Аннотация
Постановка задач (актуальность работы) для достижения высоких технико-экономических показателей при выплавке чугуна в доменной печи необходимо обеспечивать равномерное окружное распределение материалов по видам и крупности. Поскольку шихта доменных печей является многокомпонентной, в сырьевой части которой помимо агломерата и окатышей могут присутствовать промывочные материалы, топливные добавки и материалы, формирующие гарнисаж, возникают сложности в обеспечении равномерного окружного распределения шихты. В связи с этим необходимо исследовать влияние различных параметров загрузки на равномерность поступления компонентов шихты по крупности из бункера бесконусного загрузочного устройства (БЗУ) лоткового типа в колошниковое пространство печи. Цель – выявление закономерностей поступления компонентов шихты по крупности из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи для разработки рациональных режимов загрузки железорудных материалов в доменную печь, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей плавки. Используемые методы (эксперименты): провели несколько серий экспериментов на лабораторной установке однотрактового компактного загрузочного устройства лоткового типа, изготовленной в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам БЗУ доменных печей № 4 и 6 ПАО «ММК». В первой серии экспериментов исследовали изменение показателя равномерности поступления агломерата по крупности от содержания в нем фракции 1–5 мм в интервале от 1 до 18%, которую загружали в бункер загрузочного устройства в смеси с агломератом класса (–10) мм. При этом агломерат мелких классов располагали под фракцией +10 мм над ней и в среднем ее слое. Также фракцию +10 мм размещали в слое агломерата крупностью (–10) мм. При этом соотношение фракций +10 и (–10) мм составляло 90:10; 70:30; 50:50; 30:70; 10:90. Во второй серии экспериментов исследовали влияние последовательности загрузки компонентов шихты на показатель равномерности по крупности агломерата и окатышей в процессе поступления их из бункера БЗУ на лоток. Для этого окатыши загружали в нижнюю часть бункера БЗУ под агломератом, над ним и в слое между порциями агломерата в различных вариантах: 25:75; 50:50 и 75:25%, расположенными в бункере БЗУ соответственно под и над окатышами. Сравнили их с режимами загрузки агломерата в слой окатышей в различных вариантах: 25:75; 50:50 и 75:25%, расположенными в бункере БЗУ соответственно под и над агломератом. Долю окатышей меняли от 0,1 до 0,9 с шагом 0,2. При угле открытия шихтового затвора 50 градусов производили выпуск материалов. По ходу выпуска отбирали пробы, рассеивали материалы на классы: 1–3; 3–5; 5–8; 8–10; 10–12; 12–15; 15–17,5; 17,5–25; >25. После чего рассчитывали показатели равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ на лоток. Новизна: установлены закономерности поступления компонентов шихты по крупности из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи в зависимости от условий загрузки. Результаты: разработаны математические зависимости очередности и равномерности поступления из шихтового бункера железорудных материалов по крупности при различных режимах загрузки. При загрузке материалов в бункер БЗУ для обеспечения более высокого показателя равномерности целесообразно в нижней части бункера располагать материал расход, которого наиболее высокий, а поверх него наиболее низкий. Увеличение содержания фракции 1–5 мм в агломерате в интервале от 1 до 10% при одновременном росте фракции (–10) мм от 10 до 90% за счет снижения доли агломерата крупностью +10 мм незначительно влияло на перераспределение агломерата фракции 1–5 мм в сформированных по ходу выпуска порциях. Средняя величина показателя равномерности составляет 0,88. Увеличение содержания фракции 1–5 мм от 10 до 18% значительно ухудшало равномерность ее поступления из бункера в колошниковое пространство печи. В первых порциях содержание мелочи составляло в среднем 10 %, а по истечении 60% времени выпуска материала от общей его продолжительности – 25%. Показатель равномерности снизился от 0,88 до 0,62. В связи с этим превышение содержания фракции 1–5 мм границы в 10% будет отрицательно сказываться на газодинамике доменного процесса в отдельных секторах печи и, следовательно, сопровождаться ухудшением технико-экономических показателей. Для обеспечения равномерного распределения железорудного сырья по крупности в процессе выпуска его из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи с целью достижения рационального распределения газового потока через слой шихты по окружности целесообразно материал с более высокой эквивалентной по поверхности крупностью располагать в слое материала с меньшей крупностью. Наиболее высокую равномерность поступления компонентов шихты по крупности из бункера БЗУ обеспечивает загрузка окатышей в середину слоя агломерата. При доле окатышей 38% от расхода железорудной части шихты величина показателя равномерности составила 0,90. Практическая значимость: использование разработанных режимов загрузки на доменных печах ПАО «ММК», оснащенных компактным БЗУ лоткового типа, повысит окружную равномерность распределения шихтовых материалов по крупности, что обеспечит увеличение технико-экономических показателей работы печи.
Ключевые слова
Доменная печь, БЗУ лоткового типа, крупность шихты, окружное распределение, агломерат, окатыши.
1. Совершенствование режимов загрузки и дутья на доменных печах ПАО МК «АЗОВСТАЬ» / Тонких Д.А., Кариков С.А., Тараканов А.К. и др. // Металлург. 2013. № 9. С. 42–48.
2. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Выявление рациональной последовательности набора компонентов сырья в бункер БЗУ лоткового типа физическим моделированием // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №3. С. 28–34.
3. Анализ особенностей формирования порций и истечения материалов из бункера БЗУ при загрузке шихты / Пыхтеева К.Б., Загайнов С.А., Тлеугабулов Б.С., Филиппов В.В., Журавлев Д.Л., Николаев Ф.П. // Сталь. 2008. № 6. С. 14–19.
4. Воронцов В.В., Степанов А.Т. К вопросу о распределении шихтовых материалов по окружности колошника доменной печи // Вестник Череповецкого государственного университета. 2010. № 1. С. 129–133.
5. Андронов В.Н., Белов Ю.А. Оценка эффективности распределения дутья и природного газа по фурмам // Сталь. № 9. 2002. С. 15–17.
6. Повышение равномерности распределения дутья по окружности горна доменной печи / Лялюк В.П., Тараканов А.К., Кассим Д.А., Ризницкий И.Г. // Металлург. 2018. № 2. С. 30–34.
7. Стабилизация соотношения расходов природного газа и дутья по фурмам доменной печи / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Полинов А.А. и др. // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1 (14). C. 23–25.
8. Совершенствование доменного процесса за счет создания условий для увеличения потребления природного газа применением сырья повышенной прочности / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Чернов В.П., Бегинюк В.А. // Черные металлы. 2017. № 8. С. 27–33.
9. Дружков В.Г., Ширшов М.Ю. Совершенствование узла подвода горячего дутья в кольцевой воздухопровод доменной печи // Металлург. 2016. № 12. С. 39–42.
10. Товаровский И. Г. Прогнозная оценка влияния шихтовых материалов по радиусу колошника на процессы и показатели доменной плавки // Металлург. 2014. № 8. С. 46–52.
11. Влияние различных факторов на равномерность распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа / Харченко А.С., Сибагатуллин С.К., Гущенко Д.Н., Теплых Е.О. // Теория и технология металлургического производства. 2010. № 1. С. 33–38.
12. Zhao Huatao, Zhu Minghua, Du Ping. Uneven distribution of burden materials at blast furnace top with parallel bunkers. ISIJ International 2012. Vol. 52. No. 12. P. 2177–2185.
13. Kaoru Nakano, Kohei Sunahara, Takanobu Inada. Advanced Supporting System for Burden Distribution Control at Blast Furnace Top. ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 7. P. 994–999.
14. Zhao-jie Teng, Shu-sen Cheng, Peng-yu Du, Xi-bin Guo. Mathematical model of burden distribution for the bell-less top of a blast furnace. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2013, Volume 20, Issue 7, pp. 620–626.
15. Выявление источников неравномерного распределения компонентов железорудной шихты, загружаемой в доменную печь / Сибагатуллин С.К., Савинов А.С., Харченко А.С., Девятченко Л.Д. // Черная металлургия. 2017. № 12 (1416). С. 30–36.
16. Зависимость равномерности поступления агломерата и окатышей в колошниковое пространство печи от последовательности размещения их в бункере БЗУ / Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко А.С., Махмутов Р.Ф., Семенюк М.А., Бегинюк В.А. // Теория и технология металлургического производства. 2012. № 12. С. 16–21.
17. Sibagatullin, S.K., Kharchenko, A.S., Logachev, G.N. The rational mode of nut coke charging into the blast furnace by compact trough-type charging device // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. № 86. Р. 531–537.
18. Влияние расхода конвертерного шлака на показатели работы доменных печей / Полинов А.А., Павлов А.В., Логачёв Г.Н., Онорин О.П., Спирин Н.А. // Металлург. 2017. № 4. С. 41–47.
19. Работа доменных печей ОАО «ММК» с высокой долей окатышей в шихте. Часть 1 / Павлов А.В., Онорин О.П., Спирин Н.А., Полинов А.А. // Металлург. 2016. № 6. С. 36–42.
20. Семенов Ю.С. Выбор рациональных режимов загрузки доменной печи, оборудованной БЗУ, для условий работы с малой массой подачи и с нестабильным качеством шихтовых материалов // Черная металлургия. 2013. № 12. С. 14–19.
21. Прочностные характеристики коксового орешка различного происхождения / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Теплых Е.О., Степанов Е.Н., Мезин Д.А., Фетисов В.Б. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. № 1. С. 19–21.
22. Предпусковые исследования загрузки и распределения шихты в доменной печи большого объема / Большаков В.И., Богачев Ю.А. Вишняков В.И. и др. // Черная металлургия. Бюл. НТЭИ. 2008. № 6. С. 14–19.
23. Mousa E., Senk D., Babich А. Reduction of Pellets-Nut Coke Mixture under Simulating Blast Furnace Conditions // Steel Research International. 2010. Vol.81. Issue 9. P. 706–715.
24. Mousa E., Senk D., Babich А. Einfluss von Brechkoks auf das Reduktionsverhalten von Eisenerzsinter // Tagungsband zum 24. Aachener Stahlkolloquium Metallurgie, "Rohstoffe-Werkstoffe-Gesellschaft", 17–18.09.2009, Aachen. Aachen: Mainz, 2009. P. 67–77.
25. S. Watakabe, K. Takeda, H. Nishimura, S. Goto, N. Nishimura, T. Uchida, M. Kiguchi // ISIJ International. 2006. Issue 4. P. 513–522.
26. Действие различных факторов на равномерность поступления шихтовых материалов по крупности из бункера БЗУ лоткового типа / Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Бегинюк В.А., Харченко Е.О., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р., Савченко Г.Ю. // Теория и технология металлургического производства. 2016. № 2 (19). С. 8–12.