Введение к работе
В работе обобщены научные результаты научно-исследовательских работ, выполненных под руководством и при участии автора на доменных печах крупнейших металлургических предприятий Урала: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат». Материалы диссертации имеют научно-техническую направленность, а полученные в ней результаты в той или иной мере характерны для доменных печей других заводов. Актуальность работы.
Масштабность производства металла черной металлургией России, ее роль в мировом разделении труда определяют приоритетное значение доменного процесса в системе производства металла сегодня и на дальнюю перспективу.
Концепция развития металлургии до 2005 года и на дальнейшую перспективу предусматривает сокращение выплавки тугуна за счет ликвидации устаревших агрегатов и повышения экономичности работы остальных печей при одновременном улучшении качества вьшлавляемого чугуна, повышении требовательности к безопасности их работы. Применительно к доменному производству задача конкретизируется в направлении дальнейшего снижения расхода кокса, выплавки чугуна по заказам, сокращения расхода энергии на интенсификацию плавки, а так же совершенствования методов контроля и управления работой доменных печей.
Совокупность известных и разрабатываемых мероприятий по совершенствованию доменного процесса позволяет ожидать улучшения показателей плавки примерно в 1,5 раза. Это связано с достижением удельной производительности 3,5 т/м3 сутки и расхода кокса 300 кг/т чугуна.
Решение этих вопросов требует всесторонних исследований доменного процесса и разработки на этой основе новых технологических приемов, энерго- и ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих экономичную выплавку чугуна с заданными свойствами, а так же trx опытно-промышленными испытаниями и внедрением. Решению этих проблем и посвящена данная диссертационная работа.
Цель работы.
Разработка новых перспективных технологических приемов плавки передельных и ванадиевых чугунов, обеспечивающих снижение энергетичесигх затрат л повышение качества чугуна, на основе экспериментальных исследовании закономерностей газо- и гидродинамики, процессов теплообмена и механики движения материалов в доменных печах, работающих на различном железорудном сырье.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы, включающие результаты исследования, технологические разработки и практические рекомендации:
1. Новый метод оценки газодинамического состояния столба шихтовых ма
териалов в современных доменных печах. Результаты исследования и вне
дрения этого метода.
2. Результаты исследований особенностей газо-гидродинамических процес-
_ сов, процессов движения материалов при выплавке мартеновских и вана
диевых чугунов в доменных печах большого объема, а также разработка и
внедрение на этой основе новых технологических приемов выплавки чу
гуна.
-
Результаты исследований газодинамических, восстановительных и тепло-обменных процессов при использовании в шихте 100% окатышей Соко-ловско-Сарбайского и Качтсанарского горнообогатительных комбинатов. Разработка на этой основе новых технологий по производству окатышей и их проплавки в доменных печах АО ММК и АО НТМК.
-
Оценка технологических особенностей плавки высоко- и низкоосновного агломератов в доменных печах, внедрение технологии доменной плавки на агломератах одинаковой основности на АО НТМК.
-
Исследование закономерностей поведения цинка в доменных печах АО НТМК и АО ММК, разработка и внедрение новых технологических приемов, позволяющих уменьшить вредное воздействие цинка на технико-экономические показатели доменной плавки.
6. Новые технологические и конструктивные решения, направленные на улучшение технико-экономических показателей работы современных доменных печей, работающих с низким выходом шлака. Научная новизна основных результатов, полученных автором в ходе достижения поставленной цели состоит:
в разработке и использовании в промышленных условиях нового метода оценки газодашамнческого режима и состояния столба шихты при периодических уменьшениях расхода дутья, подаваемого в доменную печь, в момент переключения воздухонагревателей, а также понижениях расходов дутья на выпусках жидких продуктов плавки;
в установлении (на основании анализа газодинамических процессов в верхней части доменных печей, проведения экспериментальных исследований на моделях и действующих доменных печах) целесообразности работы доменных печей с пониженным уровнем засыпи;
в установлении впервые в отечественной практике закономерностей изменения прочности, гранулометрического состава, степени восстановления окатышей на различных горизонтах доменной печи и формулировании требования по их "горячей" прочности, определении особенности загрузки окатышей в доменные печи, а также особенностей дутьевого режима;
в разработке технологии ведения ванадиевой плавки с повышенным co-держаігием в дутье кислорода до 25—26 % на доменных печах большого объема;
в выявлении закономерностей циркуляции цинка и определении местоположения зон этого процесса в объеме печи для современных условий доменной плавки;
в изучении влияния оксида бора на вязкость доменных шлаков при выплавке ванадиевого и передельного чугунов и разработке технологии их использования в доменной плавке;
— в выработке новых технических решений повышения качества выплав
ляемого чугуна при низком выходе шлака.
Практическая ценность исследования связана с разработкой нового способа оценки газодинамичедкого состояния столба шихтовых материалов, разработкой и оп-
робованием в промышленных условиях комплекса новых техіголопгческих приемов ведеігая современной доменной плавки. Под руководством и непосредственном участии автора:
обосновшгы и реализованы рациональные режимы загрузки доменных печей на пониженном до 2,5 м и более уровне засыпи;
разработана и реализована методика оценки газодинамического состояния столба шихты в целом для доменной печи, а также для ее верхней и нижней зон;
предложены и реализованы режимы обжига окатышей Соколовско-Сарбайского н Качканарского горно-обогатительных комбинатов с целью улучшения металлургических свойств этого вида железорудного сырья;
предложены и реализованы изменения в газодинамическом, шлаковом режимах, в режимах загрузки доменных печей при содержании в шихте 50, 75 и 100 % окатышей;
разработана и реализована технология плавки ванадиевого чугуна в до-иенных печах большого объема (1719 м и более) при обогащении дутья кислородом до 26%;
предложен и реализован комплекс новых технологичесюгх приемов веде-шя доменной плавки, ослабляющих вредное воздействие оксидов цинка, что потопило решить проблему использования цинкосодержащих железорудных материалов в качестве сырья для доменных печей АО ММК. и АО НТМК;
предложены новые перспективные технологические и конструктивные )ешения, позволяющие решить проблему получения низкосернистого чугуна непосредственно в доменной печи при малом выходе шлака (220 кг/т чугуна и ме-іее);
обоснована целесообразность работы доменных печей АО НТМК, выставляющих передельный чугун на агломератах одной основности. Практика в ечении последних 15 лет подтвердила эту целесообразность;
усовершенствовано оборудование и предложены новые методы исследо-іаний процессов непосредственно на работающих доменных печах, использова-ше которых позволило осуществить комплексные исследования процессов газо-(инамики, теплообмена и массообмена на доменных печах, а после обобщения
результатов этих исследований предложить новые технологические приемы выплавки чугуна.
Реализация результатов работы. Результаты экспериментальных исследований явились фундаментальной основой для технических решений, позволяющих разработать и внедрить новые и усовершенствовать существующие технологии доменной плавки, реализация которых в условиях работы доменных цехов ОАО ММК и ОАО НТМК дала экономический эффект более 52 млн. рублей в ценах до 1991 года и более 12 млрд. рублей в ценах с 1991 по 1997 годы (экономия кокса более 25 тыс. тонн)-Апробация работы.
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на 19 Международных, 36 Всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах. Основные из них следующие:
Международного уровня. Симпозиум "Аэродинамика доменного процесса", Воллонгонг (Австралия), 1975; 6-я конференция доменщиков "Витковице-1979", Острава (Чехословакия), 1979; 8-я конференция доменщиков "Витковице-1989", Острава (Чехословакия), 1989; конференция "Металлургия-92", Краков (Польша), 1992; 1-я конференция по газ-жидким-твердым промышленным реакторам, Огайо, Колумбус (США), 1992; 1-й конгресс доменщиков, Тула (Россия), 1992; 3-й коїггресс доменщиков, Новокузнецк, 1995 (Россия); 4-й конгресс доменщиков, Магнитогорск (Россия), 1997; конференции "Научные основы конструирования металлургических печей" , Днепропетровск (Украина), 1993, 1996.
Всесоюзного уровня. "Теоретические основы металлургии чугуна", Москва, 1974; "Проблемы автоматизированного управления доменным процессом", Киев, с 1971 по 1983 г.г.; "Теория и практика современного доменного производства", Днепропетровск, 1983; "Моделирование процессов в шахтных и доменных печах", Свердловск, 1988; "Средства и системы автоматического контроля и управления технологическими процессами в металлургии", Свердловск, 1991.
Кроме того, материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на 15 Республиканских конференциях по металлургии чугуна, на заседаниях технических советов домешшх цехов Магнитогорского и Нижнетагильского металлур-
ических комбинатов, коллегии Минчермета СССР с 1965 по 1996 г.г., научных еминарах Института металлургии УрО РАН, Института металлургии АН 'краинъг, Института металлургии им. акад. И.П.Бардина, ЦНИИЧМ, Уральского иститута металлов.
Іубликаиин. Материалы диссертации опубликованы в 75 статьях и докладах; по езультатам исследований получено 53 авторских свидетельств и патентов. Іичньїй вклад автора. В представленной работе обобщены результаты экспери-іентальньгх исследований, выполненных автором самостоятельно, а также вместе ; сотрудниками ОАО ММК и ОАО НТМК. Автор являлся научным руководите-іем этих научно-исследовательских работ. При этом автору принадлежат: поста-говка проблемы и задач исследований; разработка основных методик проведения жспериментов; непосредственное участие в проведении, интерпретации, обработке и обобщении результатов исследований. Автор также принимал непосредственное участие в создании и реализации новых технологических приемов по "ювышению эффективности выплавки чугуна.
3