Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи

Целью настоящего исследования является анализ и разработка перспективных научно–технических направлений совершенствования и применения различных средств контроля распределения газов в доменных печах. Показано, что для информативного и надежного контроля газораспределения целесообразно оснащение доме...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Большаков, В.И., Лебедь, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2009
Назва видання:	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Теми:	Производство чугуна
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62816
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи / В.И. Большаков, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 67-79. — Бібліогр.: 41 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62816
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-628162025-02-09T12:13:03Z Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи Сучасний стан контролю газорозподілу у доменній печі Modern control condition of gas-distribution in blast furnace Большаков, В.И. Лебедь, В.В. Производство чугуна Целью настоящего исследования является анализ и разработка перспективных научно–технических направлений совершенствования и применения различных средств контроля распределения газов в доменных печах. Показано, что для информативного и надежного контроля газораспределения целесообразно оснащение доменной печи подвижными и стационарными газоотборными зондами под поверхностью засыпи. Приведены перспективные направления внедрений в области автоматизации для повышения эффективности управления доменной плавкой. Метою дослідження є аналіз і розробка перспективних науково-технічних напрямів вдосконалення і застосування різних засобів контролю розподілу газів у доменних печах. Показано, що для інформативного і надійного контролю газорозподілу доцільним є оснащення доменної печі рухомими і стаціонарними газовідбірними зондами над поверхнею засипу. Приведено перспективні напрями впроваджень в області автоматизації для підвищення ефективності управління доменною плавкою. The purpose of present research is analysis and developing of scientific and technical perspective directions for improvement of various control devices of distribution of gases in blast furnaces. It shown, that for an informative and reliable control of gas distribution it is appropriate to equip the blast furnace with mobile and stationary gas-tube sondes under the charge surface. The perspective directions of introductions in the field of automation for increase to improve management of blast furnace smelting are brought. Статья рекомендована к печати: заместитель ответственного редактора раздела «Доменное производство»: докт.техн.наук, проф. И.Г.Товаровский 2009 Article Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи / В.И. Большаков, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 67-79. — Бібліогр.: 41 назв. — рос. XXXX-0070 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62816 669.162.25.008.6 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии application/pdf Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производство чугуна Производство чугуна
spellingShingle	Производство чугуна Производство чугуна Большаков, В.И. Лебедь, В.В. Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
description	Целью настоящего исследования является анализ и разработка перспективных научно–технических направлений совершенствования и применения различных средств контроля распределения газов в доменных печах. Показано, что для информативного и надежного контроля газораспределения целесообразно оснащение доменной печи подвижными и стационарными газоотборными зондами под поверхностью засыпи. Приведены перспективные направления внедрений в области автоматизации для повышения эффективности управления доменной плавкой.
format	Article
author	Большаков, В.И. Лебедь, В.В.
author_facet	Большаков, В.И. Лебедь, В.В.
author_sort	Большаков, В.И.
title	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
title_short	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
title_full	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
title_fullStr	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
title_full_unstemmed	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
title_sort	современное состояние контроля газораспределения в доменной печи
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Производство чугуна
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62816
citation_txt	Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи / В.И. Большаков, В.В. Лебедь // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 67-79. — Бібліогр.: 41 назв. — рос.
series	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
work_keys_str_mv	AT bolʹšakovvi sovremennoesostoâniekontrolâgazoraspredeleniâvdomennojpeči AT lebedʹvv sovremennoesostoâniekontrolâgazoraspredeleniâvdomennojpeči AT bolʹšakovvi sučasnijstankontrolûgazorozpodíluudomenníjpečí AT lebedʹvv sučasnijstankontrolûgazorozpodíluudomenníjpečí AT bolʹšakovvi moderncontrolconditionofgasdistributioninblastfurnace AT lebedʹvv moderncontrolconditionofgasdistributioninblastfurnace
first_indexed	2025-11-25T23:26:32Z
last_indexed	2025-11-25T23:26:32Z
_version_	1849806758605750272
fulltext	67 УДК 669.162.25.008.6 В.И.Большаков, В.В.Лебедь СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОНТРОЛЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Целью настоящего исследования является анализ и разработка перспективных научно–технических направлений совершенствования и применения различных средств контроля распределения газов в доменных печах. Показано, что для ин- формативного и надежного контроля газораспределения целесообразно оснащение доменной печи подвижными и стационарными газоотборными зондами под по- верхностью засыпи. Приведены перспективные направления внедрений в области автоматизации для повышения эффективности управления доменной плавкой. доменная печь, распределение газов, контроль, управление, эффективность Целью настоящего исследования является анализ и разработка пер- спективных научно–технических направлений совершенствования и при- менения различных средств контроля распределения газов в доменных печах. Влияние исследований в области распределения газов по сечению печи на развитие теории и практики доменного производства. Основной особенностью доменной технологии является противоточ- ное вертикальное движение шихтовых материалов и газов в рабочем про- странстве доменной печи. При этом эффективность плавки определяется особенностями взаимодействия опускающейся шихты и восходящего по- тока восстановительных газов. В работе Павлова М.А. [1] отмечено, что наилучшее использование тепловой и химической энергии газов достигается при равномерном рас- пределении газов между кусками материалов, однако неоднородность гранулометрического состава реальной шихты и периферийный подвод дутья через фурмы обусловливают необходимость организации неравно- мерного распределения материалов и газов по сечению печи. При этом степень неравномерности определяется опытным путем в каждом частном случае, а «улучшение в распределении газов влечет за собой понижение их температуры, повышение содержания углекислоты в них и, следова- тельно, сокращение расхода горючего». Очевидно, что эффективное управление газовым потоком в печи воз- можно на основе информации про его фактическое распределение, то есть при его контроле. В работе [1] описана процедура загрузки вручную печей с открытыми колошниками, при которой направленное распределение шихтовых материалов осуществлялось на основе непрерывных визуаль- ных наблюдений распределения выходящих газов по всей поверхности колошника, «судя по образуемому ими факелу об их количестве и темпе- ратуре». 68 Необходимость исследований газораспределения осознана доменщи- ками достаточно давно, при этом актуальность таких исследований воз- растала с увеличением объема доменных печей. Первые крупные иссле- дования в области движения газов [2–6] были посвящены изучению со- става и температуры газа в столбе шихтовых материалов и главным обра- зом в верхней его части – под уровнем (поверхностью) засыпи. Соколов И.А. [2] на основании исследований в 1904г. древесно– угольной печи впервые указал, что состав и температура газов в шахте зависят от распределения материалов на колошнике. Максимум содержа- ния СО2 в газе соответствует большему скоплению железорудных мате- риалов, при этом температура газа находится в обратной зависимости от содержания СО2 и количества рудной составляющей доменной шихты. Несмотря на недостатки исследовательского оборудования, зависимость состава газа и его температуры от распределения материалов с качествен- ной стороны в этих исследованиях была вполне доказана. В начале XX века были опубликованы результаты ряда исследований распределения газового потока в печи [3–5]. В некоторых из них рассмат- ривались вопросы взаимосвязи газораспределения и условий загрузки. Так в работе [4] отмечено влияние уровня засыпи, а в работе [5] авторы обращали внимание на конструкцию загрузочного устройства. Первые крупные комплексные исследования доменной плавки, по- священные движению шихтовых материалов и газов в печи, были прове- дены в США в 1923–1929 гг. и опубликованы Кинни С.П. [6]. Для иссле- дований распределения газов в столбе шихты с одной стороны печи объе- мом 700 м3 на четырех горизонтах были расположены отверстия, через которые при помощи охлаждаемой трубы отбирались пробы газа, хро- мель–алюмелевой термопарой замерялась температура, а трубкой Пито − давление. Следует отметить, что по результатам исследований Кинни сделал ряд ошибочных выводов, которые при поддержке ряда сторонников на неко- торое время ограничили развитие объема доменных печей [7]. Сторонни- ки этого мнения оспаривали целесообразность строительства больших доменных печей в СССР. Группа исследователей под руководством ака- демика М.А.Павлова опровергла эти утверждения на основе результатов исследований [8], проведенных в 30–х гг. прошлого века на доменных печах объемом до 1300 м3. Исследования проводились на более высоком техническом уровне, чем предыдущие: с трех сторон на верхнем горизон- те и с двух противоположных сторон на двух нижних горизонтах были расположены отверстия в печи для контроля газораспределения [9]. Ре- зультаты исследований подтвердили вывод Соколова И.А. [2] о неравно- мерной работе печи по окружности, установлена взаимосвязь между тем- пературой и химическим составом газа, экспериментально подтверждено более эффективное использование восстановительных газов на больших печах. 69 Основные тенденции развития и классификация существующих средств контроля газораспределения Первые исследования распределения газов в доменных печах осуще- ствлялись, как правило, с применением оборудования, проектируемого исследователями самостоятельно, исходя из условий экспериментов и имеющихся технических возможностей. Это обусловливало подробное изложение методики исследований и особенностей исследовательского оборудования [6, 8]. Следует отметить, что различие условий контроля распределения газов приводило к осложнению обобщенного анализа ре- зультатов исследований, а иногда и к ошибочным выводам. По мере раз- вития понимания технологами важности получения регулярной информа- ции о газораспределении происходило расширение метрологического ос- нащения доменных печей стандартными средствами контроля распреде- ления газов, обслуживаемых специализированным персоналом. Совер- шенствование технологии доменной плавки, сопровождаемое увеличени- ем давления и температуры газов в рабочем пространстве печи, способст- вовало непрерывному повышению требований к средствам контроля па- раметров плавки по точности и надежности. При многообразии применяемых в настоящее время средств контроля газораспределения можно условно произвести их классификацию по ха- рактерным особенностям: – по измеряемому параметру газовой среды (давление, скорость, тем- пература, химический состав); – по конструкции (стационарные и подвижные); – по степени взаимодействия с газовой средой (контактные и бескон- тактные); – по расположению относительно элементов структуры столба шихты (над поверхностью засыпи шихты и под ней). Контроль распределения статического давления газа по радиусу верх- ней части столба шихты не получил широкого распространения вследст- вие его малой информативности. Данный параметр газовой среды эффек- тивно применяется при контроле газодинамических процессов в верти- кальных сечениях печи, а также для контроля положения зоны размягче- ния и плавления. В теории доменной плавки сформулировано основное требование для достижения высокой эффективности плавки – обеспечение рационального соотношения количества шихтовых материалов и восстановительных га- зов по сечению печи [1]. Поэтому естественным является стремление до- менщиков к получению информации о количественном распределении газового потока, которое характеризуется распределением его действи- тельных скоростей в слое шихты. Различными исследователями выполня- лись измерения скорости газа трубками Пито [6, 10], однако, несоответст- вие эквивалентных диаметров просветов трубок и пустот в слое шихты приводит, по данным работы [11], к погрешности измерения скорости газа 70 от 20 до 100% и более, что делает указанный метод малоприемлемым для использования. Основным недостатком существующих способов измере- ния скорости газа под поверхностью засыпи шихты как метода контроля радиального газораспределения является то, что измеренная скорость от- носится лишь к локальной струе, проходящей в межкусковом канале не- известного и непрерывно изменяющегося сечения. Известен метод [12] измерения интенсивности газового потока по сечению доменной печи с помощью радиоактивных изотопов. В настоящее время отсутствуют достаточно надежные устройства для определения скорости газа в слое шихты, поэтому степень неравномерно- сти распределения газового потока в основном оценивается по составу или температуре газа. Для определения состава и измерения температуры по радиусу колошника применяются два основных типа устройств, в ко- торые вмонтированы трубки для отбора проб газа или термопары: – периодически вводимые в печь на разных уровнях зонды [13, 14]; – стационарные балки, устанавливаемые в верхней части печи под оп- ределенным углом над или под уровнем засыпи [14, 15]. Существуют конструкции зондов для одновременного отбора проб га- за и измерения его температуры [15–17], широко применяются также от- борные устройства с охлаждением (технической водой или азотом). Конструкции устройств контроля радиального газораспределения в слое шихты недостаточно надежны при длительной эксплуатации. Так, использование подвижных устройств осложняется деформацией отбор- ных труб под воздействием движущихся шихтовых материалов и трудо- емкостью очистки отверстий в кладке печи. Использование стационарных балок, устанавливаемых под уровнем засыпи, является также не надеж- ным вследствие быстрого засорения отборных трубок и разрушения тер- мопар. Следует отметить, что выход из строя наиболее распространенных хромель–алюмелевых термопар в большинстве случаев связан не с пря- мым механическим воздействием, а с их быстрым науглероживанием в процессе эксплуатации при высокой температуре (до 8000С), вследствие чего они становятся хрупкими. Более надежными устройствами являются радиальные балки или трубы, устанавливаемые над поверхностью засыпи шихты, где они подвергаются только нагреву и периодическому воздейст- вию загружаемых в печь материалов. Преимуществами устройств этого типа являются простота замены их на работающей печи, более длитель- ный срок эксплуатации термопар вследствие меньших значений темпера- тур над поверхностью засыпи, возможность непрерывного контроля газо- распределения [17]. Для измерения распределения температуры газового потока приме- няются также устройства, в которых измеритель не контактирует непо- средственно с контролируемой средой (бесконтактные средства), а реги- стрирует тепловое излучение. С точки зрения достоверности информации зонды с оптическим измерением температуры значительно лучше зондов 71 с термопарами (термозондов) за счет значительно меньшей инерционно- сти [18]. Однако испытания оптических зондов показали, что световод, находящийся между приемником излучения и шихтой, истирается и ска- лывается при движении зонда в шихте, кроме того, конструкция оказыва- ется в условиях ударов и вибраций слишком сложной. С 80–х гг. прошло- го века внедряется перспективная бесконтактная аппаратура инфракрас- ного типа для контроля распределения температурного поля на колошни- ке доменной печи (термографы, термовизоры). Одной из реализаций этого типа устройств является система «Спиротерм» [19,20], которая формально не предназначена для контроля газораспределения, однако по анализу динамики разогрева шихты позволяет получить информацию о распреде- лении газового потока [21]. Для точного измерения температур системой «Спиротерм» необходима информация об уровне и форме профиля по- верхности засыпи [20], что обусловливает наибольшую эффективность применения этой системы при наличии в составе АСУ печи профилемера. Современными вариантами контролирующих устройств, получивших ши- рокое распространение в последнее время, являются системы с инфра- красными видеокамерами. Системы этого типа менее дорогостоящие по сравнению со «Спиротермом», однако при этом ни одна из них, среди действующих на доменных печах Украины и России, не обладает такой надежностью в работе и удобством в получении архивной информации. Совершенствование газоотборных средств контроля газораспределе- ния осуществлялось как в конструктивно–механической, так и в метроло- гической части применяемых устройств, что обеспечивало повышение их надежности и достоверности результатов контроля. Так, например, в ра- боте [22] предложена схема модернизации привода подвижного газоот- борного зонда для уменьшения изгиба и вибраций. Авторами работы [17] для выполнения исследований было спроектировано и изготовлено специ- альное стационарное отборное устройство, позволяющее одновременно отбирать пробу газа и замерять его температуру в любой точке радиуса колошника, при этом для уменьшения инерционности термопары горячий спай ее был выведен непосредственно в газовую среду. Сотрудниками ИЧМ [23] разработан подвижный охлаждаемый термозонд со специаль- ным съемным наконечником, что позволяет осуществлять малоинерцион- ные измерения температуры под поверхностью засыпи открытым спаем. Контроль распределения химсостава газов по радиусу печи подвиж- ными газоотборными зондами на многих печах осуществляется при опре- делении содержания компонентов в пробах газа в специальных лаборато- риях, что обусловливает значительное запаздывание (2–4 часа) результа- тов контроля. С конца 70–х гг. прошлого столетия получили распростра- нение системы автоматического отбора и анализа колошникового газа по радиусу печи, которые были внедрены на ДП №8 завода «Криворож- сталь» и ДП №6 Новолипецкого металлургического завода. Принцип дей- ствия таких систем отличается тем, что анализ газа проводится оптико– 72 акустическими газоанализаторами непосредственно на площадке его от- бора. Поэтому транспортное запаздывание газа на анализ сводится к ми- нимуму и контролировать его распределение можно практически после опускания каждой подачи [24]. Системой автоматического контроля па- раметров газораспределения на ДП №6 НЛМК осуществлялось также из- мерение температуры газа, при этом в отличие от других подобных сис- тем процесс контроля был полностью автоматизирован и управлялся вы- числительным комплексом [25]. Современные требования к метрологическому обеспечению доменной плавки подразумевают наличие на печи средств контроля распределения газового потока, которые должны предоставлять технологическому пер- соналу следующую информацию [26]: – скорость и расход газового потока в печи; – распределение температурного поля на колошнике; – распределение по диаметру печи температуры и содержания CO, CO2 и H2 в газе под уровнем засыпи. На практике оснащенность многих доменных печей средствами кон- троля газораспределения не соответствует необходимому объему. Кроме того, минимальная погрешность большинства измеряющих устройств со- ставляет 2,5–4,0% при предельно допустимом для доменной плавки уров- не 2,0%. В работе [26] отмечено, что для автоматизированного управления доменной плавкой с применением ЭВМ необходимо определять содержа- ние составляющих газа с погрешностью ±(0,5–1,0)%, что достигается с применением новых масс–спектрометров, отличающихся также высокой надежностью и быстродействием. В настоящее время в составе комплекса АСУ ДП №9 «АрселорМиттал Кривой Рог» («Криворожсталь») для кон- троля газораспределения используется автоматизированная масс– спектрометрическая газоаналитическая система «Гранат», обеспечиваю- щая технологов достаточно точной и оперативной информацией о распре- делении химсостава газа по двум диаметрам верхнего сечения шахты пе- чи. Эксплуатация средств контроля параметров газораспределения неиз- бежно приводит к их износу и уменьшению точности измерений. Для вос- становления заданных метрологических характеристик рабочих средств измерения необходимо периодически (по установленному графику) на- правлять их на планово–предупредительный ремонт и осуществлять мет- рологическую калибровку по утвержденным методикам. Таким образом, с учетом вышеизложенного для информативного и надежного контроля газораспределения в верхней части столба шихты, в достаточной мере характеризующего общий ход плавки, целесообразно оснащение доменной печи следующими устройствами: подвижными газо- отборными зондами под поверхностью засыпи, работающими в автомати- ческом режиме с местным определением полного химического анализа газа с помощью современных масс–спектрометров, и стационарными зон- 73 дами над поверхностью засыпи с установленными в заданных точках по радиусу колошника малоинерционными термопарами. Эффективность применения указанных средств контроля в значительной мере определя- ется особенностями их конструкции и расположением относительно по- верхности засыпи шихты. Установка подвижных зондов для отбора проб газа в столбе шихты на горизонте вблизи рабочего уровня засыпи шихты при воронкообразном профиле засыпи приводит к искажению результатов контроля газораспре- деления вследствие частичного смещения газового потока к оси печи в верхних слоях шихты. Размещение газоотборных зондов на значительном расстоянии (более 3–4 м) от поверхности засыпи приведет к анализу хи- мического состава недоиспользованных печных газов, т.е. не в полной мере характеризующих конечное состояние массообменных восстанови- тельных процессов в столбе шихтовых материалов. При выборе местоположения над поверхностью засыпи неподвижных (стационарных) термозондов необходимо стремиться к максимально близкому их расположению к рабочему уровню засыпи, однако для уве- личения срока эксплуатации зондов слои загружаемой в печь шихты не должны достигать их корпуса, что в большинстве случаев может быть обеспечено расстоянием 0,5–0,6 м. Близкое расположение термозондов к поверхности засыпи обусловливает уменьшение их влияния на процесс формирования слоя загружаемой шихты и, следовательно, на распределе- ние материалов в соответствующем секторе колошника. Так, в работе [27] отмечено возникновение после выгрузки порций шихты на поверхности засыпи заметного диаметрального углубления, смещенного относительно оси термобалок на угол 6º в сторону вращения лоткового распределителя БЗУ при расстоянии от поверхности шихты до термопар зонда 2,3–2,7 м. В конструкции термозонда должен быть предусмотрен непосредственный контакт «горячих» спаев термопар с потоком восходящих газов, а также возможность аварийного охлаждения термопар при превышении допус- тимого диапазона измеряемых температур. Применение результатов контроля газораспределения для анали- за хода доменной плавки Как отмечено выше, в процессе развития доменной технологии было произведено множество исследований газораспределения в печах на раз- личных уровнях. При этом известно [8], что характер распределения тем- ператур, состава газов и его давления сохраняется на различных горизон- тах шахты доменной печи, то есть соответствует характеру газораспреде- ления в верхней части столба шихты при изменении абсолютных значе- ний параметров газа. Сотрудниками ВНИИМТ по результатам исследова- ний [17] установлено соответствие полей концентраций двуокиси углеро- да СО2 в газе или его температуры над и под уровнем засыпи, и наличие тесной взаимосвязи между составом и температурой газа над поверхно- стью засыпи. При этом отмечено небольшое изменение характера газо- 74 распределения над поверхностью засыпи вследствие наличия смешивания газового потока при его движении к газоотводам. В работе [27] выполне- ны подобные исследования взаимосвязей, по результатам которых разра- ботана математическая модель оценки радиального распределения СО2 в газе на основе текущего распределения температуры газового потока. По- этому для регулярной и оперативной диагностики хода плавки посредст- вом контроля распределения газового потока необходимо и достаточно расположение устройств контроля на верхних горизонтах доменной печи (над и под поверхностью засыпи шихтовых материалов). Практика повышения технико–экономических показателей за счет эффективного управления распределением шихтовых материалов по ра- диусу колошника на основе информации о газораспределении в печи со- пряжена с появлением и внедрением бесконусных загрузочных устройств [20, 28]. При этом наиболее распространенным критерием управления загрузкой в отечественной практике является диаграмма доли СО2 [29], однако результаты контроля распределения температуры колошникового газа с помощью термозондов также эффективны для формирования ра- ционального распределения шихты [30]. Значительная часть современных устройств позволяет осуществлять контроль параметров радиального газа только в определенных точках се- чения печи, поэтому важна обоснованность выбора их расположения. Многие доменщики на основе понимания неравнозначности кольцевых зон одинаковой ширины, расположенных на различном расстоянии от оси печи, стремились обеспечить соответствие точек контроля газового пото- ка кольцевым зонам равной площади. Такой способ контроля при допу- щении равномерности распределения количества газов по радиусу печи позволяет качественно оценить степень влияния газа определенной коль- цевой зоны на химсостав общего колошникового газа, т.е. на эффектив- ность плавки в целом. Аналогичный подход был использован после соз- дания бесконусных загрузочных устройств при выборе значений рабочих углов наклона лоткового распределителя, обеспечивающих загрузку ма- териалов в середины равновеликих по площади кольцевых зон колошни- ка, что должно было обеспечить связь угловых позиций лотка и парамет- ров колошникового газа в характерных точках контроля газораспределе- ния. На разных предприятиях конструкция термозондов или методика от- бора радиального газа может существенно отличаться, что зачастую ос- ложняет сравнение характера газораспределения на двух (или более) раз- личных печах. Известны исследования, посвященные обоснованному вы- бору расположения точек отбора проб радиального газа. Так, в работе [31] приводится основанный на ряде допущений расчет для определения точек отбора газа по радиусу печи при заданном количестве равновеликих ко- лец, на которое разбивается вся площадь колошника. 75 В ряде научных работ рассмотрены вопросы адекватной оценки газо- распределения для анализа эффективности доменной плавки. В публика- ции [32] указывается необходимость учета скоростей газового потока, величину которых в первом приближении можно заменить температура- ми, при этом площадь, ограниченная кривой СО2/t, характеризует контакт газов со столбом шихты, а степень отклонения этой кривой от прямой – неравномерность структуры столба шихты. Для эффективного управления распределением шихтовых материалов на колошнике на основе данных о распределении газового потока важно определить наиболее информативный момент выполнения отбора проб радиального газа под поверхностью засыпи с учетом особенностей при- меняемой программы цикла загрузки и других факторов, влияющих на газораспределение. В работе [33] установлено, что газораспределение в верхних слоях шихты существенно зависит от изменений фактического уровня засыпи при загрузке порций, заданных программой загрузки. Ре- зультаты работы [33] подтверждают необходимость систематизированно- го изучения влияния различных технологических факторов на газораспре- деление в верхней части столба шихты, что позволит разработать обосно- ванный регламент отбора проб газов и оценить степень взаимосвязи рас- пределения химического состава газов с распределением шихтовых мате- риалов в печи. Важное место в контроле газораспределения занимают расчетные ме- тодики, позволяющие на основе выбора критериев оценки или аналитиче- ской свертки параметров распределения газов осуществлять сопоставле- ние его различных вариантов. Ряд работ [34–36] характерен схожей схе- мой определения показателей количественной оценки радиального рас- пределения в доменной печи, основанной на сопоставлении площадей треугольников, вписанных под диаграммами распределения СО2, что по мнению исследователей является мерой степени развития периферийного и осевого потоков и их соотношения. Следует отметить, что такой способ оценки применим только при распределении газов, которое, как правило, наблюдается на печах, оснащенных конусными загрузочными устройст- вами. Применение расчетных методов позволяет расширить набор доступ- ных технологу параметров газового потока, а в некоторых случаях каче- ственно проверить результаты прямых измерений. Так, академиком М.А.Павловым разработан метод расчета состава колошниковых газов по заданной степени прямого восстановления железа, пользуясь которым, он обнаружил ошибочность значительной части встречающихся в литературе данных о составе колошниковых газов, что объяснялось неполнотой по- глощения окиси углерода при анализе [37]. Известны разработки расчетных методов количественного распреде- ления газов по кольцевым зонам печи на основе данных о химическом составе радиального и общего колошникового газа при известной величи- 76 не расхода последнего. В работе [38] сформулирован принцип такого рас- чета, реализованный в системе уравнений для трех условных кольцевых зон колошника: периферийной, промежуточной и осевой. Результаты дру- гих исследований, изложенные в публикациях [39–41], основаны на рас- ширении существующей схемы расчета для более точного учета матери- ального баланса. По методикам [38–40] на основе данных о распределе- нии газового потока можно оценить распределение шихтовых материалов по сечению печи. Уровень развития этого направления научных разработок в настоящее время не обеспечивает достаточно широких возможностей контроля для эффективного управления доменной плавкой посредством формирования рационального распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению печи, особенно для доменных печей, оснащенных бесконусными загрузочными устройствами. Для этого необходимо разработать универ- сальный комплекс технологических требований к уровню оснащенности печей средствами контроля газораспределения и создать методическую базу оперативной оценки хода доменной плавки по распределению газов в печи, что является одним из важнейших направлений деятельности Ин- ститута черной металлургии в последние годы. Заключение. Эффективность доменной плавки в значительной мере определяется распределением газового потока по сечению печи, что обусловливает не- обходимость осуществления достоверного и информативного контроля газораспределения. По мере развития доменной технологии происходит совершенствование метрологического оснащения доменных печей сред- ствами контроля распределения газов при непрерывном повышении тре- бований к ним по точности и надежности. Существуют различные способы и конструкции устройств для кон- троля газораспределения, однако значительная часть из них не обеспечи- вает достаточного уровня достоверности информации и надежности экс- плуатации. Для информативного и надежного контроля газораспределе- ния в верхней части столба шихты, в достаточной мере характеризующего общий ход плавки, целесообразно оснащение доменной печи подвижны- ми газоотборными зондами под поверхностью засыпи, работающими в автоматическом режиме с местным определением полного химического анализа газа с помощью современных масс–спектрометров, и стационар- ными зондами над поверхностью засыпи с установленными в заданных точках по радиусу колошника малоинерционными термопарами. Важное место в контроле газораспределения занимают расчетные ме- тодики, позволяющие на основе выбора критериев оценки или аналитиче- ской свертки параметров распределения газов осуществлять сопоставле- ние его различных вариантов. Уровень развития этого направления науч- ных разработок в настоящее время не обеспечивает достаточно широких возможностей для эффективного управления доменной плавкой посредст- 77 вом формирования рационального распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению печи. В современных условиях нестабильной конъюнктуры мирового рынка для обеспечения экономичного режима доменной плавки при переменной ее интенсивности и нестабильных шихтовых условиях, для обоснованного выбора управляющих воздействий на ход плавки необходимо применение на доменных печах эффективного инструментария. Необходимо разрабо- тать и внедрить комплекс технологических требований к уровню осна- щенности печей средствами автоматизации (в том числе устройствами контроля газораспределения), расчетно–методической базы оперативной оценки состояния доменной плавки и разработать регламент их использо- вания. 1. Павлов М.А. Металлургия чугуна. Ч.2. Доменный процесс. / М.: Метал- лургиздат, 1945. – 492с. 2. Соколов И.А. Технические исследования работы древесно–угольных до- менных печей. – Свердловск, 1922. 3. Левин и Нидт. Исследование состава газов доменной печи. / ЖРМО. – 1911. – 2ч. – С.442–456. 4. Левин и Вессельман. Зависимость между составом колошниковых газов и прочими условиями работы доменной печи. / ЖРМО. – 1914. – 2 ч. – С.429– 436. 5. Булле и Ленинге.// Berichte. – 1926. – №78. 6. Кинни С.П. Движение шихты и газов в доменной печи. // ДОМЕЗ. – 1930. – №3–7. 7. Половченко И.Г. Движение шихтовых материалов и газов в доменной печи. – Харьков: Металлург, 1958. – 164с. 8. Доменный процесс по экспериментальным данным // Труды ЛПИ им. М.И.Калинина. – Ленинград, 1949. – №2. – 346с. 9. Исследование работы шахты и горна доменной печи №1 Магнитогор- ского завода. / И.З.Козлович, Я.М.Гольмшток, В.Т.Басов и др. // Совет- ская металлургия. – 1935. – №5–6. 10. Штекер, Корнелиус. К вопросу о распределении газов в шахте доменной печи. // ДОМЕЗ. – 1931. – №2. 11. Кузнецов Р.Ф., Чукин В.В. К методике измерения скоростей газа в слое пнев- мотрубками // Сб. научн. трудов ВНИИМТ. – 1969. – №16. – С.40–49. 12. Методика исследования интенсивности газового потока по сечению верхнего горизонта шахты доменной печи с помощью радиоактивных изотопов / К.М.Бугаев, И.П.Семик, Ю.П.Беляев и др. // Труды ДонНИИчермет. Сер. Ме- таллургия чугуна. – 1969. – №12. – С.74–86. 13. Шпарбер Л.Я. Дистанционный отбор проб газа по радиусу колошника. / Металлург. – 1956. – №9. – С.35–36. 14. Сучков И.А., Бурцев В.В. Автоматический контроль газораспределения в шахте доменной печи // Сталь. – 1958. – №2. – С.110–113. 15. Некрасов З.И., Ободан Я.М. Автоматический контроль состава и темпера- туры газов по диаметру печи. // Металлург. – 1959. – №3. – С.5–7. 78 16. Полтавец В.В. Контроль распределение газа по радиусу колошника домен- ной печи. // Бюллетень ЦНИИЧМ. – 1961. – №7 (411). 17. Паршаков В.М., Бабушкин Н.М., Тимофеев В.Н. Разработка метода контро- ля распределения газового потока по радиусу печи // Теплотехника домен- ного и агломерационного процессов. Сб. научн. трудов ВНИИМТ. – №14. – М.: Металлургия, 1966. – С.292–305. 18. Дукарский С.М. Черная металлургия. // Бюл. НТИ. – 1969. – сер.15. 19. Контроль распределения температур поверхности на колошнике доменной печи / М.Н.Байрака, Н.С.Гринштейн, А.К.Тараканов и др. // Сталь. – 1985. – №4. – С.3–7. 20. Большаков В.И. Теория и практика загрузки доменных печей. – М.: Металлур- гия, 1990. – 256 с. 21. А.С.1330163 СССР. Способ определения радиального распределения газо- вого потока на колошнике доменной печи / Б.М.Мирошниченко, В.И.Большаков, М.Н.Байрака и др. // №3922725; заявл. 22.04.85; опубл.15.08.87, Бюл.№ 30. 22. Б.М.Раковский. Устройства для текущего контроля работы доменных пе- чей. // Металлург. – 1959. – №7. – С.10–12. 23. Новый термозонд для исследования температурных полей в доменных пе- чах / И.Н.Эльке, Г.Ю.Воронин, А.Г.Ульянов и др. // Сталь. – 1985. – №7. – С.8–10. 24. Автоматический отбор и анализ колошникового газа / С.З.Немченко, А.И.Таранец, Н.Ш. Гринштейн и др // Металлургическая и горнорудная про- мышленность. – 1979. – № 4. – С.55–56. 25. Совершенствование методов контроля параметров газораспределения домен- ной печи с помощью ЭВМ / Н.С.Антипов, А.П.Калинин, М.М.Шмонин и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 1981. – № 2. – С.48–49. 26. Серов Ю.В., Михалевич А.Г. Метрологическое обеспечение доменной плавки // Сталь. – 1980. – № 2. – С.88–93. 27. В.И.Большаков, В.В.Лебедь. Исследование взаимосвязи распределения темпе- ратуры и химического состава газового потока по радиусу доменной печи // «Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии». Сб. науч. тр. ИЧМ . – 2006. – Вып.13. – С.27–35. 28. Большаков В.И., Покрышкин В.Л., Шутылев Ф.М. Совершенствование спо- собов загрузки доменных печей в СССР и за рубежом. // Обзорная иформа- ция ин–та «Черметинформация», сер. Подготовка сырьевых материалов к металлургическому переделу и производство чугуна. – Вып. 2. – М., 1983. – 32с. 29. Особенности распределения материалов в доменной печи объемом 5000 м3 с бесконусным загрузочным устройством / В.Л.Покрышкин, В.И.Больша- ков, И.Т.Хомич и др. // Сталь. – 1982. – №11. – С.13–16. 30. Освоение загрузки реконструированной доменной печи Нижнетагильского металлургического комбината. / В.И.Большаков, Н.Г.Иванча, В.В.Лебедь и др. // Бюл. НТЭИ. Черная металлургия. – 2005. – Вып. 11(1271). – С.34–40. 31. Котов В.Г., Быков М.С. О рациональной методике контроля распределения газового потока по сечению доменной печи // Известия вузов. Черная ме- таллургия. – 1974. – №2. – С.45–47. 32. Сорокин В.А. Комплексная автоматизация доменных печей. – М.: Метал- лургиздат, 1963. – 280 с. 79 33. Большаков В.И., Лебедь В.В. Исследование распределения химсостава газов по радиусу доменной печи // Металлургическая и горнорудная промышлен- ность. – 2009. – № 2. – С.6–10. 34. Влияние режимов загрузки и дутья на распределение потока газов по ради- альному сечению верха доменной печи / Г.А.Воловик, Е.Г.Донсков, В.И.Бондаренко и др. Проблемы автоматизированного управления домен- ным производством. – К.: Наукова думка, 1974. – С.93–99. 35. Тарасов В.П., Тарасов Ф.П. Выбор критерия оценки распределения газово- го потока по радиусу доменной печи // Проблемы автоматизированного управления доменным производством. – М.: Металлургия, 1974. – С.96– 104. 36. Автоматическое управление газодинамическим режимом доменной печи. / К.А.Шумилов, А.М.Довгаль, В.Л.Мельничук и др. – М.: Металлургия, 1982. – 104 с. 37. Рамм А.Н. Работы академика Михаила Александровича Павлова в области металлургии чугуна. // Металлургия чугуна. Труды ЛПИ. – Вып. №179. – М.:Металлургиздат, 1955. – С.5–17. 38. Апарин Б.В., Грузинов В.К., Грузинов В.В. О связи между распределением материалов на колошнике и температурным полем в шахте доменной печи // Известия вузов. Черная металлургия. – 1968. – №2. – С.27–31. 39. Мойшелис П.Л., Швыдкий В.С., Ярошенко Ю.Г. Расчет распределения ко- лошникового газа и шихтовых материалов по сечению верхней части до- менной печи // Известия вузов. Черная металлургия. – 1971. – №10. – С.148–151. 40. Определение количественного распределения газового потока и материалов по радиальному сечению доменной печи / Б.В.Боклан, Е.Г.Донсков, В.И.Бондаренко и др. // Металлургия и коксохимия. – 1974. – №38. – С.34– 39. 41. Товаровский И.Г., Бондаренко В.И. Методика оценки радиальной неравно- мерности работы газового потока в доменной печи // Металлургия и коксо- химия. – 1975. – №43. – С.29–36. Статья рекомендована к печати: заместитель ответственного редактора раздела «Доменное производство»: докт.техн.наук, проф. И.Г.Товаровский В.І.Большаков, В.В.Лебедь Сучасний стан контролю газорозподілу у доменній печі Метою дослідження є аналіз і розробка перспективних науково-технічних на- прямів вдосконалення і застосування різних засобів контролю розподілу газів у доменних печах. Показано, що для інформативного і надійного контролю газороз- поділу доцільним є оснащення доменної печі рухомими і стаціонарними газовід- бірними зондами над поверхнею засипу. Приведено перспективні напрями впро- ваджень в області автоматизації для підвищення ефективності управління доменною плавкою.

Современное состояние контроля газораспределения в доменной печи

Репозитарії

Схожі ресурси