ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО ПЕРИОДА АГЛОМЕРАЦИОННОГО ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ ГОРНА
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРАТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ПУБЛИКАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРАТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ПУБЛИКАЦИИ
Актуальность работы
Режим нагрева шихты и зажигания твердого топлива зависит от характеристик конкретных шихтовых материалов и вида топлива, сжигаемого в горне над слоем. В дальнейшем режим нагрева оказывает существенное влияние на ход процесса спекания и во многом определяет качество агломерата, производительность агломашины и выбросы в атмосферу вредных веществ. Конструкция горна должна обеспечивать необходимую температуру и продолжительность зажигания с минимальными затратами тепла. Указанное предполагает необходимость разработки методики расчета продолжительности зажигания твердого топлива агломерационной шихты, которую также возможно было бы использовать в алгоритме системы автоматического управления тепловым режимом горна.
Цель работы: исследование теплотехнических особенностей процесса агломерации железорудных материалов и создание энергоэффективной конструкции зажигательного горна.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
- разработана методика расчета продолжительности зажигания агломерационной шихты с учетом ее свойств и вида газообразного топлива;
- разработана энергоэффективная конструкция зажигательного горна, отапливаемого различными видами газообразного топлива;
- разработан алгоритм и система автоматического управления работой горна с учетом полного цикла работы агломашины;
- проведены исследования тепловой работы горнов разработанной конструкции на агломерационных машинах различной производительности.
Методы исследований
Использовались методы математического моделирования, фундаментальные закономерности и основные положения процессов тепломассообмена в агломерационном производстве, а также проводились экспериментальные исследования на промышленных агрегатах.
Научная новизна:
1. Установлена зависимость количества выгоревшего углерода топлива шихты от концентрации кислорода в продуктах сгорания газообразного топлива в горне.
2. Получено выражение для расчета скорости фильтрации продуктов сгорания через слой под горном и степени дросселирования вакуум-камер при нагреве шихты и в режиме зажигания.
3. Разработана методика расчета времени зажигания агломерационной шихты в зависимости от конкретных начальных условий, включающих характеристики шихтовых материалов, вид газообразного топлива и планируемые затраты тепла на зажигание.
4. Разработан алгоритм системы автоматического управления тепловым и газодинамическим режимами работы зажигательного горна, базовым параметром которого является удельный расход тепла на зажигание, включающий и физическое тепло воздуха горения.
Практическая значимость
Полученная зависимость количества выгоревшего в слое углерода топлива от содержания свободного кислорода в газе на выходе из слоя позволяет определить необходимый режим сжигания (а - коэффициент расхода воздуха) и, при необходимости, регулировать концентрацию кислорода добавкой атмосферного воздуха в слой.
Методика расчета продолжительности зажигания используется при конструировании горна, а именно: для определении его длины, как в случае модернизации существующих агломерационных машин, так и при создании новых.
Разработанная с учетом сформулированных требований и полученных расчетных зависимостей конструкция горна обеспечивает равномерное по ширине и регулируемое по ходу движения слоя зажигание и нагрев шихты. Это, в свою очередь, позволяет получать высококачественный агломерат при снижении удельного расхода газообразного топлива в 2,0...2,5 раза по сравнению с работающими в настоящее время удлиненными горнами, реализующими комбинированный нагрев шихты.
Реализация результатов работы
Материалы работы были использованы при реконструкции и новом строительстве агломашин Челябинского металлургического комбината, Высокогорского ГОКа и Визакхапатнамского металлургического завода (Индия).
Личный вклад автора
Участие в постановке задач работы и разработке методик исследований.
Определение зависимости количества углерода твердого топлива, переходящего в газ из слоя под горном, от содержания кислорода в продуктах сгорания.
Участие в разработке методики расчета режима зажигания, конструкции горна и горелок для агломерационных машин МАК-75, МАК-138/240, МАК-408.
Разработка алгоритма и принципиальных схем управления тепловым и газодинамическим режимами работы горна - ВГОК и аглофабрика №2 ОАО «Мечел».
Участие в разработке схемы рециркуляции аглогаза на агломашине МАК- 138/240 ОАО «Мечел». Участие в разработке схемы работы горна на коксодоменной смеси с нагретым воздухом, подаваемым в горелки горна и в слой за горном на агломашине МАК-408 ВМЗ (Индия).
Автор защищает:
- зависимость для определения количества выгоревшего в слое углерода шихты от вида газообразного топлива и содержания кислорода в газе под горном;
- методику расчета продолжительности зажигания твердого топлива шихты при производстве офлюсованного агломерата;
- конструкцию горна и горелочных устройств при использовании различных видов газообразного топлива для зажигания твердого топлива шихты;
- алгоритм автоматического управления тепловой работой горна с целью стабилизации температурного и газодинамического режимов начального периода агломерации.
- результаты промышленных исследований тепловой работы горнов новой конструкции на агломерационных машинах различной площади спекания.
Апробация работы
Материалы исследований доложены на конференциях: VI всероссийская научно-практическая конференция СибГИУ. Новокузнецк, 17-19 мая 2007 г.; научно-техническая конференция, посвященная 80-летию ВНИИМТ (Екатеринбург, 2010 г.).
Публикации
Основные положения диссертации отражены в восьми печатных работах, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК, в двух патентах, пяти статьях в сборниках трудов конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 208 страницах машинописного текста, включая 36 рисунков, 26 таблиц, и состоит из общей характеристики работы, 4 глав, заключения, библиографического списка из 88 источников отечественных и зарубежных авторов и 4 приложений.
Режим нагрева шихты и зажигания твердого топлива зависит от характеристик конкретных шихтовых материалов и вида топлива, сжигаемого в горне над слоем. В дальнейшем режим нагрева оказывает существенное влияние на ход процесса спекания и во многом определяет качество агломерата, производительность агломашины и выбросы в атмосферу вредных веществ. Конструкция горна должна обеспечивать необходимую температуру и продолжительность зажигания с минимальными затратами тепла. Указанное предполагает необходимость разработки методики расчета продолжительности зажигания твердого топлива агломерационной шихты, которую также возможно было бы использовать в алгоритме системы автоматического управления тепловым режимом горна.
Цель работы: исследование теплотехнических особенностей процесса агломерации железорудных материалов и создание энергоэффективной конструкции зажигательного горна.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
- разработана методика расчета продолжительности зажигания агломерационной шихты с учетом ее свойств и вида газообразного топлива;
- разработана энергоэффективная конструкция зажигательного горна, отапливаемого различными видами газообразного топлива;
- разработан алгоритм и система автоматического управления работой горна с учетом полного цикла работы агломашины;
- проведены исследования тепловой работы горнов разработанной конструкции на агломерационных машинах различной производительности.
Методы исследований
Использовались методы математического моделирования, фундаментальные закономерности и основные положения процессов тепломассообмена в агломерационном производстве, а также проводились экспериментальные исследования на промышленных агрегатах.
Научная новизна:
1. Установлена зависимость количества выгоревшего углерода топлива шихты от концентрации кислорода в продуктах сгорания газообразного топлива в горне.
2. Получено выражение для расчета скорости фильтрации продуктов сгорания через слой под горном и степени дросселирования вакуум-камер при нагреве шихты и в режиме зажигания.
3. Разработана методика расчета времени зажигания агломерационной шихты в зависимости от конкретных начальных условий, включающих характеристики шихтовых материалов, вид газообразного топлива и планируемые затраты тепла на зажигание.
4. Разработан алгоритм системы автоматического управления тепловым и газодинамическим режимами работы зажигательного горна, базовым параметром которого является удельный расход тепла на зажигание, включающий и физическое тепло воздуха горения.
Практическая значимость
Полученная зависимость количества выгоревшего в слое углерода топлива от содержания свободного кислорода в газе на выходе из слоя позволяет определить необходимый режим сжигания (а - коэффициент расхода воздуха) и, при необходимости, регулировать концентрацию кислорода добавкой атмосферного воздуха в слой.
Методика расчета продолжительности зажигания используется при конструировании горна, а именно: для определении его длины, как в случае модернизации существующих агломерационных машин, так и при создании новых.
Разработанная с учетом сформулированных требований и полученных расчетных зависимостей конструкция горна обеспечивает равномерное по ширине и регулируемое по ходу движения слоя зажигание и нагрев шихты. Это, в свою очередь, позволяет получать высококачественный агломерат при снижении удельного расхода газообразного топлива в 2,0...2,5 раза по сравнению с работающими в настоящее время удлиненными горнами, реализующими комбинированный нагрев шихты.
Реализация результатов работы
Материалы работы были использованы при реконструкции и новом строительстве агломашин Челябинского металлургического комбината, Высокогорского ГОКа и Визакхапатнамского металлургического завода (Индия).
Личный вклад автора
Участие в постановке задач работы и разработке методик исследований.
Определение зависимости количества углерода твердого топлива, переходящего в газ из слоя под горном, от содержания кислорода в продуктах сгорания.
Участие в разработке методики расчета режима зажигания, конструкции горна и горелок для агломерационных машин МАК-75, МАК-138/240, МАК-408.
Разработка алгоритма и принципиальных схем управления тепловым и газодинамическим режимами работы горна - ВГОК и аглофабрика №2 ОАО «Мечел».
Участие в разработке схемы рециркуляции аглогаза на агломашине МАК- 138/240 ОАО «Мечел». Участие в разработке схемы работы горна на коксодоменной смеси с нагретым воздухом, подаваемым в горелки горна и в слой за горном на агломашине МАК-408 ВМЗ (Индия).
Автор защищает:
- зависимость для определения количества выгоревшего в слое углерода шихты от вида газообразного топлива и содержания кислорода в газе под горном;
- методику расчета продолжительности зажигания твердого топлива шихты при производстве офлюсованного агломерата;
- конструкцию горна и горелочных устройств при использовании различных видов газообразного топлива для зажигания твердого топлива шихты;
- алгоритм автоматического управления тепловой работой горна с целью стабилизации температурного и газодинамического режимов начального периода агломерации.
- результаты промышленных исследований тепловой работы горнов новой конструкции на агломерационных машинах различной площади спекания.
Апробация работы
Материалы исследований доложены на конференциях: VI всероссийская научно-практическая конференция СибГИУ. Новокузнецк, 17-19 мая 2007 г.; научно-техническая конференция, посвященная 80-летию ВНИИМТ (Екатеринбург, 2010 г.).
Публикации
Основные положения диссертации отражены в восьми печатных работах, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК, в двух патентах, пяти статьях в сборниках трудов конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 208 страницах машинописного текста, включая 36 рисунков, 26 таблиц, и состоит из общей характеристики работы, 4 глав, заключения, библиографического списка из 88 источников отечественных и зарубежных авторов и 4 приложений.
1. На основании данных промышленных исследований различных агломашин установлено. что в режиме образования и поддержания зоны горения твердого топлива имеет место низкая концентрация кислорода в продуктах сгорания. обусловленная необходимостью обеспечения высокой температуры в горне. Дефицит кислорода ограничивает скорость горения твердого топлива в слое под горном. что выражается в снижении количества выгоревшего углерода в шихте.
2. Определена. по результатам исследований. зависимость относительного количества выгоревшего в слое под горном углерода от содержания свободного кислорода в продуктах сгорания и. соответственно. от вида газообразного топлива. Полученная зависимость позволяет установить необходимый режим сжигания (а - коэффициент расхода воздуха) и при необходимости величину добавочного кислорода за счет атмосферного воздуха. Получено выражение для расчета скорости фильтрации продуктов сгорания через слой под горном и величины дросселирования вакуум-камер при нагреве шихты и в режиме ее зажигания.
3. Предложен алгоритм расчета скоростей фильтрации и величины дросселирования вакуум-камер под горном. учитывающий физические характеристики агломашины. удельную производительность. химический состав шихты и вид газообразного топлива.
4. Разработана методика расчета времени зажигания агломерационной шихты (для горна) в зависимости от конкретных начальных условий.
5. Разработана базовая конструкция горна для зажигания шихты обеспечивающего энергосберегающую технологию агломерации за счет плавного изменения температуры шихты по длине горна равномерного нагрева по ширине горна. возможности использования нагретого воздуха от охлаждения спека и рециркуляции дымовых газов.
6. Разработан алгоритм и функциональная схема управления тепловым и газодинамическим режимами работы горна. базовым параметром которого является удельный расход теплоты на зажигание. Алгоритм позволяет осуществлять управление горном при работе агломашины как в стационарном режиме так и при ее останове. включая «ручное управление».
7. Проведены промышленные испытания горнов разработанной конструкции на агломерационных машинах различных предприятий. Во всех случаях без ухудшения качества агломерата верхнего слоя получено сокращение удельного расхода тепла в 2...2,5 раза, что позволяет заменять распространенные ранее удлиненные горны для комбинированного нагрева шихты.
2. Определена. по результатам исследований. зависимость относительного количества выгоревшего в слое под горном углерода от содержания свободного кислорода в продуктах сгорания и. соответственно. от вида газообразного топлива. Полученная зависимость позволяет установить необходимый режим сжигания (а - коэффициент расхода воздуха) и при необходимости величину добавочного кислорода за счет атмосферного воздуха. Получено выражение для расчета скорости фильтрации продуктов сгорания через слой под горном и величины дросселирования вакуум-камер при нагреве шихты и в режиме ее зажигания.
3. Предложен алгоритм расчета скоростей фильтрации и величины дросселирования вакуум-камер под горном. учитывающий физические характеристики агломашины. удельную производительность. химический состав шихты и вид газообразного топлива.
4. Разработана методика расчета времени зажигания агломерационной шихты (для горна) в зависимости от конкретных начальных условий.
5. Разработана базовая конструкция горна для зажигания шихты обеспечивающего энергосберегающую технологию агломерации за счет плавного изменения температуры шихты по длине горна равномерного нагрева по ширине горна. возможности использования нагретого воздуха от охлаждения спека и рециркуляции дымовых газов.
6. Разработан алгоритм и функциональная схема управления тепловым и газодинамическим режимами работы горна. базовым параметром которого является удельный расход теплоты на зажигание. Алгоритм позволяет осуществлять управление горном при работе агломашины как в стационарном режиме так и при ее останове. включая «ручное управление».
7. Проведены промышленные испытания горнов разработанной конструкции на агломерационных машинах различных предприятий. Во всех случаях без ухудшения качества агломерата верхнего слоя получено сокращение удельного расхода тепла в 2...2,5 раза, что позволяет заменять распространенные ранее удлиненные горны для комбинированного нагрева шихты.
Подобные работы
- Разработка информационно-моделирующей системы зажигательного горна агломерационной машины
Магистерская диссертация, металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2019