Введение к работе
Актуальность темы. Одним из ключевых направлений совершенствования технологии металлургического производства России является энергосбережение во всех технологических переделах. Черная металлургия - одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности. Около 20 % от общезаводских затрат приходится на приобретение топливно-энергетических ресурсов. Самым крупным их потребителем остается доменное производство. На его долю приходится около 50 % энергоресурсов, используемых черной металлургией.
Из производимого для доменных печей кокса пригодная по крупности часть для непосредственного применения составляет около 80 %. Ввиду этого происходит избыточное расходование дефицитных и дорогостоящих коксующихся углей, мировые разведанные запасы которых в настоящее время не превышают 400 млрд т. Для выполнения стратегического направления, утвержденного правительством РФ в апреле 2003 года, об организации и комплексном использовании минерально -сырьевых ресурсов в интересах нынешних и будущих поколений необходимо рациональное расходование кокса. Одним из направлений снижения потребления углей является вовлечение в технологию производства чугуна коксового орешка крупностью 10-25 мм. Хотя способы его использования совместно с железорудной частью шихты уже известны, они не нашли широкого применения, поскольку наряду с положительными сторонами - наличие углерода, повышенная холодная прочность по сравнению со скиповым коксом, более высокая эквивалентная по поверхности крупность, чем у агломерата и окатышей - имеются и отрицательные. Недостаточно высокие результаты в значительной мере обусловлены большим влиянием дренажа продуктов плавки в горне печи на ее работу. Одной из причин негативного влияния орешка на фильтрующую способность коксовой насадки является неравномерное его распределение по окружности колошника. Особенно это проявляется на печах, оснащенных компактным бесконусным загрузочным устройством лоткового типа.
В связи с этим актуальной задачей для производства чугуна является разработка режима использования орешка в печах, оснащенных компактным лотковым загрузочным устройством, исключающая негативное действие его на фильтрующую способность коксовой насадки в горне с достижением повышенного эквивалента замены им кокса.
Цель работы - разработка режима использования коксового орешка, обеспечивающего эффективное его потребление в составе железорудной части шихты доменных печей, оснащенных компактным БЗУ лоткового типа. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:
- исследовать поступление шихтовых материалов из бункера БЗУ в колошниковое пространство и выявить рациональный режим загрузки коксового орешка в доменную печь;
установить влияние характеристик дутья, кокса и железорудного сырья, включающего коксовый орешек, на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи;
исследовать действие расхода орешка на ход плавки, в том числе дренажную способность горна печей, работающих в условиях нижней и верхней определяющих по газодинамике зон;
- выявить и исследовать различные мероприятия, обеспечивающие снижение удельного расхода кокса путем компенсации отрицательного действия орешка на фильтрующую способность горна печи. Научная новизна:
Выявлена последовательность размещения компонентов шихты в бункере БЗУ, обеспечивающая максимальную равномерность выхода коксового орешка из него в колошниковое пространство печи и пониженный удельный расход кокса.
Установлено действие расхода коксового орешка на дренажную способность горна печи в зависимости от расположения определяющей зоны силового взаимодействия потоков шихты и газа.
Получено уравнение, описывающее влияние характеристик дутья, железорудного сырья и качества кокса на коэффициент сопротивления шихты движению газов в нижней части печи, позволяющее выявить мероприятия, компенсирующие негативное действие орешка на дренажную способность горна.
Установлено влияние расхода коксового орешка и коэффициента равномерности поступления его из бункера БЗУ в колошниковое пространство на газодинамические процессы по высоте печи, ее тепловую работу и степень восстановления железа из FeO различными восстановителями.
Практическая ценность. Достигнуто снижение удельного расхода скипового кокса путем увеличения потребления коксового орешка без ухудшения хода доменной плавки и повышения коэффициента замены им кокса. Долевой экономический эффект от внедрения разработанной технологии в условиях ОАО «ММК» составил 3,54 млн руб.
На основе выполненных лабораторных экспериментов создана программа для ЭВМ «Определение рационального режима загрузки коксового орешка в колошниковое пространство доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа», имеющая государственную регистрацию. Программа позволяет определить коэффициент равномерности поступления коксового орешка в зависимости от последовательности загрузки компонентов шихты, расхода орешка и степени открытия шихтового затвора. Его повышение обеспечивает эффективное использование орешка и снижение удельного расхода скипового кокса.
Реализация работы. Полученные в работе результаты позволили эффективно использовать коксовый орешек в шихте доменных печей ММК с
доведением коэффициента замены им кокса до 0,91 кг/кг, что подтверждено актом внедрения.
Материалы исследований включены в методическое указание по курсовой работе «Анализ причин изменения удельного расхода кокса и производительности доменной печи по производственным данным». Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ», 2011. - 18 с.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 68-й и 69-й межрегиональных научно-технических конференциях МГТУ им. Носова (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 10-й и 11-й международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2010-2011 гг.); 11-й всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и специалистов «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» (Магнитогорск, 2010 г.); Третьем международном конгрессе по аглококсодоменному производствам «Проблемы доменного производства в современных экономических условиях работы горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов» (Украина, Ялта, 2010); четвертом международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (Челябинск, 2011 г.).
По материалам диссертационной работы проведено обучение технологического персонала доменного цеха ММК в процессе повышения ими квалификации.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 программа для ЭВМ, 15 статей в журналах и сборниках научных трудов, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертационной работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 150 наименований и 6 приложений. Она изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 41 таблицу.
