Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях повышение эффективности кислородно-конвертерного производства стали неразрывно связано с проблемами разработки ресурсе- и энергосберегающей технологии конвертерной плавки с использованием одновременно с ломом в качестве охладителей операции железо- марганецсодер-жащих концентратов или агломератов, а также всевозможных металлургических отходов. При этом к числу важнейших проблем относится разработка оптимальных конструкций дутьевых устройств и технологии продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления и применением в качестве дополнительного теплоносителя и восстановителя энергетических марок угля.
На сегодняшний день в отрасли отчетливо прослеживается существенное отставание во внедрении новых конструкций дутьевых устройств и вариантов продувки конвертерной ванны с дожиганием отходящих газов, предусматривающих оптимизированную по расходам и энергии переработку увеличенного количества железомарганцево-рудного сырья способом жидкофазного восстановления.
Поэтому развитие теоретических основ и практических аспектов разработки дутьевых устройств для реализации ресурсо- и энергосберегающей технологии продувки конвертерной ванны с жидкофазным восстановлением является актуальной задачей сегодняшнего дня.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом хоздоговорных и госбюджетных НИР университета в рамках научно-технической программы "Производственные технологии", утвержденной Министерством образования РФ.
Базовой для подготовки диссертации является научно-исследовательская работа по конкурсу грантов Министерства образования РФ "Разработка теории процессов получения марганцевых сплавов в агрегатах конвертерного типа", исполнителем которой являлся автор.
Цель работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований в новых направлениях гидрогазодинамических и тешюмассообменньгх закономерностей продувки конвертерной ванны с интенсификацией дожигания отходящих газов в рабочем пространстве агрегата и окислительно-восстановительных процессов в жидком расплаве найти эффективные пути совершенствования известных и разработки новых конструкций дутьевых устройств и режимов продувки ванны с жидкофазным восстановлением железомарганцеворудных добавок, обеспечивающие повьшіение выхода жидкой стали и снижение расхода марганецсодержащйх ферросплавов при обеспечении надлежащей стойкости дутьевых устройств и футеровки агрегатов.
Научная новизна. Разработаны и предложены усовершенствованные варианты установок и методик высокотемпературного моделирования по изучению особенностей гидрогазодинамики и тепломассообмена при различных вариантах продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления.
С использованием высокотемпературного моделирования получена новая информация о структуре и размерах реакционных зон, образующихся при различных вариантах верхней, донной и комбинированной продувки конвертерной ванны кислородными, топливно-кислородными и газопорошковыми струями с вводом углеродсодер-жащих материалов и дожиганием отходящих газов.
Впервые получена достоверная информация об особенностях_впенивания металла и шлака с установлением основных управл^щих^врздействяй'ла'кЬнвертерную ванну при различных режимах верхней и комбинироваваийНфодувкя с жидкофазным
восстановлением оксидов железа и марганца при использовании в качестве дополнительного теплоносителя и восстановителя кускового угля.
Получили дальнейшее развитие основные теоретические и технологические положения по организации специальных открытой формы реакционных зон для более эффективного дожигания отходящих газов при комбинированной продувке со встречным взаимодействием кислородных и топливно-кислородных струй.
Разработана методика проектирования новых конструкций верхних одно- и многоконтурных, донных и боковых многосопловых фурм для конвертеров жидкофаз-ного восстановления с подачей окислительных, восстановительных и нейтральных газов, в том числе несущих порошкообразный уголь.
На основе высокотемпературных экспериментов и численного моделирования получила дальнейшее развитие методика проектирования донных и боковых дутьевых устройств, обеспечивающих подачу в конвертерную ванну подогретого до 500С за счет тепла отходящих газов перемешивающего многоструйного дутья при индивидуальном регулировании.
Теоретически и экспериментально обоснованы новые и усовершенствованные методы верхней и комбинированной продувки конвертерной ванны с использованием предложенных конструкций дутьевых устройств и конвертерных агрегатов применительно к условиям жидкофазного восстановления железо- и марганецрудного сырья.
Практическая значимость. Полученные в работе научные результаты использованы для разработки технологических рекомендаций и промышленных конструкций новых многоцелевых дутьевых устройств, обеспечивающих повышение энергосберегающей эффективности продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления при использовании в качестве охладителя операции совместно с ломом присадок железо- и марганцеворудных материалов.
Разработанные технологические рекомендации по дутьевому и шлаковому режиму ведения плавок с элементами жидкофазного восстановления, рабочие чертежи оптимизированных конструкций верхних, донных и боковых многоцелевых фурм переданы к внедрению в кислородно-конвертерных цехах ОАО "Западно-рйбирский металлургический комбинат".
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся основные положения, представляющие научную новизну и практическую значимость:
методика и результаты высокотемпературного моделирования гидрогазодинамических и тепломассообменных закономерностей поведения реакционных зон и конвертерной ванны при различных режимах верхней, донной и комбинированной продувки, в том числе с дожиганием отходящих газов при вводе углеродсодержащих материалов;
теоретические и технологические положения способа комбинированной продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления при встречном взаимодействии кислородных, нейтральных и топливно-кислородных струй и создании специальных открытой формы реакционных зон для более эффективного дожигания отходящих газов;
методика проектирования и практические аспекты разработки новых конструкций верхних одно- и многоконтурных, донных и боковых многосопловых фурм для конвертеров, работающих с жидкофазным восстановлением железо и марганецсодер-жащего сырья при продувке ванны окислительными, восстановительными и нейтральными струями, в том числе несущими порошкообразный уголь;
результаты численного моделирования процесса подогрева нейтрального перемешивающего газа за счет тепла отходящих газов и аккумулированного в горловине конвертера, с практическим приложением к разработке донных и боковых дутьевых устройств для подачи последних;
теоретические и практические аспекты усовершенствования методов верхней и комбинированной продувки конвертерной ванны с использованием предложенных конструкций дутьевых устройств и конвертерных агрегатов применительно к условиям жидкофазного восстановления железо- и марганецрудного сырья.
Автору принадлежит: совершенствование методов высокотемпературного моделирования продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления; разработка методики проектирования многоцелевых фурменных устройств и дутьевых режимов плавки применительно к технологии жидкофазного восстановления; результаты обработки и обобщения данных высокотемпературных экспериментов и численного моделирования процесса подогрева нейтрального перемешивающего газа.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались: на X Международной научно-технической конференции "Теория и практика кислородно-конвертерных процессов" (г. Днепропетровск, Украина, 2002 г.), X Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная техника и технология" (г. Томск, 2002 г.), Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых ""Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения" (г. Новокузнецк, 2002 г.), II Международной научно-практической конференции "Автоматизированные точные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии" (г. Москва, 2002 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них _6_ статей в специализированных научных журналах, _7_ в материалах и трудах международных научно-технических конференций и конгрессов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников из 235 наименований, приложения и содержит 125 страниц машинописного текста, 98 рисунков, 14 таблиц.
Похожие диссертации на Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением
