и малым количеством газа уже на ниж- ней границе ВТЗ–1 с температурой 4000С теплопередача заторможена из– за малой разности температур газа и шихты по всей высоте столба. В рас- положенных ниже горизонтах создается дефицит теплоты, который дол- жен компенсироваться высокотемпературной теплотой этих зон при уве- личении высоты низкотемпературных зон. Рациональное перераспределе- ние РН по радиусу ослабляет этот процесс и способствует общему улуч- шению теплопередачи с уменьшением средней температуры на колошни- ке. Физико–химический механизм уменьшения степени прямого восста- новления можно проследить по результатам моделирования, приведен- ным в табл.3. Характерно, что максимальное развитие прямого восстанов- ления часто имеет место в РКЗ–1 (центральная), а минимальное – всегда в РКЗ–10 (периферийная). При переходе к рациональному распределению рудных нагрузок происходит сближение значений степени прямого вос- становления в РКЗ–2–9 и чаще всего некоторое уменьшение степени пря- мого восстановления в РКЗ–1 и РКЗ–10. Это положительно влияет на рас- ход топлива не только непосредственно через уменьшение общей степени прямого восстановления, но и через перераспределение (выравнивание) теплопотребности между РКЗ–2–9. Сокращение теплопотерь печи при улучшении распределения РН в решающей мере зависит от величин руд- ной нагрузки на периферии. Выбор рациональных распределений рудной нагрузки определяется возможностями распределения их величин в РКЗ 2–9 при максимально– возможной рудной нагрузке у периферии. Реальность достижения наи- лучших результатов зависит при этом от возможности развития осевой «отдушины», которая определяется качеством кокса (особенно загружае- мого в центр), железорудного сырья, выбором дутьевых параметров и других технологических факторов. 39 Таблица 3. Развитие степени прямого восстановления железа (%) в радиальных кольцевых зонах (РКЗ № 1–10) в зависимости от распределения рудных нагрузок (РРН) в этих РКЗ на доменной печи № 5 «Северсталь» №№ Радиальных кольцевых зон РН 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Общее РРН–1 33,07 29,80 28,92 26,27 28,94 30,28 32,55 35,61 31,67 14,24 27,68 РРН–2 31,39 28,28 31,50 28,11 27,00 30,36 31,97 30,83 28,52 12,57 27,74 РРН–3 29,27 29,51 34,21 25,80 27,88 29,76 30,32 33,01 26,53 11,24 27,58 Заключение. Выполненное по разработанной ИЧМ методике расчет- но–аналитическое исследование процессов по высоте и поперечному се- чению доменной печи в ходе экспериментального изучения распределе- ния материалов на колошнике позволило осуществить научно обоснован- ный выбор рациональных параметров загрузки на основе выявленных за- кономерностей развития процессов и количественной оценки их влияния на показатели плавки. Дальнейшее совершенствование параметров за- грузки шихты определяется возможностями установления рационального распределения величин рудных нагрузок в каждой из радиальных кольце- вых зон, включая как осевую и периферийную «отдушины», так и макси- мально нагруженные рудными компонентами зоны, в зависимости от дутьевого режима и шихтовых условий плавки. 1. Большаков В.И. Теория и практика загрузки доменных печей.– М.: Металлургия, 1990.–256 с. 2. Результаты внедрения алгоритма «Траектория» в составе АСУ за- грузки доменной печи /В.И.Большаков, А.Ю.Зарембо, Н.А.Гришкова //Автоматизация технологических процессов и управления производ- ством в черной металлургии. МЧМ СССР.–М. Металлургия, 1987.– С.30–33. 3. Товаровский И.Г., Большаков В.И. Методика численного анализа про- цессов доменной плавки в радиальных кольцевых сечениях по высоте печи //Черные металлы. – Март 2006.– С.23–29. 4. Товаровский И.Г., Большаков В.И. Аналитическое исследование па- раметров доменной плавки при разном распределении рудной шихты и кокса по радиусу колошника //Черные металлы. – Январь 2007.– С. Статья рекомендована к печати канд.техн.наук Н.М.Можаренко

Оценка влияния распределения шихты на тепло-массообменные процессы и показатели доменной плавки

Institution

Similar Items