Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях повышение эффективности кислородно-конвертерного производства стали неразрывно связано с проблемами разработки ресурсо- и энергосберегающей технологии конвертерной плавки с увеличенным расходом лома в металлошихте.
В реальных условиях работы конвертерных цехов анализ теплового баланса плавки при изменяющихся параметрах металлозавалки показывает, что с позиции энергосбережения на сегодняшний день перспективными являются технологии, включающие предварительный нагрев лома в полости конвертера кусковым или порошкообразным углеродсодержащим топливом с исключением образования зон локального проплавлення шихты и высокоокисленного жидкого металлического полупродукта. В данных условиях к числу важнейших относятся проблемы разработки оптимальных конструкций дутьевых устройств, вариантов технологии предварительного подогрева лома с использованием углеродсодержащих теплоносителей и дальнейшей продувки конвертерной ванны, обеспечивающих надлежащие показатели хода шлакообразования, удаления вредных примесей и стойкости футеровки агрегата.
Поэтому развитие теоретических основ и практических аспектов разработки и совершенствования в новых направлениях технологии конвертерной плавки с увеличенной переработкой предварительно подогретого металлического лома является актуальной задачей сегодняшнего дня.
Основной объем проведенных научно-исследовательских работ выполнен по грантам и программам Министерства образования и науки в рамках научно-технической программы «Производственные технологии».
Цель работы. На основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований тепломассообменных закономерностей различных способов предварительного подогрева лома в полости конвертера с использованием топливно-кислородного дутья, кусковых и порошкообразных углеродсодержащих теплоносителей разработать новые ресурсо- и энергосберегающие технологии конвертерной плавки с увеличенной долей перерабатываемого металлического лома и дутьевые устройства для их реализации применительно к сырьевым условиям металлургической отрасли России.
Научная новизна. Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил получить новую информацию об особенностях:
воспламенения и горения различных марок углей Кузбасского месторождения, используемых для предварительного подогрева лома в полости конвертера путем сжигания загруженного на лом кускового угля при подаче кислорода через верхнюю фурму;
подогрева лома топливно-кислородными факелами при поочередном наклоне конвертера и перемещающимися торкрет-факелами, формируемыми боковыми многосопловыми фурмами и напольной торкрет-машиной, соответственно;
динамики плавления предварительно подогретого лома при продувке конвертерной ванны.
С использованием результатов высокотемпературных экспериментов получили дальнейшее развитие:
методика проектирования новых конструкций верхних кислородных фурм с подачей порошкообразного угля, обеспечивающих предварительный подогрев лома и продувку конвертерной ванны;
математическое моделирование теплопереносных процессов при различных способах предварительного подогрева лома в полости конвертера с использованием газообразного топлива, кусковых и порошкообразных угле-родсодержащих теплоносителей.
Практическая значимость и реализация результатов. Полученные в работе научные результаты использованы для разработки и совершенствования технологии плавки в 160-т и 350-т конвертерах ОАО «ЗСМК» с увеличенной до 30-50 % переработкой предварительно подогретого лома в металло-шихте.
Разработанные технологические приемы предварительного подогрева лома кусковым углем при оптимизированной подаче кислорода через верхнюю фурму внедрены в промышленную эксплуатацию, что позволило снизить расход чугуна до 560 кг/т стали при сохранении на высоком уровне стойкости футеровки конвертера и увеличении производства. Фактический годовой экономический эффект в 2007 г. от внедрения предложенных разработок составил 113817,5 тыс. руб., в том числе с долевым участием автора 10% -11381,75 тыс. руб.
Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся основные положения, представляющие научную новизну и практическую значимость:
результаты высокотемпературного моделирования воспламенения и горения углей, различных технологических способов предварительного подогрева лома в конвертере с использованием топливно-кислородного дутья, уг-леродсодержащих теплоносителей, подаваемых на лом в кусковом и порошкообразном виде с использованием специальных конструкций верхних кислородных, боковых топливно-кислородных и напольных торкрет-фурм;
результаты экспериментальных и численных исследований процессов расплавления «холодного» и предварительно подогретого лома в железоуглеродистом расплаве конвертерной ванны;
методика проектирования верхней многосопловой кислородной фурмы, приспособленной для предварительного подогрева лома с подачей порошкообразного угля и продувки конвертерной ванны кислородом;
методика расчета эффективности использования твердого топлива в процессе выплавки стали и предварительного подогрева лома в конвертере;
результаты разработки и совершенствования технологии конвертерной плавки в 160-т и 350-т конвертерах ОАО «ЗСМК» с переработкой 30-50 % в металлошихте предварительно подогретого в полости агрегатов лома.
Автору принадлежит: постановка задач, результаты обработки и обобщения данных экспериментов и численного моделирования технологий предварительного подогрева лома в полости конвертера с использованием предложенных технологических приемов; разработка методик проектирования верхней фурмы для подогрева лома и расчета эффективности использования углеродсодержащего твердого топлива в процессе выплавки стали; результаты разработки и совершенствования ресурсо- и энергосберегающей технологии переработки в 160-т и 350-т конвертерах увеличенной до 30-50% доли лома в металлошихте.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Результаты научного исследования соответствуют паспорту специальности 05.16.02 - «Металлургия черных, цветных и редких металлов» по пунктам: 6. Газо- и аэродинамика в металлургических агрегатах; 7. Тепло- и массопе-ренос в низко- и высокотемпературных процессах; 11. Пирометаллургические процессы и агрегаты.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации доложены и обсуждены на: II Международной научно-технической конференции «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (г. Челябинск, 1999 г.); XII-XIV Международных научно-технических конференциях «Теория и практика сталеплавильных процессов» (г. Днепропетровск, Украина, 2006, 2008, 2010 гг.); IX и X Международных конгрессах сталеплавильщиков (г. Старый Оскол, 2006 г., г. Магнитогорск, 2008 г.); II Международном конгрессе по стратегическим технологиям IFOST (г. Улан-Батор, Монголия, Монгольский университет науки и технологии, 2007 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Тепломассообменные процессы в металлургических системах» (г. Мариуполь, Украина, 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Металлургия: Новые технологии, управление, инновации и качество» (СибГИУ, г. Новокузнецк, 2007, 2008 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций. Получен патент России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников из 184 наименований, приложения и содержит 152 страницы машинописного текста, 63 рисунка, 17 таблиц.
Похожие диссертации на Разработка и совершенствование технологии кислородно-конвертерной плавки с увеличенной переработкой предварительно подогретого металлического лома
