Прогнозирование основных показателей доменной плавки при внедрении новых перспективных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Белов, Юрий Алексеевич

• Белов, Юрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белов, Юрий Алексеевич

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор существующих технологий и методов расчета доменной плавки. Постановка задач исследования.

1.1. Экологические проблемы отрасли.

1.2 Обзор традиционных технологий доменной плавки.

1.2.1 .Вдувание в горн природного газа.

1.2.2.Использование частично металлизованного сырья в доменных печах.

1.3. Дефицит газообразного восстановителя как теоретическая база развития новых технологий доменной плавки.

1.3.1. Дефицит восстановительных газов в доменной печи для реализации идеального хода плавки по Грюнеру.

1.3.2. Пути преодоления или использования дефицита газообразного восстановителя в новых технологиях плавки.

1.3.3.0пыт вдувания в горн доменных печей железосодержащих добавок.

1.3.4. Возможность реализации технологии с использованием в металлошихте до 100 % окатышей.

1.4. Обзор нетрадиционных технологий, направленных на дальнейшее сокращение расхода кокса.

1.4.1 Использование реакционной способности кокса.

1.4.2. Регулирование распределения дутья и природного газа по фурмам.

1.5. Обзор способов прогнозных расчетов основных показателей доменной плавки.

1.5.1.Расчет основных показателей доменной плавки, основанный на общем тепловом балансе.

1.5.2.Расчет основных показателей доменной плавки, основанный на зональном тепловом балансе.

1.5.3.Современные способы расчета плавки (методы РПД и ПДК).

Глава 2. Метод расчета.

2.1. Развитие и уточнение метода ПДК для прогноза расхода кокса в проектируемой плавке.

2.1.1. Расчет основных показателей плавки с учетом количества водорода, вносимого влагой дутья, а также состава природного газа. tfc 2.1.2. Учет реакций косвенного восстановления железа из втостита монооксидом углерода и водородом.;.

2.2.Усовершенствование расчетного метода ПДК с учетом центральной коксовой отдушины. Метод ПДК2.

2.2.1. Необходимость учета центральной коксовой отдушины.

2.2.2. Учет количества восстановительных газов, не участвующих в восстановлении железа, а также части тепла, уносимой этими газами.

2.2.3.Расчет основных показателей плавки по усовершенствованному, с учетом центральной коксовой отдушины, методу

ПДК (ПДК2).

Глава 3. Разработка новых и усовершенствование существующих технологий доменной плавки, а также оценка их эффективности по методу ПДК2.

3.1. Оценка влияния различных факторов на относительный расход кокса.

3.2. Вдувание в горн доменных печей железосодержащих отходов.

3.3.Технология доменной плавки, предполагающая использование в металлошихте до 100 % окатышей.

3.4.Скрытые резервы технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топлива.

3.5. Эффективность равномерного распределения расходов дутья и природного газа по фурмам.

3.6. Влияние реакционной способности кокса на его расход в доменной печи.

Глава 4. Контроль условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи.

4.1. Общие положения.

4.2. Методика расчета условий теплообмена между газом и шихтой по высоте печи для различных вариантов плавки с учетом газов, уходящих через центральную коксовую отдушину.

4.2.1. Численный пример расчета отношения водяных чисел шихты и газа для случая вдувания в горн природного газа.

4.2.2. Численный пример расчета отношения водяных чисел шихты и газа для случая вдувания в горн природного газа и железосодержащих отходов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование основных показателей доменной плавки при внедрении новых перспективных технологий»

В настоящее время все более отчетливо встает проблема защиты окружающей среды. Жизнедеятельность человека, а именно, работа заводов и фабрик, электростанций, автомобильного транспорта и т.п. существенно загрязняют биосферу Земли, превышая предельно допустимые концентрации веществ в десятки и даже сотни раз.

Одними из основных загрязнителей воздушного и водного бассейнов нашей планеты являются предприятия металлургической отрасли. Среди них особо выделяются коксохимическое производство и аглофабрика, на которых приходится львиная доля вредных выбросов.

С каждым годом экологическая ситуации ухудшается. По сути человечество поставлено перед выбором: найти пути решения указанной проблемы или бесследно исчезнуть с лица Земли. Применительно к металлургической отрасли заманчивыми являются любые предложения по снижению расхода кокса в доменной плавке (при этом также произойдет снижение себестоимости 1 т чугуна, другими словами, экономическая выгода от внедрения указанных технологий налицо), что в свою очередь приведет к снижению уровня производства на коксохимическом заводе, а значит, и к снижению количества вредных выбросов в окружающую среду. Что же касается ф аглофабрик, то эту проблему можно решить кардинально путем полного закрытия агломерационного производства (закрытие аглофабрик) и использования в метал лошихте до 100% окатышей.

Принимая во внимание все вышесказанное, представляется необходимым внести предложения по реализации новых или усовершенствованных технологий со сниженным расходом кокса в доменной плавке, а также, уникальной безотходной технологии, предполагающей закрытие аглофабрик и утилизацию железосодержащих отходов металлургического производства путем их вдувания в горн печи. В связи с этим требуется с максимальной точностью произвести прошозный расчет основных показателей для указанных технологий доменной плавки.

Цель работы заключается в анализе и усовершенствовании существующих методик прогнозного расчета основных параметров плавки и использовании их для оценки эффективности новых или усовершенствованных технологий.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Усовершенствовать метод расчета основных показателей доменной плавки (ПДК) с учетом количества газов, уходящих через центральную коксовую отдушину (ПДК2).

- Произвести расчет влияния различных факторов доменной плавки на относительный расход кокса по усовершенствованному методу (ПДК2).

- Дать уточненный прогноз изменения основных параметров доменной плавки при реализации новых технологий, предусматривающих равномерное перераспределение расходов дутья и природного газа (возможно также пылеугольного топлива или мазута) по фурмам, а также повышение реакционной способности кокса.

- Используя усовершенствованный метод расчета, дать прогнозную оценку изменения основных показателей доменной плавки для варианта работы печей на шихте, содержащей до 100 % окатышей (случай ликвидации аглофабрики) с утилизацией железосодержащих отходов металлургического производства методом вдувания их в горн.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Белов, Юрий Алексеевич

Заключение.

Одним го основных результатов работы является усовершенствование метода ПДК для расчета основных показателей доменной плавки. Прямым доказательством пригодности усовершенствованного метода (ПДК2) для прогнозных расчетов явилось практически полное совпадение данных полученных по указанному методу с данными практики. Это касается данных о составе сухого колошникового газа, температуры колошникового газа, а также относительного расхода кокса.

Таким образом, в ходе выполнения работы был решен ряд следующих теоретических и практических вопросов.

1. Усовершенствован (адаптирован к реальным условиям работы печей) метод ПДК (ПДК2) для расчета основных показателей доменной плавки. Прямым доказательством пригодности метода ПДК2 для прогнозных расчетов явилось практически полное совпадение данных полученных по указанному методу с данными практики.

2. Произведен прогнозный расчет основных показателей доменной плавки при внедрении усовершенствованной технологии плавки с равномерным распределением расходов дутья и природного газа с целью поддержания постоянной минимальной теоретической температуры горения топлив на каждой из воздушных фурм.

3. Произведен прогнозный расчет основных показателей доменной плавки при внедрении новой технологии, предполагающей закрытие аглофабрики. Суть новой технологии заключается во вдувании отходов металлургического производства (например, колошниковой пыли, отсева мелочи, окалины и т.п.), утилизирующихся до сих пор на аглофабрике при производстве агломерата, в горн доменной печи.

4. Предложена новая уникальная технология по снижению расхода кокса, суть которой состоит в повышении реакционной способности кокса, без ухудшения его прочностных свойств. В результате этого происходит уменьшение температуры начала реакции прямого восстановления вюстита, что в свою очередь приводит к снижению температуры газов, покидающих нижнюю зону, и как результат этого, к снижению удельного расхода кокса.

5. Внесено предложение в качестве средства для устранения режима затопления коксовой насадки жидкими продуктами плавки при снижении расхода кокса ниже его критической величины (по условию нормальной фильтрации жидких продуктов плавки через коксовую насадку) использовать вдувание железосодержащих отходов или концентратов руд непосредственно в горн доменной печи.

6. На основе метода ПДЕС2 разработана усовершенствованная методика прогнозного расчета расхода кокса в зависимости от различных факторов плавки по условию стабилизации теоретической температуры трения углерода топлив на исходном уровне путем изменения расхода вдуваемого природного газа. Данная методика расчета может найти свое применение и для вариантов плавки с вдуванием в горн печи пылеугольного топлива или мазута.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белов, Юрий Алексеевич, 2003 год

1. Ю.М. Арский, В.И. Данилов Данильян и др. Экологические проблемы. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 380 с.

2. Ю.С. Юсфин. Металлургия и окружающая среда. // Труды V Международного конгресса доменщиков, Днепропетровск Кривой Рог, июнь 1999 г.

3. Ф.М. Журавлев, В.В. Севернкж, В.П. Лялюк. Перспективы производства высококачественного окускованного железорудного сырья.// Труды V Международного конгресса доменщиков, Днепропетровск Кривой Рог, июнь 1999 г.

4. В.Н. Андронов. Минимально возможный расход кокса и влияние на него различных факторов доменной плавки. СПб: Изд-во СПбГТУ, 2001, 100 с.

5. Woolf P. L. Journal of Metals. 1966, v. 18, № 2, p. 243 247.

6. Chattexjea А. В., J. Iron and Steel Engng. 1967, v. 7, №2 p. 52, 54 61.

7. Pert J. A., Pearce F.Y., Journal of Metals, 1965, v. 17, №2, p. 1396 1400.

8. Спраыси Й. И др. Тэцу то хагане, 1966, т. 52, № 3, с. 313 316.

9. Черные металлы, 1978 г., стр 15.

10. Жураковский Б.Л., Михалевич А.Г., Степин Г. М. И др. Сталь, 1968, № 5 с. 392-396.

11. Воскобойников В.Г., Михалевич А. Г. и др. Информация института Черметинформация, 1971, сер. 4, вып. 2.

12. Шведов В. С., Михалевич А. Г. и др. Сталь, 1979, №9, с. 653 656.

13. Щербатский В. Б., Овчинников Ю. Н. И др. Авт. Свид № 546819 Открытия, изобрет. пром. образцы и тов. знаки, 1977, No 6, с. 121 - 122.

14. Михалевич А. Г., Комиссаров Г. М., Степин Г. М. Сталь, 1971, Ne 5, с. 389 - 393.

15. Минкин В. М., Андрюшин В. И. Прямое получение железа и порошковая металлургия. Сб. № 1. М., Металлургия 1974 (МЧМ СССР), с. 41 - 44.

16. Воскобойников В. Г., Михалевич А. Г., Савелов Н. И. и др. Авт. свид. № 444802 Открытия, изобрет. пром. образцы и тов. знаки, 1974, № 36, с. 64 - 65.

17. А.Н. Рамм. Современный доменный процесс, М. Металлургия, 1980.

18. Сборник трудов по теории доменной плавки, М. Металлургиздат, 1957, т. L319 с.

19. Наги, Т. Tetsu То Hagane, 1985, Vol. 71, Nr. 8, S. 951-57.

20. Черные металлы, № 11, 1986, с. 15-18.

21. Sakurai, S. Ironmaking and Steelmaking, 1983. Vol. 10, Nr. 3. S. 137-41.

22. Р.Ж. "Металлургия" 15 В. Производство чугуна и стали, 1988, № 3, ЗВ 151.

23. Способ работы доменной печи: заявка 6345312 Япония, МКИ С 21 И5/00 / Ямата Тикато, Кадзивара Иосимаса, Суяма Синыпи; Сумитомо Киндооку Когё к.к. -N* 61 189135; Заявл. 11.08.86; Опубл. 26.02. 88. // Кокай Токкё Кохо. Сер. 3 (4) - 1988. -15.-с. 61-64-Яп.

24. Injection de minerai au haut fourneau et maitrise de la teneur en silicmm. В run G., Nicofle R., Steiler J.M., Bouttement J.L., Eymond J.L., Menaut J.P. "Rev. Met.", 1988, 85, № 1, 12, 21 -32 (фр.; рез. англ., нем., исп.)

25. А.с. 1786084 СССР. Способ прямого получения металлов из окислов./ Е.Г. Шадек, Ю. А. Дронов, И.Я. Толмачев и др.// Открытия. Изобретения. 1993. № 1.

26. А.с. 1837075 СССР. Способ прямого получения металлов из окислов./ Е.Г. Шадек, Ю.А. Дронов, И.Я. Толмачев и др.//Открытия. Изобретения. 1993. № 32.

27. Экологические проблемы аглодоменного производства (по материалам 4-го Европейского конгресса по экологическим проблемам коксохимического и аглодоменного производства). Сталь, 2001, № 11.

28. З.И. Некрасов, НА Гладков, Ю.В. Яковлев и др. Опытные плавки с изменением в доменной шихте ММК доли неофлюсованных окатышей ССГОК от 0 до 100 %. Сталь, 1976, № 1, с. И 18.

29. Н.Н. Бабарыккн, А.Д. Филатов, В.П. Браченко и др. Применение офлюсованных окатышей в доменной плавке. Сталь, 1970, № 8, с. 673-683.

30. В.Н. Муравьев, Н.И. Ефанова, И.Д. Балон и др. Фазовые превращения при восстановлении шихтовых материалов в промышленной доменной печи. Сталь, 1970, № 8, с. 683-691.

31. Н.А. Тулин, Л.Я. Гаврилюк, П.Г. Лукин и др. Опытная плавка окатышей ССГОК в доменной печи Челябинского металлургического завода. Сталь, 1970, № 8 с. 691-693.

32. Л.Я. Гаврилюк, В.П. Братченко, КН. Бабарыкин и др. Технико-экономические показатели доменной плавки железорудных окатышей ССГОК на Магнитогорском металлургическом комбинате. Сталь, 1970, № 8, с. 693-697.

33. В.М. Антонов, А.А. Фофанов, Б.В. Качу да и др. Металлургическая оценка качканарских окатышей и освоение технологии доменной плавки на них. Сталь, 1972, № 8, с. 681-688.

34. С.К. Трекало, ILM. Якубцинер и др. Работа доменной печи на сортированном агломерате. Сталь, 1960, № 12.

35. К.К. Шкодин. Диффузия газов в пористых телах // Тр. ЛПИ. Металлургия чугуна. М-Л.: Металлургиздат, 1964, № 225, с. 33-53.

36. К.К. Шкодин К.К. Кинетика восстановления агломератов // Тр. ЛПИ. Металлургия чугуна. М-Л.: Металлургиздат, 1964, № 225, с. 54-101.

37. К.К. Шкодин, С.С. Ефремов, А.В. Пегушин. Механизм и закономерности влияния давления газа на скорость восстановления железа// Механизм и кинетика восстановления металлов. М.: Наука, 1970, с. 95-102.

38. А.И. Бабич А.И., Кочура В.В. и др. Металл и литье Украины , 1998, № 5, с. 32-37.

39. М. НаШп, D. Timlin, М Totlie. LKAB pellets in the blast furnace// Ironmaking Conference Proceedings, Chicago, 1994, pp. 287-291.

40. В.И. Бирючев. Работа доменных печей с высокой долей окатышей в шихте// Производство чугуна на рубеже столетий. Труды V международного конгресса доменщиков, Днепропетровск Кривой Рог, июнь 1999 г., с. 251.

41. Н.Н Бережной, Драчев В. И. Офлюсование железорудных окатышей сталеплавильны ли шлаками // Производство чугуна на рубеже столетий. Труды V международного конгресса доменщиков, Днепропетровск Кривой Рог, июнь 1999 г. с. 177.

42. Работа доменной печи на 100 % окатышей на заводе в Пьомоино // Новоеш черной металлургии за рубежом. 2001. № 2(26).

43. Ухмылова Г.С. Современное состояние перспективных технологий коксования // Новости черной металлургии за рубежом. 2002. № 1.(29) с. 13-17;

44. Влияние качества сырьевых материалов и эксплуатационных параметров коксовых печей на показатели качества кокса CSR и CRL // Новости черной металлургии за рубежом. 1998. № 1. с. 103-111;

45. Влияние качества кокса на работу доменных печей фирмы "Tata Iron Steel", Индия // Новости черной металлургии за рубежом. 2000. № 1.(21) с. 30-32;

46. Бепплер Э., Гроспич К.-Х., Луис Г., Неллес Л. Влияние качества кокса на работу доменной печи. // Черные металлы. Октябрь 1999, с. 10-18;

47. В.П. Каргапольцев, В.К. Кондратов, Мяконьких М.А. Значение внутренней (мезопоровой) структуры для оценки качества доменного кокса. // Сталь, 2001, № И, с. 6-9;

48. Bertling H., Rohde W. Coke quality improvement by SCS technology // Cokemaking international, 1997.9 №1, c. 31-34.

49. Амелинг Д., Баэр X., Бертлинг X., Люнген Х.Б. Технология коксования в 2000 г. современный уровень техники и новые структуры цехов. // Черные металлы. Апрель 1999, с. 16-21;

50. А. Михель. Советская металлургия, 1933, No 12, с. 327-331.

51. Б. Соутэн. Советская металлургия, 1934, № 11 -12, с. 311-322.

52. А. Хольшу. Новости иностранной металлургии, 1937, № 1,с. 37-40.

53. М.А. Стефанович. Сталь, 1949, № б, с. 495-503.

54. Б.Н. Жеребин, В. А. Хромов, П.П. Мишин и др. Сталь, 1964, №4, с. 292-296.

55. Г.Е. Сенько, В.П. Оноприенко, А.Н. Царицын и др. Сталь, 1965, № 7, с. 590-593.

56. К.М. Бугаев. Распределение газов в доменных печах. М."Металлургия", 1974,176 с.

57. А.И. Мазун, М.А. Цейтлин, А.Ф. Скоромин. Сталь, 1969, № 8, с. 737.

58. Мирюков Б.Г., Шумилов К.А., Славянский IO.II. // Автоматизация доменного производства.-К.: ЦБТИЧМ, 1966. с. 25-36.

59. Товаровский И.Г., Мирошниченко В.И., Лукьянец С.Н. // Вопросы производства чугуна в доменных печах. М.: Металлургия, 1984. - с. 52 - 56.

60. А.с. № 1125252, СССР. Устройство контроля расхода горячего дутья через фурмы доменной печи. / ИХ. Товаровский, В.П. Ля люк, В.И. Мирошниченко, Ю.И. Бургушн и др. // Кл. С 21 в 7/24. 1984.

61. А.с. № 1171530, СССР. Способ контроля измерения расхода горячего дутья через фурмы доменной печи. / И.Г. Товаровский, В.П. Лялюк, В.И. Мирошниченко, Ю.И. Бургутин и др. // Кл. С 21 в 7/24. 1984.

62. В.Н. Андронов. Современная доменная плавка. СПб: Изд-во СПбГТУ, 2001, 100 с.

63. М.А. Павлов. Металлургия чугуна. Доменный процесс. 6-е изд. М.: Металлургиздат, 1949 ч. П 628 с.

64. А.Н. Рамм. Комплексный метод расчета материального и теплового балансов доменной плавки: Тр. Гипромеза. Л., 1941. Вып. Ш. С. 38-47.

65. Дж. Джонсон. Основы, работа и продукты доменной плавки. Нью Йорк, 1918г.

66. М. Дерклей. Современные научные основания работы доменных печей большой проговодительности. Домез, 1930, № 8-9, 145.

67. П. Рейхардг. Новая тепловая диаграмма доменной печи//Домез. М., 1929, № 5 и 6.

68. Б.И. Кигаев. Теплообмен в доменной печи. М.: Металлургиздат, 1949, 48 с.

69. А. Д. Готлиб. Доменный процесс. М.: Металлургия, 1966. 503 с.

70. М.А Павлов. Исследование плавильного процесса доменных печей Климковского завода // Горный журн. 1894, № Ш.

71. Ж. Мишар. Тепловые балансы и теплообмен в доменных печах.(перев. с фрац. Ю.Г. Ярошенко. В. А Карповой, И.Д. Корейво).М: Госуд-е научно-техническое изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1963, 151 с.

72. Фазовые превращения материалов при доменной плавке / И.Д. Балон, И.З. Буклан, В.Н. Муравьев и др. М. : Металлургия, 1984, 152 с.

73. Канфер В.Д., Муравьев В.Н. Сталь, 1974, с. 864-868.

74. Decker А. (1961) discussion of Use of Blast-furnace probes Proceedings of Blast Furnace, Coke Oven, and Raw Materials Conference (AIME), 1961, 20, p. 46

75. Cavaghan N.J., Wilson A.R. (1970) Use of probes in blast furnaces, J. Iron and Steel Institute, 208(3), p. 231-246.

76. Christie D.H., Kearton C.J, Thomas R. (1972) Practical application of mathenatical models in ironmaking, in Blast Furnace Technology, Science and Practice, Edited by Szekely, J. Marcel Dekker, Inc., N.-Y., p. 115-170.

77. Богданди Л., Энгель Г.-Ю. Восстановление железных руд. Перев. с нем. М. :Изд-во «Металлургия», 1971.

78. Rist А. (1977) Solving simple blast furnace problems by means of the operating diagramm, in Blast Furnace Ironmaking 1977, Lu W.K.,Editor, McMaster University, Hamilton,Canada,p.l- 37. Also in Revue de Metallui^ie, v. 61-63, 1964-1966

79. Дж. Г. Писи, В.Г. Давенпорт. Доменный Гфоцесс. Теория и пракгака//Перев. с англ.; Под ред. Ю.С. Карабасова. М.: Металлургия, 1984, 142 с.

80. А.Н. Рамм. Определение технических показателей доменной плавки. (Метод, руководство). Л. ЛПИим. М.И. Калинина, 1971,110 с.

81. A. Schack. Der industriclle warmeubergang. Dusseldorf, 1929, S. 241.

82. В.Н. Андронов. Восстановление железа и коэффициент использования топлива (КИТ) в современной доменной плавке. // Труды VII международного конгресса специалистов доменного производства, Москва Череповец, сентябрь 2002 г.

83. В.Н. Андронов, Ю.М. Тютюиник, К.К. Шкодин. Окисление углерода кокса при повышенных давлениях // Металлургия и коксохимия. Киев: Техника, 1977, вып. 54, с. 84-90.

84. К.К. Шкодин, B.1L Андронов, В. А. Зепов. Скорость взаимодействия углерода с углекислым газом при различных давлениях и концентрациях // Термодинамика и кинетика процессов восстановления металлов. М.: Наука, 1972, с. 117-120.

85. А.Г. Морачевский, И.Б. Сладкое. Термодинамические расчеты в металлургии: Справ, изд. М.: Металлургия, 1993 г.

86. Доменное производство: Справочник / Под ред. Е.Ф. Вегмана. М.: Металлургия, 1989. - 495 с.

87. И.Д. Семикин, С.И. Аверин, И.И. Радченко. Топливо и топливное хозяйство металлурпггеских заводов. М.: Металлургия, 1965, 391 с.

88. С.Р. Manning and R.J. Fruehan. Emerging Technologies for Iron and Steelmaking, JOM, 53(10), 2001, pp. 20-23.

89. Kroger, C.: Angew. Chem. 52 (1939) S. 129-139.

90. Hedden, К., H.H. Kopper u. V. Schulse: Z. phys. Chem., N.F. 2, 22 (1959) S. 23-62.

91. Long F.J. u. K.W. Sykes: J. Chim. phys. 47 (1950) S. 361-378.

92. Доменное производство: Справ.: в 2 т. / Под ред. И.П. Бардина. М.: Металлургиздат, 1963, т. I, 648 с.