Введение к работе
Актуальность и научная проблема. В 1995 году в сталеплавильных цехах Министерства промышленности Украины произведено 21877,7 т.т. стали, в том числе в мартеновских цехах 11438,5 т.т. или 52,3. в конверторах - 9523.1 т.т. или 43.5% и в электропечах -916,1 т.т. - 4,2. Преобладающая доля выплавки стали остается за мартеновским процессом.
"Концепцией развития горно-металлургического
комплекса Украины ( до 2000 и 2010г.г.)", утвержденной Верховным Советом Украины 17 октября 1995г., только 35 мартеновских печей из 67 предусматриваются к выводу из эксплуатации к 2010 г., что менее половины существующей мощности. Следовательно, вопрос экономии энергоресурсов в мартеновском производстве еше на ближайшие 15-20 лет остается по прежнему весьма актуальным.
Конструкция и параметры мартеновской печи в целом и отдельных ее элементов, режимы их работы оказываются не всегда оптимальными в условиях жесткой экономии энергоносителей. По данным вопросам в настоящее время мнения металлургов достаточно противоречивы, особенно в способах отопления мартеновских печей, выборе конструкций и режимов работы кислородных фурм, повышении стойкости отдельных элементов печей. Это является одной из причин существенного различия в показателях расхода энергоносителей на разных предприятиях.
Цель работы и методика исследований.
а) Целью диссертационной работы являлось исследование в натуральных условиях тепловой работы мартеновских печей, на которых были установлены горелки для сжигания природного газа с самокарбюрацией в факеле. Исследование возможности повышения и регулирования светимости, настильности и окислительной способности факела путем изменения соотношения расходов газа между горелками, их взаимного расположения, углов наклона и положения в вертикале и пламенном окне рабочего пространства печи. Сравнение показателей работы печей, в том числе ее производительности, расхода условного топлива
и стойкости главных сводов, на газомазутном отоплении с безмазутным в аналогичных условиях.
б) Исследования эффективности продувки жидкой металлической ванны газообразными реагентами в различных режимах и разными средствами были проведены в натуральных условиях на 650-тн. мартеновских печах.
Для исследования тепло-массообмена при продувке жидкой металлической ванны струями кислорода было привлечено гидродинамическое моделирование, выполненное по известным в литературе методикам.
Результаты исследования на модели были проверены на мартеновских печах комбината "Криворожсталь", испытаны фурмы различных конструкций.
в) В натуральных условиях были проведены исследования стойкости отдельных элементов мартеновской печи. Исследованы причины и характер износа кладки главного свода в условиях работы с продувкой ванны кислородом, применение его аэродинамической зашиты различных конструкций, использование различных газов: сжатого воздуха, кислорода и пара для аэрозашнты. Исследована служба новых огнеупоров в кладке главного свода с применением в шихте электроплавленной алюмо-магнезиальной шпинели.
Исследована служба огнеупоров плоских сводов шлаковиков и регенераторов со старой и новой конструкцией подвески.
Научная новизна и практическая ценность.
а) Исследованы особенности нового способа отопления мартеновских печей. Разработана конструкция горелочных устройств, найдены оптимальные параметры установки их в головке мартеновской печи, отработаны тепловые режимы и расходы окислителей на все периоды плавки. Доказано, что принцип двухслойного сжигания топлива и конструкция горелочного устройства позволяют с целью повышения тепло- и массообмена между факелом и ванной регулировать аэродинамические. радиационные и окислительные характеристики факела в широких пределах за счет перераспределения природного газа между верхней и нижней горелками, а также изменения угла наклона горелки высокого давления, определяющей положение факела по
периодам плавки. Безмазутный способ отопления мартеновских печей с подачей газа и окислителей через горелки высокого и низкого давления, при котором, с целью повышения и регулирования светимости и окислительной способности факела, в горелку низкого давления подают газ, а окислитель подают отдельно от газа коаксиальными струями в горелку высокого давления реализован впервые в металлургической практике на комбинате "Криворожсталь", защишен авторским свидетельством .
б) Исследования на модели при условиях, максимально приближенных к условиям продувки сталеплавильной ванны кислородом (вдувание горячего воздуха с алімиаком в водоаммиачный раствор). позволили впервые в сталеплавильной практике определить оптимальную конструкцию кислородной фурмы (число сопел и угол наклона их к вертикали, расстояние между соплами на выходе из головки) и подобрать наивыгоднейший режим продувки.
Результаты исследований на модели защищены авторским свидетельством.
Проверка в реальных условиях результатов моделирования подтвердила полученные данные - фурмы с расчетными параметрами обеспечили уменьшение длительности продувки, скорость обезуглероживания в период плавления и доводки с продувкой без подачи руды была выше соответственно на J7.6 и 23.6.
в) Исследования по повышению стойкости главного свода мартеновской печи и сводов шлаковиков и регенераторов привели к разработке высоко эффективных конструкций: сводового кессона для аэродинамической защиты свода и устройства подвесного свода шлаковиков и регенераторов. Обе конструкции были внедрены впервые на комбинате "Криворожсталь" и защищены авторскими свидетельствами .
На основе исследования причин и характера износа рабочего пространства мартеновской печн в условиях продувки ванны газообразными и пылевидными реагентами эмпирическим путем получена конфигурация главного свода, обеспечивающая равномерный износ его огнеупорной кладки. Это решение защищено авторским свидетельством.
Всего в процессе выполнения данной работы было разработано 12 изобретений, защищенных авторскими
свидетельствами. Экономический эффект от внедренных изобретений составил 850 тыс. руб. в ценах 1990 г.
Публикации.
Основное содержание результатов диссертации опубликовано в 30 работах: одна статья в английском журнале "Steel Times", 17 в отраслевых журналах "Сталь", "Металлургическая и горнорудная промышленность", "Металлург", "Бюллетень ЦИИН ЧМ", 12 изобретений опубликованы в "Бюллетне изобретений".
Апробация работы.
Основные результаты и положения диссертации
докладывались на: Всесоюзной школе сталеплавильщиков
"Обобщение опыта работы большегрузных мартеновских
печей" (г.Кривой Рог, 1964г.). Республиканской школе
передового опыта "Автоматизация мартеновских печей."
(г.Кривой Рог, 1965г.), научно-практической конференции
ученых работников и аспирантов ЦНИИ ЧМ им.Бардина
И.П. (г.Москва. 1971г.), XI Съезде профсоюза металлургов
СССР (г.Москва, 1977г.). Всесоюзном совещании
руководящих работников "Экономия металла в народном хозяйстве" (г.Магнитогорск. 1979г.). совещаниях металлургов Украины (Днепропетровск, 1988-1991г.г.).
Автор дважды награждался бронзовыми медалями Выставки достижений народного хозяйства СССР за разработку и внедрение энергосберегающих мероприятий данной работы.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения. 6 глав, заключения, перечня авторских работ, списка использованной литературы. Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 17 таблиц. Список использованной литературы включает 137 наименований отечественных и зарубежных авторов.