О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства
Рассмотрены два важнейших направления совершенствования доменного
 производства, развиваемые в Институте черной металлургии: комплекс технологий замещения кокса другими энергоносителями при одновременном решении задач энергосбережения, а также обобщение опыта работы доменных печей и аналит...
Saved in:
| Published in: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22246 |
| 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: | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 57-63. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860056177487904768 |
|---|---|
| author | Товаровский, И.Г. |
| author_facet | Товаровский, И.Г. |
| citation_txt | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 57-63. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description | Рассмотрены два важнейших направления совершенствования доменного
производства, развиваемые в Институте черной металлургии: комплекс технологий замещения кокса другими энергоносителями при одновременном решении задач энергосбережения, а также обобщение опыта работы доменных печей и аналитические исследования доменной плавки.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:01:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
57
УДК 669.162.2
И. Г. Товаровский
О РАЗВИТИИ В ИНСТИТУТЕ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НЕКОТОРЫХ
ВАЖНЕЙШИХ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДОМЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Институт черной металлургии НАН Украины
Рассмотрены два важнейших направления совершенствования доменного
производства, развиваемые в Институте черной металлургии: комплекс техноло-
гий замещения кокса другими энергоносителями при одновременном решении за-
дач энергосбережения, а также обобщение опыта работы доменных печей и анали-
тические исследования доменной плавки.
В Институте черной металлургии разработан комплекс технологий
замещения кокса другими энергоносителями при одновременном реше-
нии задач энергосбережения.
Одной из них является вдувание топливных добавок через фурменные
устройства. В решении этой проблемы наиболее обстоятельной и плодо-
творной была выполненная под руководством академика З.И. Некрасова
разработка технологии доменной плавки на комбинированном дутье
(природный газ и кислород), получившей дальнейшее развитие в отрасли
и ставшей традиционной во всем мире. Последующие работы Института
черной металлургии в значительной мере связаны с совершенствованием
этой технологии и направлены на увеличение расходов природного газа и
кислорода, оптимизацию параметров комбинированного дутья при их со-
четании с другими параметрами плавки, разработку рациональных усло-
вий и конструкций узлов ввода природного газа в фурменные приборы и
распределения его по окружности печи, а также организации дренажа
продуктов плавки в горне при понижении содержания монооксида железа
в первичных шлаках [1, 2]. При вдувании природного газа (до 150 м3/т)
сокращение расхода кокса составляет 15–20%.
Начатые под руководством академика З.И. Некрасова разработки тех-
нологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива (ПУТ) и
коксового газа также получили промышленное развитие. Первая после
многочисленных испытаний стала традиционной во всех странах. Вторая
продолжена сотрудниками Института черной металлургии и Макеевского
меткомбината, реализована в промышленном масштабе и может исполь-
зоваться на любом предприятии с заменой до 100 % природного газа при
дополнительной экономии кокса 5–8% [3].
В последние годы поиск эффективных заменителей кокса привел к
разработке технологии доменной плавки с частичным замещением его ан-
трацитом. Разработка выполнена специалистами Института черной ме-
таллургии, Национальной металлургической академии Украины, Научно–
производственного центра «Экосфера» (г. Луганск), ОАО «АрселорМиттал
58
Кривой Рог» . В отличие от известных решений, позволяющих замещать
антрацитом 20–30 кг кокса/т чугуна, авторами использованы новые реше-
ния, включающие: обоснованный выбор сортамента антрацита и его спе-
циальную подготовку; загрузку антрацита в смеси с железорудной ших-
той для окисления оксидами шихты мелочи, которая образуется при раз-
рушении угля; увеличение размера подачи для сохранения необходимой
толщины коксовых слоев и площади «коксовых окон» в вязко–пластичной
зоне при уменьшении расхода кокса. Это позволило увеличить расход ан-
трацита до 70–87 кг/т чугуна при эквиваленте замены 0,8–1,1 кг/кг [2].
Таким образом, разработан широкий арсенал технологий замещения
кокса различными энергоносителями, позволяющих на каждом отрезке
времени реализовать наиболее эффективный вариант.
В условиях подорожания природного газа и трудностей инвестирова-
ния капиталоемкой технологии вдувания ПУТ в ИЧМ создана концепция
коксозамещения, включающая постепенную замену ПГ коксовым газом
(КГ) и использования кускового антрацита для замены кокса. Сочетание
вдувания коксового газа с использованием кусковых углей для замещения
кокса, не требующим существенных капитальных вложений, является тех-
нологически наиболее удачным и экономически приоритетным. Его широ-
кая реализация позволит совершить существенный положительный сдвиг в
коксосбережении, а по мере накопления средств будут созданы возможно-
сти вложений в сооружение комплексов для вдувания ПУТ.
С целью высвобождения коксового газа, необходимого для вдувания в
доменные печи, Институтом черной металлургии НАН Украины разработа-
ны основы технологии газификации углей и утилизации отходов в освобо-
жденных от производства чугуна по балансу металла доменных печах [1, 2].
Полученные в этих печах продукты газификации углей могут быть исполь-
зованы для отопления коксовых печей и других энергетических нужд наря-
ду с более полным использованием доменного газа при рационализации
структуры топливного баланса предприятия.
Изложенная программа рационализации топливоиспользования в до-
менном производстве Украины позволит в сложившихся условиях инвести-
ционного дефицита перейти к ритмичному развитию отрасли, а в перспек-
тиве – к реализации новых технологий.
Определяющей проблемой технологии вдувания ПУТ является полно-
та газификации угля в фурменном очаге. Для полного решения проблемы
необходимо вынести процесс газификации угля за пределы фурменного
очага с подачей в печь готовых восстановительных газов. При этом реша-
ется не только собственно проблема газификации, но появляется возмож-
ность повышения зольности вдуваемых углей и офлюсования золы. Рабо-
ты в этом направлении, начатые нами в 70–х годах 20–го века и поддер-
жанные академиком З.И. Некрасовым, нашли отражение и признание уже
в начале 80–х годов. Созданные предпосылки развития данного направле-
ния положили начало планомерному изучению процессов придоменной
59
газификации углей и применения продуктов газификации для вдувания в
доменную печь. В ходе изучения показана принципиальная возможность
и экономическая целесообразность создания новой технологии с заменой
природного газа и части кокса низкосортным углем.
Комплекс совместных работ с Институтом высоких температур Ака-
демии наук СССР (ИВТАН) позволил создать и испытать на стенде в на-
турных условиях прифурменный газификатор пылеугольного топлива (на
каждую фурму) для вдувания продуктов газификации в доменную печь, а
совместные разработки с Днепропетровским металлургическим институ-
том (ныне НМетАУ) и Всесоюзным (ныне Всероссийским) теплотехниче-
ским институтом – разработать научные основы создания центрального
высокопроизводительного газогенератора для доменной печи (в т. ч. на
базе выводимой из эксплуатации доменной печи) [1]. Указанный ком-
плекс работ с 1992 года продолжен в рамках тематики НАН Украины и
при поддержке ГКНТ Украины. Из двух предложенных схем подачи про-
дуктов газификации угля (ПГУ) в доменную печь – с установкой реактора
– газификатора на каждом фурменном приборе и из центрального газоге-
нератора, более продвинутой оказалась первая. В сотрудничестве с
ИВТАН и АК «Тулачермет» удалось изготовить и частично испытать на
одном фурменном приборе газификатор пылеугольного топлива, а также
оценить ожидаемые результаты реализации новой технологии, которая
квалифицируется как малококсовая.
Рассматриваемая нетрадиционная технология с заменой части кокса
низкосортным углем может квалифицироваться как новый этап реформа-
ции доменной плавки на пути сокращения расхода кокса до минимально
возможных величин. Предполагается замена на первой стадии более по-
ловины кокса некоксующимся углем (в пределе – снижение расхода кокса
до 180–200 кг/т, а на второй – создание новой технологии бескоксового
получения первичного металла [1].
Другим важнейшим направлением работы Института является обоб-
щение опыта работы доменных печей и аналитические исследования до-
менной плавки. Ведущая роль ИЧМ в области доменного производства
определила это направление в качестве одного из главных. Инициатором
и организатором его был академик З.И. Некрасов, непосредственно руко-
водивший этой работой с 1967 по 1978 год.
Ежегодные отчеты Института включали анализ состояния производ-
ства, технологии и реализации новых технических решений с формирова-
нием рекомендаций по развитию производства чугуна в отрасли и на от-
дельных предприятиях. Их содержание систематически рассматривалось
руководством Минчермета СССР, а рекомендации были основой для
формирования технической политики в отрасли. В выполнении работы
принимали участие многие специалисты отрасли, включая НИИ, проект-
ные организации, предприятия и руководящие органы. Сотрудники лабо-
ратории анализа и обобщения участвовали в работе отраслевых совеща-
60
ний и комиссий по основным техническим решениям развития доменного
производства, а также в разработке целевых отраслевых программ, таких,
как «Снижение расхода кокса на выплавку чугуна» и др. Лабораторией
разработаны важнейшие отраслевые руководящие документы, не поте-
рявшие значимость до настоящего времени, например, методика и норма-
тивы оценки влияния технологических факторов на расход кокса и произ-
водительность доменных печей.
Для повышения эффективности анализа в Институте была создана от-
раслевая система анализа работы доменных печей, включающая методику
машинной обработки и предварительного анализа показателей доменной
плавки, которая реализована на ЭВМ в виде автоматизированной системы
анализа (АСА) работы доменных печей [1]. Помимо первичной информа-
ции о работе доменных печей для повышения качества выполнения ана-
лиза выполнялся расчет комплексных показателей и материально–
тепловых балансов. Важным компонентом анализа является оценка влия-
ния погрешностей исходных данных на расчетные характеристики про-
цесса. С этой целью предусмотрена коррекция параметров в соответствии
с величинами невязок балансов с последующим анализом расчетных ве-
личин. Методикой предусмотрен также анализ влияния факторов на
удельный расход кокса и производительность доменных печей. Указан-
ный анализ выполняется с целью сравнения работы доменных печей или
периодов работы одной печи при условно одинаковых параметрах плавки
с выявлением роли неконтролируемых или неизвестных факторов. Для
отсева влияния известных факторов используются выражения, получен-
ные на основе раcчетно–аналитических исследований и скорректирован-
ные по обобщенным данным практики.
При достаточной полноте исходной информации возможно непре-
рывное изучение связей основных показателей плавки и расчетных харак-
теристик с целью выявления тенденций и закономерностей их изменения
на отдельных печах, группах печей и в отрасли с последующим формиро-
ванием рекомендаций по совершенствованию технической политики в
области доменного производства. Таким образом, ретроспективное изучение
показателей доменного производства является смысловой основой прогнозиро-
вания и планирования перспектив его развития. Результаты обработки показате-
лей доменной плавки в АСА являются также информационной базой для реше-
ния задачи оптимизации направлений развития доменной плавки.
Деятельность по анализу и обобщению опыта работы доменных печей
востребована специалистами и в настоящее время, однако в сложившихся
условиях не представляется возможным определить постоянного заказчи-
ка работ.
В последние годы система анализа дополнена разрабатываемой в Ин-
ституте многозонной моделью хода процессов в объеме печи. Разработан-
ная модель предназначена для количественного анализа процессов домен-
ной плавки в радиальных кольцевых зонах (РКЗ) по высоте печи при за-
61
данном распределении материалов на колошнике [4]. Протекание процес-
сов теплопередачи и восстановления железа в кольцевых зонах по высоте
столба шихты описывается дискретно системой материально–тепловых
балансов в 12 зонах по вертикали с интервалами температур шихты от на-
чальной до 400°С и далее через каждые 100°С вплоть до температуры
продуктов плавки. Каждая из вертикальных температурных зон (ВТЗ) ха-
рактерна своей спецификой протекания процессов тепло– и массопереда-
чи, а также перехода материалов от твердой фазы к жидкой через тесто-
образное состояние. В периферийной кольцевой зоне по всей высоте
столба шихты учитывается потеря теплоты через стенки печи.
Отличительной особенностью разработанной модели по сравнению с
известными является содержательное единство общих и зональных харак-
теристик плавки, что определяет ее высокие прогнозные возможности.
На рисунке приведен пример результатов расчета для доменной печи
объемом 5500 м3. Аналитические исследования на такой основе позволи-
ли выявить ряд новых закономерностей хода процессов в объеме печи и
возможности их использования для совершенствования технологии [5–7].
Конусный режим
загрузки
(Параболическое
распределение)
Лотковый режим
загрузки
(Фактическое
распределение)
Лотковый режим
загрузки
(Равномерное в РКЗ–
2–9 распределение)
Рисунок. Температура газов (у кривых, °С) в печном пространстве при
трех способах загрузки шихты (по горизонтали – расстояние от центра,
по вертикали – расстояние от верха, м)
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
300
500
700
900
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
300500
700
900
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
300
500
700
900
0
5
10
15
20
25
30
0 2 4 6 8 10
1300
1100
1500
1700
1900
1100
1300
1900
1700
1500
1900
1700
1500
1300
1100
62
Показано, что минимальное развитие процесса прямого восстановле-
ния и соответствующего теплопотребления на этот процесс при всех ус-
ловиях имеет место на периферии, несколько выше – в центре и в проме-
жуточных зонах; указанная закономерность подтверждена эксперимен-
тально и отличается от ранее существовавших представлений;
Установлено, что в большинстве случаев реального распределения
шихты на колошнике существуют кольцевые сечения, в которых имеет
место вырождение двухступенчатого теплообмена по высоте, что умень-
шает устойчивость процессов и приводит к дополнительному расходу то-
плива; рациональное распределение материалов на колошнике при пра-
вильном выборе параметров осевой «отдушины» способствует уменьше-
нию количества таких РКЗ, повышает устойчивость процессов и сокраща-
ет расход топлива.
Впервые дана количественная аналитическая оценка влияния конст-
рукции загрузочных устройств (конусных – КЗУ, бесконусных – БЗУ), со-
ответствующих возможностей улучшения распределения материалов на
колошнике и уменьшения расхода кокса в доменной плавке. Показано,
что при переходе от параболического распределения рудной нагрузки, ха-
рактерного для КЗУ, к равномерному и близким к нему распределениям,
характерным для БЗУ, экономия кокса составляет по результатам расчета
учетом ожидаемого улучшения устойчивости процессов величину 4–5%.
Заключение
В Институте черной металлургии разработан комплекс технологий за-
мещения кокса другими энергоносителями при одновременном решении
задач энергосбережения. В условиях инвестиционного дефицита и про-
грессирующего подорожания природного газа наиболее эффективной яв-
ляется технология замены природного газа коксовым при загрузке в до-
менную печь кускового антрацита. Она позволяет решить задачу коксоза-
мещения при небольших единовременных затратах и создать инвестици-
онную и технологическую базу для широкого внедрения технологии вду-
вания пылеугольного топлива и перехода к новым технологиям. Необхо-
димость производства конкурентоспособной продукции стимулирует не-
обходимость «прорыва» в область нетрадиционных технологий, концеп-
ция которого включает перестройку доменной плавки на малококсовое и
бескоксовое получение металла на основе вдувания продуктов газифика-
ции некоксующихся углей, а также перевод отдельных доменных печей в
режим газификации углей с утилизацией металлсодержащих отходов.
Одним из главных направлений работы Института черной металлургии
был анализ и обобщение опыта работы доменных печей. В рамках этого
направления выполнен ряд методических разработок и создана аналитиче-
ская система, включающая подготовку первичной информации, расчет
комплексных показателей с учетом влияния погрешностей учета и прогноз
показателей на основе двухзонного теплового баланса с переменной тем-
пературной границей зон. Разработанная многозонная модель хода про-
63
цессов в объеме печи позволяет прогнозировать показатели плавки с рас-
крытием состояния процессов по высоте и поперечному сечению печи.
1. Товаровский И.Г. Доменная плавка. Эволюция, ход процессов, проблемы и
перспективы. – Днепропетровск: Пороги, 2003. – 596 с.
2. Коксозамещающие технологии в доменной плавке. Под редакцией доктора
технических наук, профессора Товаровского И.Г. / В.П.Лялюк,
И.Г.Товаровский, Д.А.Демчук и др. // Днепропетровск, изд. «Пороги», 2006. –
276 с.
3. Доменная плавка с вдуванием коксового газа / В.Ф. Пашинский,
И.Г. Товаровский, П.Е. Коваленко, Н.Г. Бойков. – Киев: Техника, 1991. – 104
с.
4. Товаровский И.Г. Системный анализ показателей доменной плавки // В книге
«Познание процессов доменной плавки». Коллективный труд. Под редакцией
В.И. Большакова и И.Г. Товаровского. – Днепропетровск: Пороги, 2006.–
С.296 – 321с.
5. Товаровский И.Г., Большаков В.И. Аналитическое исследование влияния рас-
пределения рудных нагрузок на показатели плавки // Сталь.– №10.– 2006.–
С.7–12.
6. Товаровский И.Г., Большаков В.И. Аналитическое исследование параметров
доменной плавки при неравномерном распределении рудной шихты и кокса
по радиусу колошника // Черные металлы. – 2007. – январь. – С.7–16.
7. Товаровский И.Г., Большаков В.И., Шутылев Ф.М. Выбор рациональных па-
раметров распределения шихты на колошнике экспериментально–
аналитическим методом// Черные металлы.–2007.–июнь.– С.13–19.
Сведения об авторе:
Товаровский Иосиф Григорьевич, докт.техн.наук, профессор, старший научный
сотрудник Института черной металлургии НАН Украины
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22246 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0070 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:01:24Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Товаровский, И.Г. 2011-06-20T22:05:06Z 2011-06-20T22:05:06Z 2008 О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства / И.Г. Товаровский // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2008. — Вип. 16. — С. 57-63. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22246 669.162.2 Рассмотрены два важнейших направления совершенствования доменного
 производства, развиваемые в Институте черной металлургии: комплекс технологий замещения кокса другими энергоносителями при одновременном решении задач энергосбережения, а также обобщение опыта работы доменных печей и аналитические исследования доменной плавки. ru Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Приветствия О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства Article published earlier |
| spellingShingle | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства Товаровский, И.Г. Приветствия |
| title | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| title_full | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| title_fullStr | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| title_full_unstemmed | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| title_short | О развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| title_sort | о развитии в институте черной металлургии некоторых важнейших направлений совершенствования доменного производства |
| topic | Приветствия |
| topic_facet | Приветствия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22246 |
| work_keys_str_mv | AT tovarovskiiig orazvitiivinstitutečernoimetallurgiinekotoryhvažneišihnapravleniisoveršenstvovaniâdomennogoproizvodstva |