АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ
Актуальность работы определяется необходимостью изучения всего спектра факторов, определяющих потери тепла в нижней зоне доменной печи, выявления доминирующих связей развития физико-химических процессов и необходимостью разработки рекомендаций по снижению потерь тепла. Потери тепла влияют на удельный расход кокса, а, следовательно, и на производительность доменной печи. При производстве черных металлов наибольшее количество углерода топлива расходуется на производство чугуна, поэтому снижение потерь тепла приводит к экономии топлива и уменьшению воздействия на окружающую среду. Поиск способов снижения потерь тепла является актуальной задачей.
Основная цель диссертационного исследования состоит в определении путей снижения потерь тепла при выплавке чугуна в доменных печах.
Достижение поставленной цели потребовало:
> анализа современного состояния теории и практики производства чугуна, а также конкретизации технологических задач, решение которых обеспечивает совершенствование технологии доменной плавки;
> анализа производственных данных о работе доменных печей, работающих на смеси агломерата и окатышей;
> совершенствования методов оценки развития основных процессов доменной плавки на основе математических моделей, что потребовало разработки новых методов моделирования влияния рудной нагрузки и гранулометрического состава шихтовых материалов на процессы теплообмена в периферийной области верхней зоны печи;
> прогнозирования влияния распределения рудной нагрузки и качества ЖРМ на развитие основных процессов, протекающих в периферийной области верхней зоны доменной печи;
> разработки рекомендаций по снижению потерь тепла в нижней зоне печи.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Установлено, что как потери тепла, так и затраты на выплавку чугуна в доменной печи, во многом определяются колебаниями затрат тепла на развитие реакций прямого восстановления.
2. Расчётным путём установлено и практическими данными подтверждено, что температурное поле периферийной зоны определяет тепловые нагрузки на холодильники распара и заплечиков. При этом, как правило, снижение температуры периферийных газов свидетельствует о повышении тепловых нагрузок на холодильники заплечиков и распара, за счет снижения толщины гарниссажа, которая определяется температурой плавления первичного шлака. Это обстоятельство позволяет использовать данную информацию для управления распределением материала по сечению доменной печи.
3. Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние гранулометрического состава агломерата на время восстановления куска по реакциям косвенного восстановления.
4. Показано, что исключение фракции «+40» и «+25» мм из агломерата позволяет улучшить косвенное восстановление и тем самым снизить затраты тепла на выплавку чугуна в доменных печах.
5. Разработана методика оперативной оценки и прогноза изменения
тепловых нагрузок на холодильники при анализе совместного изменения температуры и состава газа на периферии.
Методы исследований базируются на физическом и математическом моделировании процессов, протекающих в печи. Для решения задач исследования использовалась информация, полученная на действующих доменных печах в процессе нормальной их работы и в периоды, характеризуемые целенаправленным или вынужденным изменением режимных параметров.
Достоверность защищаемых положений доказывается сопоставлением результатов, полученных с использованием разработанных методов, с производственными данными, а также соответствием этих результатов общепризнанным закономерностям доменного процесса.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
1. Разработанные математические модели могут использоваться как при выборе программы управления тепловой и восстановительной работой, а также рудной нагрузки в периферийной зоне печи, так и при выборе реконструктивных мероприятий.
2. Научно обоснован и определен оптимальный гранулометрический состав агломерата. Разработаны и реализованы на ПАО «НЛМК» рекомендации по исключению фракций крупнее 40 мм путем повышения дробления агломерационного пирога при его сходе с агломашины.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании современных методик исследования и подтверждена опытно-промышленными испытаниями на работающих доменных печах.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы изложены и обсуждены в материалах:
> III международной интерактивной научно-практической конференции
«Оценка влияния восстановительной работы газового потока на колошниковый газ», «Разработка методов оценки влияния гранулометрического состава на показатели доменной плавки» (г. Екатеринбург, 2013 г.),
> Международной научно-практической конференции «Творческое наследие В.Е. Грум-Гржимайло», III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (ТИМ'2014) «Разработка методов моделирования теплообмена в периферийной зоне доменной печи» (г. Екатеринбург, 2014 г.),
> IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Влияние рудной нагрузки на степень косвенного восстановления процессов в доменной печи», «Влияние качества агломерата на показатели работы доменной печи» (г. Екатеринбург, 2014 г.),
> Международной конференции и выставке AISTech «Energy efficient technology to produce hot metal from titania-magnetite ore» (г. Питтсбург, США, 2016 г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 12 научных публикациях, из них 4 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка использованной литературы из 82 наименований литературы; изложена на 98 страницах машинописного текста, включая 80 рисунков и 14 таблиц.
На защиту выносятся:
• результаты статистического анализа работы доменных печей, которые подтвердили теоретические положения;
• результаты математического моделирования влияния рудной нагрузки и гранулометрического состава железорудных материалов на температурное поле в периферийной области верхней зоны доменной печи, которые показали необходимость целенаправленного формирования столба шихтовых материалов;
• рекомендации по оптимизации гранулометрического состава агломерата.
Основная цель диссертационного исследования состоит в определении путей снижения потерь тепла при выплавке чугуна в доменных печах.
Достижение поставленной цели потребовало:
> анализа современного состояния теории и практики производства чугуна, а также конкретизации технологических задач, решение которых обеспечивает совершенствование технологии доменной плавки;
> анализа производственных данных о работе доменных печей, работающих на смеси агломерата и окатышей;
> совершенствования методов оценки развития основных процессов доменной плавки на основе математических моделей, что потребовало разработки новых методов моделирования влияния рудной нагрузки и гранулометрического состава шихтовых материалов на процессы теплообмена в периферийной области верхней зоны печи;
> прогнозирования влияния распределения рудной нагрузки и качества ЖРМ на развитие основных процессов, протекающих в периферийной области верхней зоны доменной печи;
> разработки рекомендаций по снижению потерь тепла в нижней зоне печи.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1. Установлено, что как потери тепла, так и затраты на выплавку чугуна в доменной печи, во многом определяются колебаниями затрат тепла на развитие реакций прямого восстановления.
2. Расчётным путём установлено и практическими данными подтверждено, что температурное поле периферийной зоны определяет тепловые нагрузки на холодильники распара и заплечиков. При этом, как правило, снижение температуры периферийных газов свидетельствует о повышении тепловых нагрузок на холодильники заплечиков и распара, за счет снижения толщины гарниссажа, которая определяется температурой плавления первичного шлака. Это обстоятельство позволяет использовать данную информацию для управления распределением материала по сечению доменной печи.
3. Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние гранулометрического состава агломерата на время восстановления куска по реакциям косвенного восстановления.
4. Показано, что исключение фракции «+40» и «+25» мм из агломерата позволяет улучшить косвенное восстановление и тем самым снизить затраты тепла на выплавку чугуна в доменных печах.
5. Разработана методика оперативной оценки и прогноза изменения
тепловых нагрузок на холодильники при анализе совместного изменения температуры и состава газа на периферии.
Методы исследований базируются на физическом и математическом моделировании процессов, протекающих в печи. Для решения задач исследования использовалась информация, полученная на действующих доменных печах в процессе нормальной их работы и в периоды, характеризуемые целенаправленным или вынужденным изменением режимных параметров.
Достоверность защищаемых положений доказывается сопоставлением результатов, полученных с использованием разработанных методов, с производственными данными, а также соответствием этих результатов общепризнанным закономерностям доменного процесса.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
1. Разработанные математические модели могут использоваться как при выборе программы управления тепловой и восстановительной работой, а также рудной нагрузки в периферийной зоне печи, так и при выборе реконструктивных мероприятий.
2. Научно обоснован и определен оптимальный гранулометрический состав агломерата. Разработаны и реализованы на ПАО «НЛМК» рекомендации по исключению фракций крупнее 40 мм путем повышения дробления агломерационного пирога при его сходе с агломашины.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании современных методик исследования и подтверждена опытно-промышленными испытаниями на работающих доменных печах.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы изложены и обсуждены в материалах:
> III международной интерактивной научно-практической конференции
«Оценка влияния восстановительной работы газового потока на колошниковый газ», «Разработка методов оценки влияния гранулометрического состава на показатели доменной плавки» (г. Екатеринбург, 2013 г.),
> Международной научно-практической конференции «Творческое наследие В.Е. Грум-Гржимайло», III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве» (ТИМ'2014) «Разработка методов моделирования теплообмена в периферийной зоне доменной печи» (г. Екатеринбург, 2014 г.),
> IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Влияние рудной нагрузки на степень косвенного восстановления процессов в доменной печи», «Влияние качества агломерата на показатели работы доменной печи» (г. Екатеринбург, 2014 г.),
> Международной конференции и выставке AISTech «Energy efficient technology to produce hot metal from titania-magnetite ore» (г. Питтсбург, США, 2016 г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 12 научных публикациях, из них 4 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка использованной литературы из 82 наименований литературы; изложена на 98 страницах машинописного текста, включая 80 рисунков и 14 таблиц.
На защиту выносятся:
• результаты статистического анализа работы доменных печей, которые подтвердили теоретические положения;
• результаты математического моделирования влияния рудной нагрузки и гранулометрического состава железорудных материалов на температурное поле в периферийной области верхней зоны доменной печи, которые показали необходимость целенаправленного формирования столба шихтовых материалов;
• рекомендации по оптимизации гранулометрического состава агломерата.
В результате выполненной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:
1. Разработана методика расчёта температуры газа и его восстановительной работы в периферийной зоне доменной печи. Она может быть использована для оптимизации теплового состояния шахты печи в периферийной зоне.
2. Установлено, что при снижении температуры периферийных газов наблюдается повышение тепловых нагрузок на холодильники заплечиков. Это обстоятельство позволяет использовать данную информацию для управления распределением материала по сечению доменной печи.
3. Уменьшение температуры газов в периферийной зоне печи сопровождается изменением степени косвенного восстановления (Ш). Этот факт позволяет рассматривать температуру периферии как индикатор развития косвенного восстановления.
4. Выявлены факторы, определяющие потери тепла в доменной печи и способы их оценки. Установлено, что потери тепла, найденные с использованием теплового баланса нижней зоны печи, в достаточной степени отражают такие технологические показатели, как удельный расход кокса и содержание кремния в чугуне. То есть, допустимо использование математической модели для учета колебаний потерь тепла.
5. Снижение потерь тепла можно добиться за счет увеличения степени косвенного восстановления, что в свою очередь, может быть достигнуто двумя путями: качеством железорудного материала и распределением рудной нагрузки по радиусу печи. Анализ производственных данных показал, что такая характеристика распределения материалов по радиусу печи, как отношение температуры периферии и колошникового газа, действительно связана с потерями тепла. Это подтверждается относительным изменением высоты верхней зоны печи.
6. Получено уравнение для расчета изменения протяженности верхней зоны печи, учитывающее изменение количества и скорости газов, изменение качества ЖРМ, а также теплоемкость потока шихтовых материалов.
7. Изменение рудной нагрузки является одним из способов управления тепловым состоянием периферийной области доменной печи. Доказано что влияние рудной нагрузки при различном гранулометрическом составе ЖРМ проявляется по-разному.
8. Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние гранулометрического состава агломерата на время восстановления куска по реакциям косвенного восстановления.
9. Научно обоснован, разработан и внедрен комплекс рекомендаций по совершенствованию оценки влияния рудной нагрузки на развитие теплообмена и восстановления в периферийной зоне доменной печи установлено, что наилучшие условия восстановления оксидов железа достигаются при содержании фракции «5-25» мм более 75%. При этом доля фракции «-5» и «+45» мм не должна превышать 6%.
10. В результате теоретического анализа установлено, что эффективное управление восстановительной работой газов в периферийной зоне печи может быть реализовано при высоком качестве ЖРМ (когда порозность слоя агломерата и порозность слоя кокса близки).
11. Выполнены расчеты, позволяющие определить совместное изменение степени использования СО и температуры периферии при изменении гранулометрического состава и рудной нагрузки, в результате которых установлено, что при изменении рудной нагрузки происходит однонаправленное изменение температуры периферии и степени использования СО, а при изменении гранулометрического состава наблюдается разнонаправленное изменение. При низких базовых значениях рудной нагрузки (<4) диапазон изменения параметров больше. На доменных печах, где средняя рудная нагрузка достигает 5 и более, а температура периферии выше 200 оС, диапазон изменения температуры периферии незначительный.
12. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для совершенствования выплавки чугуна в доменных печах и служить основой при принятии реконструктивных и проектных решений.
1. Разработана методика расчёта температуры газа и его восстановительной работы в периферийной зоне доменной печи. Она может быть использована для оптимизации теплового состояния шахты печи в периферийной зоне.
2. Установлено, что при снижении температуры периферийных газов наблюдается повышение тепловых нагрузок на холодильники заплечиков. Это обстоятельство позволяет использовать данную информацию для управления распределением материала по сечению доменной печи.
3. Уменьшение температуры газов в периферийной зоне печи сопровождается изменением степени косвенного восстановления (Ш). Этот факт позволяет рассматривать температуру периферии как индикатор развития косвенного восстановления.
4. Выявлены факторы, определяющие потери тепла в доменной печи и способы их оценки. Установлено, что потери тепла, найденные с использованием теплового баланса нижней зоны печи, в достаточной степени отражают такие технологические показатели, как удельный расход кокса и содержание кремния в чугуне. То есть, допустимо использование математической модели для учета колебаний потерь тепла.
5. Снижение потерь тепла можно добиться за счет увеличения степени косвенного восстановления, что в свою очередь, может быть достигнуто двумя путями: качеством железорудного материала и распределением рудной нагрузки по радиусу печи. Анализ производственных данных показал, что такая характеристика распределения материалов по радиусу печи, как отношение температуры периферии и колошникового газа, действительно связана с потерями тепла. Это подтверждается относительным изменением высоты верхней зоны печи.
6. Получено уравнение для расчета изменения протяженности верхней зоны печи, учитывающее изменение количества и скорости газов, изменение качества ЖРМ, а также теплоемкость потока шихтовых материалов.
7. Изменение рудной нагрузки является одним из способов управления тепловым состоянием периферийной области доменной печи. Доказано что влияние рудной нагрузки при различном гранулометрическом составе ЖРМ проявляется по-разному.
8. Разработана математическая модель, позволяющая оценить влияние гранулометрического состава агломерата на время восстановления куска по реакциям косвенного восстановления.
9. Научно обоснован, разработан и внедрен комплекс рекомендаций по совершенствованию оценки влияния рудной нагрузки на развитие теплообмена и восстановления в периферийной зоне доменной печи установлено, что наилучшие условия восстановления оксидов железа достигаются при содержании фракции «5-25» мм более 75%. При этом доля фракции «-5» и «+45» мм не должна превышать 6%.
10. В результате теоретического анализа установлено, что эффективное управление восстановительной работой газов в периферийной зоне печи может быть реализовано при высоком качестве ЖРМ (когда порозность слоя агломерата и порозность слоя кокса близки).
11. Выполнены расчеты, позволяющие определить совместное изменение степени использования СО и температуры периферии при изменении гранулометрического состава и рудной нагрузки, в результате которых установлено, что при изменении рудной нагрузки происходит однонаправленное изменение температуры периферии и степени использования СО, а при изменении гранулометрического состава наблюдается разнонаправленное изменение. При низких базовых значениях рудной нагрузки (<4) диапазон изменения параметров больше. На доменных печах, где средняя рудная нагрузка достигает 5 и более, а температура периферии выше 200 оС, диапазон изменения температуры периферии незначительный.
12. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для совершенствования выплавки чугуна в доменных печах и служить основой при принятии реконструктивных и проектных решений.
Подобные работы
- АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЧУГУНА В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4375 р. Год сдачи: 2016 - ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА ИЗ ТИТАНОМАГНЕТИТОВОГО СЫРЬЯ
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2013