Актуальность работы. Преимущества бесконусных засыпных устройств (БЗУ) лоткового типа общеизвестны. Наибольшая эффективность использования БЗУ достигается при четком согласовании программы выгрузки шихты из бункеров с программой формирования порции в бункерах. Задача формирования порции в бункере БЗУ наиболее остро стоит при ограниченных возможностях системы подачи шихты с рудного двора на реконструированных доменных печах. Это обусловлено необходимостью размещения бункеров на ограниченных площадях. Теоретический анализ, основанный на современной теории сыпучих сред, позволяет сформировать научный подход к решению конкретных задач. Эффективность решения этих задач во многом определяется достоверностью данных, которые могут быть получены только экспериментальным путем и адекватностью математических моделей, используемых в прогнозных расчетах.
Поэтому экспериментальные и теоретические исследования закономерностей формирования столба шихтовых материалов в доменной печи, направленные на разработку технических решений, обеспечивающих целенаправленное формирование столба шихтовых материалов в доменной печи, являются актуальными задачами, имеющими практическое значение.
Цель работы. Основная цель диссертационного исследования состояла в совершенствовании математических моделей формирования столба шихтовых материалов на основе экспериментальных исследований и теоретического анализа процессов движения сыпучих сред и разработке рекомендаций по совершенствованию загрузки шихты на доменных печах, оборудованных бесконусным загрузочным устройством.
Достижение поставленной цели потребовало:
- проведения экспериментальных исследований траекторий выгрузки на колошник шихтовых материалов;
- уточнения математических моделей и разработки программного обеспечения для прогнозной оценки распределения компонентов шихты на поверхности засыпи;
- выявления факторов, влияющих на колебания состава продуктов плавки;
- организации и проведения промышленных исследований разработанных мероприятий.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Получены новые данные о характере ссыпания шихты с лотка БЗУ и формирования профиля засыпи в печи. Уточнены значения углов откоса и коэффициентов внутреннего трения при укладке материалов на колошнике.
2. Установлено, что формой профиля гребня является трапеция. Для расчета параметров трапеции разработана математическая модель.
3. Развиты представления о факторах, определяющих колебания состава продуктов плавки.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Разработаны, опробованы и частично внедрены научно обоснованные рекомендации по загрузке шихты в доменные печи, которые базируются на использовании уточненных математических моделей и результатах промышленных исследований.
2. Разработанные математические модели могут использоваться как при выборе программы загрузки многокомпонентной шихты, так и при выборе реконструктивных мероприятий.
Внедренный комплекс рекомендаций и мероприятий по совершенствованию загрузки шихты на доменных печах, оборудованных бесконусным загрузочным устройством, обеспечил снижение доли некондиционного чугуна по содержанию серы на 1,4 % (абс.) и увеличение коэффициента извлечения ванадия на 1,12 % (абс.).
Достоверность полученных результатов основывается на использовании современных методик исследования и подтверждена опытно-промышленными испытаниями на работающих доменных печах.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на международном конгрессе доменщиков «Доменное производство - XXI век» (г. Москва, 2010 г), на международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (г. Екатеринбург, 2009 г), на международной научно-практической конференции «Повышение качества образования и научных исследований» в рамках VII Сатпаевских чтений (г. Экибастуз, 2008 г), на 38-ой и 39-ой международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «НТМК» (г. Н. Тагил, 2006 и 2007 гг), на XIV отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2008 г), на региональных научно-технических конференциях «Наука - Образование - Производство»: опыт и перспективы развития (г. Нижний Тагил, 2009 и 2011 гг), на региональных научно-практических конференциях студентов и аспирантов «Молодежь и наука» (г. Нижний Тагил, 2007, 2009 и 2010 гг).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 20 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 119 наименований; изложена на 158 стр. машинописного текста, включая 76 рисунков и 23 таблиц.
На защиту выносятся:
- результаты исследований особенности формирования столба шихтовых материалов с использованием БЗУ;
- практические результаты использования разработанных математических моделей;
- результаты промышленной реализации разработанных мероприятий по повышению стабильности химического состава ванадиевого чугуна на доменных печах, оборудованных БЗУ.
1. В результате экспериментального изучения траекторий движения шихты адаптирована модель, позволяющая прогнозировать укладку материала на колошнике доменных печей, оборудованных бесконусным загрузочным устройством.
2. Установлено, что одной из причин колебаний химического состава продуктов плавки является неравномерность распределения компонентов железорудных материалов и флюсов по сечению колошника.
3. Научно обоснован, разработан и внедрен комплекс рекомендаций по
совершенствованию загрузки шихты на доменных печах, оборудованных бесконусным загрузочным устройством, что обеспечило снижение доли некондиционного чугуна по содержанию серы с 3,4 до 2 % (абсолютных) и увеличение коэффициента извлечения ванадия с 81,74 до 82,86 % (абсолютных).
4. Показано, что обеспечение стабильного гарниссажа в районе заплечиков печи может быть достигнуто путем управления рудной нагрузкой в периферийной зоне печи. Предложена математическая модель для реализации такого управления.
5. Результаты диссертационного исследования могут использоваться, как для совершенствования технологии выплавки чугуна на доменных печах, так и служить основой при принятии реконструктивных и проектных решений.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
