ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТИЩЕНКО ОЛЕГ МИТРОФАНОВИЧ

УДК 669.162

ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ДОМЕННОЇ ПЛАВКИ НА ПІДСТАВІ КОНТРОЛЮ ГАЗОДИНАМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ШИХТОВИХ МАТЕРІАЛІВ

Спеціальність: 05.16.02 – “Металургія чорних металів”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Маріуполь – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаському державному технічному університеті (м.Алчевськ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Новохатський Олександр Михайлович,

Донбаський державний технічний університет, декан, доцент кафедри “Металургія чорних металів”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Томаш Олександр Анатольович, Приазовський державний технічний університет, ст. науковий співробітник кафедри “Металургія чавуну”

кандидат технічних наук

Петренко Віталій Олександрович, ВАТ “Дніпропетровський металургійний завод ім. Петровського”, помічник генерального директора.

Провідна організація: Національна металургійна академія України (м.Дніпропетровськ)

Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “16” березня 2007 р. о 14-00 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті за адресою: 87500, м.Маріуполь Донецької області, вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету за адресою: 87500, м.Маріуполь Донецької області, вул. Апатова, 115.

Автореферат розосланий “31” січня 2007г.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 12.052.01,

доктор технічних наук, професор Маслов В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми: Доменна піч на початку 21 століття залишається основним агрегатом чорної металургії під час вироблення рідкого чавуну, що є металошихтою для сталеплавильного виробництва. Стратегічним завданням чорної металургії за зростаючого дефіциту коксівного вугілля є вдосконалення технології виплавлення чавуну з метою зменшення його собівартості. Основна роль у вирішенні цього завдання на початку нового тисячоліття, як і раніше, залишається за доменною піччю.

Високопродуктивна й економічна робота доменної печі значною мірою залежить від того, як організовано рух і розподіл газів і шихти в її робочому просторі. Рух газів і розподіл їх у печі визначається багатьма чинниками, але основним серед них є гранулометричний склад шихти. Раціональне розподілення завантажуваних залізорудних матеріалів на колошнику за високої коливності крупності забезпечить необхідну газопроникність по всьому перерізу печі, що дозволить більшою мірою використати теплову й хімічну енергії газового потоку.

Тому актуальними є роботи, спрямовані на розроблення нових способів контролю якості й особливо гранулометричного складу залізорудних матеріалів для вирішення завдання керування газовим потоком доменної плавки через регулювання режимів їхнього завантаження на колошнику доменної печі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами: Виконання роботи було пов’зане з планами науково-дослідних робіт Міністерства промислової політики, Міністерства освіти і науки України, Донбаського державного технічного університету, політики ВАТ “Єнакіївський металургійний завод”.

В основу дисертації покладено результати робіт: “Розроблення теоретичних засад визначення газодинамічних характеристик шару шихтових матеріалів доменного виробництва на підставі безконтактного контролю їхньої якості” (№ держреєстрації 0197U018210), “Розроблення методів оптимізації технології комплексу доменна піч – конвертер” (№ держреєстрації 0103U002541), виконаних за особистої участі автора.

Мета й завдання досліджень: Метою роботи є теоретичне обгрунтуваня, експериментальні дослідження, розроблення способів, спрямованих на вирішення проблеми ведення доменної плавки за змінюваних газодинамічних властивостей завантажуваних шихтових матеріалів. Відповідно до цього було визначено завдання дослідження:

- дослідження особливостей розповсюдження звуку в різних середовищах і можливостей його застосування для оцінювання гранулометричного складу сипкого матеріалу;

- розроблення нового, ефективного способу контролю газодинамічних властивостей доменної шихти на основі використання звукових коливань;

- розроблення технологічних прийомів ведення доменної плавки, які містять змінювання режимів завантаження матеріалів на колошнику, залежно від змінювання звукопроникності шару сипких матеріалів.

Об’єкт досліджень: Процеси регулювання газового потоку доменної плавки через змінювання режимів завантажування матеріалів на колошнику доменної печі в умовах високої коливності гранулометричного складу залізорудних матеріалів.

Предмет досліджень: Закономірності змін акустичних характеристик звукових коливань, що проходять через шар шихтових матеріалів аглодоменного виробництва з різними газодинамічними характеристиками.

Методи досліджень: Використані активні методи досліджень на експериментальній установці в лабораторіях Донбаського державного технічного університету, для визначення взаємозв’язку між втратою напору дуття в шарі шихти та зміненням характеристик звукових коливань, що проходять через їхній шар за різного вмісту дрібняку в кусковому матеріалі. Промислові випробування установки для визначення коефіцієнта звукопроникності матеріалів проведено у ВАТ “Єнакіївський металургійний завод”. Дослідні доменні плавки з використанням установки проведено на ДП№1 корисним об’ємом 1386 м3 ВАТ “ЄМЗ”. У роботі використано методи математичного й фізичного моделювання, математичної статистики й порівняльного аналізу отриманих результатів.

На підставі наукових узагальнень, теоретичних розробок та експериментальних досліджень у лабораторних умовах і на промисловому агрегаті вирішено важливу науково-прикладну проблему вдосконалення технології доменної плавки за змінюваних газодинамічних характеристик залізорудних матеріалів, завантажуваних у доменну піч.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Отримали подальший розвиток наукові засади контролю газодинамічних властивостей шихтових матеріалів. Газодинамічні властивості матеріалу оцінюються за допомогою пропускання через шар шихти звукових коливань і визначення коефіцієнта звукопроникності (патент України №64473 А).

2. Уперше встановлено найбільш прийнятну частоту звукових коливань для визначення газодинамічних властивостей сипких матеріалів в інтервалів частот 200-1300Гц. Доведено, що об’єктивно характеризує газопроникність шихтових матеріалів змінювання амплітуди звукових коливань з частотою 200Гц.

3. Уперше визначено коефіцієнти звукопроникності різних компонентів доменної шихти: коксу, агломерату, котунів, антрациту й шихтових сумішей різного фракційного складу. Найбільший коефіцієнт звукопроникності k=2,58 характеризує кокс. Найменший коефіцієнт k=0,49 має агломерат із вмістом дрібняку 40%.

4. Уперше встановлено функціональний зв’язок між критерієм гідродинамічної подібності Ейлера й безрозмірним коефіцієнтом звукопроникності для умов доменної печі.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблено спосіб й установку, які дозволяють визначити коефіцієнт звукопроникності шару сипкого матеріалу (патент України № 64473 А).

2. Вирішено проблему оперативного й об’єктивного визначення газодинамічних властивостей завантажуваних у доменну піч шихтових матеріалів за допомогою акустичного способу.

3. Зроблено порівняльний аналіз звукопроникності шару різних шихтових матеріалів, використовуваних у доменній плавці.

4. Розроблено спосіб керування доменною плавкою, що полягає в змінах режимів завантаження шихт на колошнику доменної печі, залежно від їхніх коефіцієнтів звукопроникності (патент України №3077).

5. Розроблено спосіб доменної плавки з використанням у шихті непідготовленого кам’яного вугілля, що характеризується коефіцієнтом звукопроникності більше 1,0 (патент України №64607 А).

Особистий внесок здобувача: Обгрунтування загальної концепції роботи; визначення мети й завдань дослідження; вибір методик і способів їхнього здійснення; безпосередня участь у плануванні й проведенні експериментів для визначення можливості використання звуку з метою оцінювання газодинамічних властивостей шихтових матеріалів доменної плавки.

Дисертація є підсумком теоретичних та експериментальних досліджень, які виконувались автором особисто. Запропоновано спосіб оцінювання газодинамічних властивостей шихтових матеріалів за допомогою звукових коливань. На його підставі розроблено спосіб регулювання розподілу шихти на колошнику доменної печі. Проведено порівняльний аналіз звукопроникності різних компонентів доменної шихти.

Апробація результатів дисертації: Основні результати й положення дисертації доповідались та обговорювались на IV Українській науково-технічній конференції ’’Развитие аналитического контроля в металлургии и машиностроении’’ (16-18 листопада 1999р. м.Дніпропетровськ), на науково-технічній конференції молодих спеціалістів (м.Алчевськ, 2000р.), на науково-технічній конференції молодих спеціалістів “Азовсталь-2000” (м.Маріуполь, 2000р.), на науково-технічній конференції щодо забезпечення контролю якості продукції металургії й машинобудування (25-26 листопада 2003р. м.Дніпропетровськ), на міжнародній науково-технічній конференції (24-27 травня 2004р. м.Кривий Ріг), на міжнародній науково-технічній конференції ’’Стратегия качества в промышленности и образовании’’ (3-10 червня 2005р. м.Варна, Болгарія), на наукових семінарах кафедри металургії чорних металів ДонДТУ 2005р.

Публікації: За темою дисертації опубліковано 14 робіт, із них: 6 робіт у спеціалізованих науково-технічних журналах і збірниках, доповідь на міжнародній науковій конференції в м.Варна (Болгарія), 4 тез науково-технічних конференцій, одержано 3 патенти України й упроваджено у виробництво.

Структура й обсяг дисертації: Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних рекомендацій, висновків і пропозицій, списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації: 155 сторінок машинописного тексту, серед яких 15 рисунків, 18 таблиць, список літератури із 152 найменувань і додатків на 16 стр.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, визначено завдання й методи досліджень. Описано предмет досліджень, відмічено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, а також подано відомості про апробації й публікації основних результатів роботи.

У першому розділу зроблено аналіз відомих результатів досліджень руху газів у шарі сипких матеріалів.

У доменній печі проплавляють кускові матеріали, що складаються з частинок різної величини й форми, між якими відбувається рух газів і рідких продуктів доменної плавки. Рух окремих струминок і потоку газу в шарі відбувається під різними кутами до основного напрямку. Із збільшенням звивистості каналів і зменшенням їхніх поперечних розмірів зростають втрати тиску.

Процес руху газу через шар зернистих матеріалів характеризується втратами тиску в ньому залежно від фізичних властивостей і швидкості фільтрації газу, висоти шару, його газодинамічних характеристик. Для визначення втрат тиску в шарі зернистих матеріалів широке розповсюдження отримало рівняння Дарсі-Вейсбаха

, (1)

де: Р- перепад тиску в шарі, Па; - коефіцієнт газодинамічного опору; - висота шару, м; - пористість шару; - густина газу, кг/м3; U0 – зведена швидкість фільтрації газу, м/с; d – еквівалентний діаметр частинок у шарі, м; - фактор форми частинок.

Велике значення має правильне визначення пористості сипких матеріалів, оскільки ця величина значною мірою визначає втрати напору газу в шарі. Про це свідчить наявність симплекса в рівнянні (1), де пористість підноситься до третього ступеня. Цій проблемі було присвячено велику кількість робіт, спрямованих на дослідне визначення пористості. Однак необхідність розроблення нових, альтернативних способів визначення об’єму пустот у шарі є. Це зумовлено тим, що будь-які похибки, допустимі під час визначення величини , значно зростають при наступних розрахунках втрат напору газу в шарі.

Суттєвий внесок у вивчення будови зернистого шару, фільтрації газів у сипких середовищах зробили: В.П. Тарасов, А.К. Тараканов, В.М. Ковшов, Я.М. Гордон, О.А. Томаш, І.Г. Товаровский, С.Л. Ярошевский, В.В. Бочка, В.І.Шатоха, В.О. Петренко, В.П. Лялюк та ін. автори. Результати робіт різних наукових колективів широко використовуються для проектування керування доменними печами з метою підвищення їхньої економічної ефективності.

Огляд технічної літератури показав, що в промисловості існує низка способів і пристроїв, які дозволяють на підставі контролю магнітних, механічних, оптичних ознак визначати крупність сипкого матеріалу. Однак відомі технічні рішення не придатні для контролю гранулометричного складу шихтових матеріалів доменного виробництва. Необхідне розроблення нового способу контролю газодинамічних властивостей шихтових матеріалів і способів регулювання режимів їхнього завантаження в доменну піч з метою оптимізації дуттьового режиму доменної плавки.

У другому розділі запропонована й науково обгрунтована можливість використання звукових коливань з метою оцінювання гранулометричного складу шихтових матеріалів доменної плавки.

У третьому розділі розроблено розглянутий спосіб і пристрій для контролю коефіцієнта звукопроникності шару шихтових матеріалів.

Для проведення експериментальних досліджень залежності амплітудно-фазової характеристики (АФХ) звукопроникності й опору потоку повітря стовпа досліджуваного матеріалу від його гранулометричного складу було розроблено установку, що містить контейнер з пробою, до якого приєднують або тракт для акустичних досліджень матеріалу, або тракт для продування матеріалу повітрям.

У тракті для акустичних досліджень синусоїдальний сигнал з генератора перетворюється акустичним випромінювачем у звукові коливання, що проходять через розміщену в контейнері пробу матеріалу й сприймаються акустичним приймачем. Параметри сигналу на вході й виході контролюються вимірювачами амплітуди та зсуву фаз, що дозволяє одержати АФХ в потрібному частотному діапазоні.

У тракті для продування матеріалу створюваний компресором повітряний потік, із заданими витратою й тиском, проходить через розміщену в контейнері проби матеріалу й скидається в атмосферу. Потрібна витрата й тиск повітря задаються відповідними регуляторами за показань відповідних вимірювачів. Опір стовпа аналізованого матеріалу потоку повітря контролюється вимірювачем перепаду тиску на контейнері з пробою.

Досліджено вплив змінювання метеорологічних умов на зміну АФХ звукових коливань, які проходять через порожній контейнер дослідної установки. Дослідження показали, що умови навколишнього середовища впливають на АФХ звукових коливань, зокрема, при змінюванні відносної вологи повітря в межах 6590% амплітуда звукових коливань змінювалась у межах 0,8%, зміщення фаз 1,5%. При коливаннях атмосферного тиску повітря в діапазоні 95,999,3 кПа амплитуда коливань змінювалася в межах 0,5%, а зміщення фаз 1%. Температурні зміни значно впливають на амплітуду коливань - 17,5%, а зміщення фаз 1,5% на кожні 100С. Для усунення впливу різних чинників на результати вимірів розроблено методику оброблення отриманих даних, що здатна відсіяти складову, яка не несе корисної інформації.

Для проведення експериментальних досліджень використані підготовлені проби агломерату із заздалегідь відомим гранулометричним складом, що відрізнявся середнім діаметром грудок dср та коефіцієнтом їхньої варіації . Щоб забезпечити більш рівномірне за гранулометричним складом розміщення проби в контейнері, кожна проба формувалась із трьох незалежних частин, які ретельно перемішувались і завантажувались по черзі. Під час проведення експериментів підтримувався постійний рівень завантаження аналізованої проби в контейнері.

Проведені дослідження показали, що розроблений спосіб та установка можуть бути використані для контролю газодинамічних властивостей шихтових матеріалів через пропускання звукових коливань через шар сипкого матеріалу.

Четвертий розділ присвячено дослідженню взаємозв’язку втрат напору повітря й коефіцієнта звукопроникності шару матеріалів. Розроблено методику проведення досліджень.

Підготовлені проби матеріалу із заданим середнім діаметром грудки й коефіцієнтом його варіації піддавали впливу звукових коливань із частотою від 200 до 1300 Гц. і фіксувалися значення коефіцієнта звукопроникності й зсуву по фазі амплітудно-частотних коливань залежно від середнього діаметра грудки матеріалу та його коефіцієнта варіації. За результатами прямих вимірів визначали величину коефіцієнта звукопроникності K аналізованого матеріалу, а також вношуваний ним зсув фаз згідно з виразами:

; , (2)

де Uвх, Uвых – рівні сигналу на вході й виході відповідно під час пропускання звуку через аналізований матеріал. Значення параметру з індексом 0 відповідають результатам вимірів на порожньому перерізі.

З метою визначення найбільш прийнятної частоти звукових коливань для подальшого визначення впливу газодинамічних характеристик матеріалу на коефіцієнт звукопроникності за отриманими результатами побудована залежність між коефіцієнтом звукопроникності й частотою звукових коливань для промислового агломерату.

Як видно з графіків найбільш прийнятна частота звукових коливань для проведення аналізу в діапазоні частот 200-1300Гц становила 200Гц. Звукові коливання цієї частоти виявилися найбільш чутливими до змінюваного гранулометричного складу досліджуваного матеріалу, що визначає тісний взаємозв’язок між коефіцієнтом звукопроникності матеріалу та вмістом у ньому дрібняку в широкому діапазоні. Вибір частоти звукових коливань 200Гц є результатом проведених дослідів під час прозвучування залізорудної сировини в широкому діапазоні варіації крупності грудки. Цей факт було перевірено й апробовано не тільки в лабораторних умовах, але й під час промислових випробувань.

Оскільки на значення коефіцієнта звукопроникності чинить вплив ситковий склад аналізованого матеріалу, що характеризується середнім діаметром грудки й коефіцієнтом варіації, то для його розрахунку слід використати множинну регресію, параметри якої визначаються методом найменших квадратів. Регресійний аналіз показав, що зміщення фаз амплітудно-частотної характеристики звукових коливань і коефіцієнт звукопроникності залежать від середнього діаметра й коефіцієнта варіації крупності аналізованих проб і тісно з ними пов’язані. Розв’язуючи систему рівняння регресії, отримуємо вирази за якими можна визначити показники характеристики ситкового складу шихтових матеріалів: середній діаметр грудки (2) і коефіцієнт варіації (3).

, (2)

. (3)

За відомими й сипкого матеріалу, використовуючи розподіл Вейбула, можна розрахувати ситковий склад цього матеріалу.

Взаємозв’язок між коефіцієнтом звукопроникності агломерату та умістом у ньому дрібняку підтверджує розрахунок коефіцієнтів кореляції між вмістом дрібняку в кожній пробі й частотою звукових коливань у діапазоні від 200 до 1300Гц. Коефіцієнт кореляції між умістом дрібняку в агломераті й коефіцієнтом його звукопроникності за частоти звуку 200Гц для промислового агломерату склав -0,985.

За результатами досліджень отримано залежності коефіцієнта звукопроникності та втрат напору в шарі агломерату від умісту в ньому дрібняку і залежність втрат напору в шарі від коефіцієнта звукопроникності.

Отримані через експеримент залежності коефіцієнта звукопроникності та втрати напору повітря в шарі сипкого матеріалу від умісту в ньому дрібної фракції 05мм свідчать про те, що два цих показники з достатньою точністю, у промислових умовах, характеризують газодинамічні властивості сипких матеріалів, використовувані в доменному виробництві. Коефіцієнт кореляції між цими параметрами для промислового агломерату з коефіцієнтом варіації грудки, що дорівнює 0,7 і використовуваною частотою звукових коливань 200Гц склав -0,9225, що означає тісний зв’язок між двома цими параметрами й ще раз підтверджує можливість використання розробленої системи для оперативного контролю вмісту дрібної фракції в агломераті, яка в кінцевому підсумку впливає на газодинамику шару.

Запропоновано аналітичний метод визначення втрат напору газу у верхніх горизонтах доменної печі на підставі положень теорії подібності з урахуванням залежності безрозмірних критеріїв Ейлера й коефіцієнта звукопроникності. В основу математичної моделі покладено рівняння (1), у якому величини, що залежать тільки від характеристик кускового матеріалу, замінюємо коефіцієнтом звукопроникності. Причому, чим вища газопроникність матеріалу, тим вище його коефіцієнт звукопроникності. За умови роботи доменної печі в усталеному дуттьовому режимі останні значення рівняння (1) беремо такими, що дорівнюють постійному значенню, яке визначається практично, ураховуючи конструктивні особливості окремо взятої доменної печі. Тоді рівняння матиме остаточний вигляд:

. (4)

де Eu – критерій Єйлера; K – коефіцієнт звукопроникності шихтових матеріалів.

У п’ятому розділі описано промислові випробування способу визначення коефіцієнта звукопроникності шихтових матеріалів доменної плавки на виробництві. Випробування проводилося на доменній печі №1 корисним об’ємом 1386м3 відкритого акціонерного товариства Єнакіївський металургійний завод’’.

Відібрану пробу агломерату піддали впливу звукових коливань в експериментальній промисловій установці, яка містить вимірювальний контейнер, стаціонарно встановлений у підбункерному приміщенні естакади доменного цеху на ділянці розсіву агломерату, і переносний комплект, який містить випромінювач і приймач звуку, електронний блок і мультиметр з комплектом з’єднувальних провідників.

Для повнішого зіставлення коефіцієнта звукопроникності агломерату із вмістом у ньому дрібняку фракції 0ч5 мм, цю ж пробу, після прозвучування, розсіювали на віброгрохоті з діаметром чарунки сита 5 мм і визначали в ній уміст дрібняку.

За отриманими результатами побудовано залежність коефіцієнта звукопроникності промислового агломерату від умісту в ньому дрібняку.

Раціональність використання частоти звукових коливань, що дорівнюють 200 Гц, підтвердилась і в результаті промислових випробувань способу. Коефіцієнт кореляції між умістом дрібняку в агломераті та його коефіцієнтом звукопроникності склав -0,902.

У час проведення промислового експерименту оперативно отримані відомості про звукопроникність завантажуваного в доменну піч агломерату використали для збереження рівного інтенсивного ходу доменної плавки в умовах коливності вмісту фракції 05 мм у широкому діапазоні від 15 до 40%. Регулювання виконували через змінювання розподілу матеріалів на колошнику під час їхнього завантажування в доменну піч залежно від одержаного за допомогою експрес-аналізу коефіцієнта його звукопроникності. Одержавши коефіцієнт звукопроникності агломерату таким, що дорівнює 1,5 і вище, що свідчило про його високі газодинамічні характеристики з низьким умістом дрібняку, завантаження виконували з максимально допустимою величиною рудної подачі для конкретної доменної печі, ураховуючи її технічні й конструкційні особливості. Агломерат завантажували в домну з максимальною кількістю подач за схемою ААКК, тим самим забезпечуючи раціональні розміри центрального коксового душника й високопродуктивну, економічну роботу печі.

У разі зниження коефіцієнта звукопроникності аналізованого агломерату з 1,5 до 1,0, уживались заходи щодо збереження усталеного дуттьового режиму роботи печі при агломераті високої якості через змінювання системи його завантаження на колошнику в бік зниження завантажування периферійної частини печі за рахунок зменшення кількості прямих подач у циклі та збільшення кількості подач, завантажуваних коксом уперед. Цим добивались збереження рівного ходу печі, практично не знижуючи інтенсивності доменної плавки.

У разі значного погіршення газодинамічних характеристик агломерату, що підтверджувалось значенням коефіцієнта його звукопроникності менше 1,0, змінювали режим завантаження агломерату на колошнику доменної печі в бік збільшення кількості зворотних подач у циклі, завантаження виконували за схемою ККАА, КААК або КАКА. Крім того, змінювали рівень засипу матеріалів і зменьшували величину подачі з таким розрахунком, щоб це сприяло розвантажуванню периферії, без збільшення навантаження на осьову частину печі, тим самим забезпечуючи повніше використання теплової й хімічної енергії газового потоку. Це підтверджується збільшенням ступеня використання СО колошникового газу в дослідному періоді порівняно з базовим на 0,84% та зниженням його середньоквадратичного відхилення, про що свідчать гістограми, побудовані за отриманими даними в дослідному й базовому періодах. Ці заходи сприяють більш сталій організації протитечії матеріалів і газів у доменній печі.

Оперативно отримані за допомогою установки визначення коефіцієнта звукопроникності матеріалу дані дозволили пічному персоналу своєчасно вжити заходів щодо регулювання доменної плавки, уникаючи розладу ходу, пов’язаних із погіршенням газодинамічних властивостей шихти, що дозволило зменшити питому витрату коксу на 0,98% і збільшити продуктивність печі на 1,49%.

У шостому розділі виконано порівняльний аналіз коефіцієнтів звукопроникності різних шихтових матеріалів доменної плавки.

Під час виробництва чавуну використовуються різні шихтові матеріали, такі як агломерат, котуни, кокс та ін. Усі вони, безумовно, відрізняються один від одного як своїми хімічними, так і газодинамічними властивостями. Тому практично неможливо розрахувати, як буде змінюватися газодинаміка шару завантажених у доменну піч матеріалів за зміни газодинамічних характеристик одного з них.

Для порівняння цих матеріалів за допомогою установки визначався коефіцієнт їхньої звукопроникності. Дослідженню підлягали основні шихтові матеріали, використовувані в доменному виробництві – агломерат, котуни, кокс та вугілля. Безумовно кращим, з точки зору газодинамики, є кокс, його коефіцієнт звукопроникності дорівнює 2,58. Коефіцієнти звукопроникності котунів суттєво не відрізняються один від одного й знаходяться в межах 1,86ч2,34. Що ж стосується агломерату, то значення коефіцієнта змінювалось від 0,49 до 1,87, що зумовлено значними коливаннями вмісту дрібної фракції 0ч5 мм. у межах від 15 до 40%. Звукопроникність вугілля близька до агломерату К=1,08ч1,21. Це пояснюється тим, що вугілля має низьку механічну міцність і під час перевантажень утворюється велика кількість дрібної фракції, яка суттєво погіршує газодинамику шару. Тому його застосування як часткового замінника коксу обмежене.

Для кількісного оцінювання використання вугілля і його впливу на газопроникність стовпа шихти було сформовано проби, що складалися з пошарово завантажених в установку агломерату, коксу й вугілля. На першому етапі досліджень визначався коефіцієнт звукопроникності шару матеріалів, що складався із суміші вугілля з коксом, при кількості вугілля від 5 до 50 % від усього завантаженого палива (коксу з вугіллям). Після цього аналогічним чином вугілля завантажувалося в кількості від 5 до 50 % від завантаженого палива в суміші з агломератом і визначався коефіцієнт звукопроникності шару матеріалів. За отриманими даними побудовано залежності коефіцієнта звукопроникності шару матеріалів від частки участі непідготовленого антрациту замість коксу. Як видно з рисунка 8 під час завантаження вугілля більше 10% від загальної кількості завантаженого коксу різко погіршується газодинамика шару. Максимальна заміна коксу антрацитом у кількості 50ч70 кг/т чавуну досягається за умови використання в шихті вугілля з коефіцієнтом звукопроникності, що дорівнює 1,0 і більш, за умови його завантаження разом із залізорудною частиною шихти в гребеневу зону.

За дотримання цих умов завантаження вугілля в такій кількості замість коксу не призводить до суттєвого погіршення газопроникності стовпа шихтових матеріалів.

Отримані результати досліджень використовувались під час регулювання доменного процесу, який містить зміну режимів завантаження матеріалів на колошнику доменної печі, зміну співвідношення часток матеріалів, що складають шихту доменної плавки, а також завантаження непідготовленого кам’яного вугілля.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі дано теоретичне узагальнення й нове рішення наукової задачі оперативного визначення газодинамічних характеристик завантажуваних у доменну піч шихтових матеріалів, що дозволило своєчасно регулювати хід доменної плавки при зміні їхніх газодинамічних властивостей.

2. Розроблено спосіб і пристрій безконтактного контролю газодинамічних характеристик шихтових матеріалів, що грунтуються на пропусканні звукових коливань через шар аналізованого матеріалу і дозволяють визначати його коефіцієнт звукопроникності, який досить добре корелюється із умістом у матеріалі дрібняку фракції 05мм (патент України №64473 А). Під час промислових випробувань коефіцієнт кореляції між умістом дрібняку в агломераті й коефіцієнтом його звукопроникності склав -0,902.

3. На підставі досліджень впливу метеорологічних умов на змінювання амплітудно-фазової характеристики звукових коливань установлено, що зміна величини атмосферного тиску повітря та його вологості не чинить суттєвого впливу на точність вимірювань. Найбільше впливає зміна температури навколишнього середовища: відхилення амплітуди коливань склало 17,5%, а відхилення зміщення фази 1,5% на кожні 100С, ураховуючи ці збурювальні чинники, визначення вмісту дрібняку в матеріалі виконувались із найменшою похибкою.

4. За результатами експериментальних досліджень визначено найбільш прийнятну частоту звукових коливань в інтервалі частот 200-1300Гц, що дорівнює 200 Гц, яка дозволить об’єктивно визначити вміст дрібної фракції 05мм у шихтових матеріалах доменної плавки для подальшого керування ходом доменного процесу.

5. Розроблено й упроваджено у виробництво у ВАТ “Єнакіївський металургійний завод” експериментальну промислову установку для визначення коефіцієнта звукопроникності шихтових матеріалів доменної плавки й спосіб регулювання розподілу матеріалів на колошнику доменної печі залежно від їхнього коефіцієнта звукопроникності (патент України №3077). Спосіб полягає в змінюванні режимів завантаження матеріалів у доменну піч, змінюванні об’єму подачи й рівня її засипу, що дозволило одержати реальний річний економічний ефект від упровадження способу регулювання 3877 тис.грн.

6. Проведено порівняльний аналіз коефіцієнтів звукопроникності різних шихтових матеріалів, використовуваних у доменній плавці, зокрема коксу, котунів, агломерату й антрациту. Коефіцієнт звукопроникності коксу склав 2,122,58, що свідчить про його високі газодинамічні властивості. Для котунів коефіцієнт звукопроникності склав 1,862,34, що характеризує хорошу однорідність гранулометричного складу, яка може різко погіршитися в результаті розтріскування матеріалу під час нагрівання. Значення коефіцієнта звукопроникності агломерату змінювалось від 0,49 до 1,87, що зумовлено значними коливаннями вмісту дрібної фракції 0ч5 мм у межах від 15 до 40%. Коефіцієнт звукопроникності вугілля склав 1,08ч1,21, оскільки, маючи низьку механічну міцність, під час перевантажень він утворює велику кількість дрібної фракції, яка суттєво погіршує газодинамику шару.

7. Розроблено й упроваджено у виробництво спосіб доменної плавки з використанням у шихті непідготовленого антрациту (патент України №64607 А). Спосіб передбачає часткове завантаження в шихту доменної печі непідготовленого антрациту, що має коефіцієнт звукопроникності більш 1,0, замість коксу, у кількості 550 кг/т чавуну, при цьому його завантаження виконується в гребеневу зону разом із залізорудною частиною шихти. Реальний річний економічний ефект від упровадження способу склав 680,7 тис. грн.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Методика контроля гранулометрического состава агломерата бесконтактным способом / А.М. Новохатский, Н.Н. Лепило, Г.Д.Михайлюк, О.М. Тищенко // Сборник научных трудов ДГМИ. – Алчевск, 1999г. - Вып. №9. – С.138-145.

Автору належить обгрунтування методики контролю, розрахунок й підготовка експериментальних проб матеріалу для проведення експериментів.

2. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М. Бесконтактный способ определения газодинамических свойств шихтовых материалов в доменном производстве // Сборник научных трудов ДГМИ. – Алчевск, 2003г. - Вып. 17. – С.268-275.

Автору належить ідея розробки нового способу контролю газодинамічних властивостей сипких матеріалів.

3. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М. Управление доменным процессом с использованием бесконтактного способа определения газодинамических свойств шихтовых материалов // Сборник научных трудов ДонГТУ. – Алчевск, 2004. - Вып. 18. -С. 217-224.

Автору належить розробка технологічних прийомів управління доменною плавкою.

4. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М. Сравнительный анализ газодинамических свойств шихтовых материалов аглодоменного производства // Сборник научных трудов ДонГТУ. – Алчевск, 2005. - Вып. 19. –С. 265-270.

Автору належить підготовка й планування експериментів, зроблений аналіз й обробка отриманих результатів.

5. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М. Управление доменным процессом с использованием бесконтактного способа определения газодинамических свойств шихтовых материалов // Труды международной научно-технической конференции “Теория и практика производства чугуна”. - Кривой Рог, 24-27 мая, 2004г.- Кривой Рог: “Криворожсталь”, 2004. –С.531-534.

Автору належить розробка й впровадження технологічних прийомів управління доменною плавкою залежно від одержаних коефіцієнтів звукопроникності шихтових матеріалів в умовах виробництва.

6. Новохатский А.М., Михайлюк Г.Д., Тищенко О.М.Бесконтактный способ определения газодинамических свойств шихтовых материалов в доменном производстве // Обеспечение контроля качества продукции металлургии и машиностроения: Сб. докладов V научно-технической конференции, г.Днепропетровск, 25-26 ноября, 2003г. – С.15-18.

Автором зроблений аналіз і обробка отриманих результатів.

7. Патент України №64473А С21В7/24. Спосіб оцінювання газодинамічних властивостей шихтових матеріалів / Новохатський О.М., Литвинов Л.Ф., Михайлюк Г.Д., Димченко Є.М., Кузнецов О.М., Тищенко О.М., Саприкін М.М. Заявл.09.06.2003, опубл. 16.02.2004., Бюл. №2.

Автору належить основна ідея, впровадження в умовах виробництва.

8. Патент України №64607А С21В5/00. Спосіб доменної плавки / Шевченко Т.Г., Сазонов С.І., Ніколаєв К.А., Демент’єв В.М., Іванов С.О., Локтіонов П.Я., Шубравий М.С., Васюра Г.Г., Тищенко О.М., Дуденко М.Д. Заявл. 15.07.2003, опубл. 16.02.2004., Бюл. №2.

Автор брав участь у написанні формули винаходу й здійсненні впровадження способу у виробництво.

9. Патент України №3077 С21В7/24. Спосіб регулювання розподілу шихти на колошнику доменної печі / Новохатський О.М., Литвинов Л.Ф., Михайлюк Г.Д., Димченко Є.М., Падалка В.П., Кузнецов О.М., Тищенко О.М. Заявл. 08.01.2004, опубл. 15.10.2004., Бюл. №10.

Автору належить основна ідея, впровадження способу в умовах виробництва.

10. Тищенко О.М., Новохатский А.М. Установка по экспресс-анализу качества агломерата // Научно-техническая конференция молодых специалистов Азовсталь-2000.: Тезисы докладов. – Мариуполь, 2000г. –С. 5-6.

Автор брав участь у розробці установки, плануванні і проведенні експериментів.

11. Бесконтактный метод контроля газодинамических свойств шихтовых материалов аглодоменного производства / А.М. Новохатский, О.М. Тищенко, Г.Д. Михайлюк, В.П. Манаков // IV Украинская научно-техническая конференция “Развитие аналитического контроля в металлургии и машиностроении”. г.Днепропетровск, 16-18 ноября, 1999г.: Тезисы докладов. - Днепропетровск, 1999. –С.27.

Автору належить ідея розробки нового способу контролю газодинамічних властивостей сипких матеріалів.

12. Тищенко О.М., Новохатский А.М. Нетрадиционный метод контроля гранулометрического состава шихтовых материалов доменной плавки // Научно-техническая конференция молодых специалистов Азовсталь-1999.: Тезисы докладов. – Мариуполь, 1999г. – С. 9.

Автору належить ідея розробки нового способу контролю газодинамічних властивостей сипких матеріалів.

13. Тищенко О.М., Новохатский А.М. Установка по экспресс анализу качества агломерата // Научно-техническая конференция молодых специалистов.: Тезисы докладов. – Алчевск, 2000г. – С. 3-4.

Автор брав участь у вдосконаленні конструкції установки й проведенні експериментів.

14. Новые методы контроля параметров доменного процесса / А.М. Новохатский, В.Н. Дорофеев, Г.Д. Михайлюк, О.М. Тищенко // Материалы международной конференции “Стратегия качества в промышленности и образовании” 3-10 июня 2005г. Варна, Болгария. –Днепропетровск. -2005. –С. 32-35.

Автору належить розробка акустичного способу контролю газодинамічних властивостей шихти і його впровадження у виробництво.

АНОТАЦІЯ

Тищенко Олег Митрофанович. Вдосконалення технології доменної плавки на підставі контролю газодинамічних властивостей шихтових матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.16.02 “Металургія чорних металів”. – Приазовський державний технічний університет. – Маріуполь, 2007.

Дисертацію присвячено питанню вдосконалення технології доменної плавки на підставі нового способу контролю газодинамічних властивостей шихтових матеріалів, що грунтується на використанні звукових коливань.

Одним із способів підвищення техніко-економічних показників доменної плавки є раціональний розподіл завантажуваних матеріалів на колошнику доменної печі, що забезпечує сталий газовий потік і більш повне використання його теплової та хімічної енергій в умовах коливання газодинамічних властивостей доменної шихти. Розроблено спосіб і пристрій контролю газодинамічних характеристик шихтових матеріалів, що грунтуються на пропусканні звукових коливань через шар аналізованого матеріалу й визначення коефіцієнта звукопроникності шихти.

Розроблено й упроваджено у виробництво експериментальну промислову установку для визначення коефіцієнта звукопроникності шихтових матеріалів доменної плавки.

Запропоновано аналітичний метод визначення втрати напору газу у верхніх горизонтах доменної печі на підставі положень теорії подібності з урахуванням критерію гідродинамічної подібності Ейлера й безрозмірного коефіцієнта звукопроникності.

Виконано порівняльний аналіз коефіцієнтів звукопроникності різних шихтових матеріалів, використовуваних у доменній плавці.

Розроблено й упроваджено у виробництво спосіб регулювання розподілу шихти на колошнику доменної печі залежно від її коефіцієнта звукопроникності, що полягає в змінюванні режимів завантаження матеріалів у піч, змінюванні рівня засипання й об'єму подачі.

Ключові слова: доменна піч, шихтові матеріали, газодинамічні властивості, звукові коливання, коефіцієнт звукопроникності, розподіл матеріалів, газовий потік, витрата коксу.

АННОТАЦИЯ

Тищенко Олег Митрофанович. Совершенствование технологии доменной плавки на основе контроля газодинамических свойств шихтовых материалов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 “Металлургия черных металлов”. – Приазовский государственный технический университет. – Мариуполь, 2007.

Диссертация посвящена вопросу совершенствования технологии доменной плавки на основе нового способа контроля газодинамических свойств шихтовых материалов, основанного на использовании звуковых колебаний.

Одним из способов повышения технико-экономических показателей доменной плавки является рациональное распределение загружаемых материалов на колошнике доменной печи, обеспечивающее устойчивый газовый поток и более полное использование его тепловой и химической энергии в условиях колебания газодинамических свойств доменной шихты. Разработанные способ и устройство контроля газодинамических характеристик шихтовых материалов, основанные на пропускании звуковых колебаний через слой анализируемого материала, позволяют определять коэффициент звукопроницаемости шихты, который достаточно хорошо коррелируется с содержанием в ней мелочи фракции 05мм. При промышленных испытаниях коэффициент корреляции между содержанием мелочи в агломерате и коэффициентом его звукопроницаемости составил -0,902.

В результате экспериментальных исследований определена наиболее приемлемая частота звуковых колебаний в диапазоне частот 200-1300Гц, равная 200 Гц, позволяющая с высокой разрешающей способностью определять содержание мелкой фракции 05мм в шихтовых материалах доменной плавки.

Исследовано влияние изменения метеорологических условий на изменение амплитудно-фазовой характеристики звуковых колебаний. Для устранения этого влияния разработана методика обработки полученных данных, способная отсеять составляющую, не несущую полезной информации.

Разработана и внедрена в производство экспериментальная промышленная установка для определения коэффициента звукопроницаемости шихтовых материалов доменной плавки.

Предложен аналитический метод определения потерь напора газа в верхних горизонтах доменной печи на основе положений теории подобия, с учетом критерия гидродинамического подобия Эйлера и безразмерным коэффициентом звукопроницаемости.

Произведен сравнительный анализ коэффициентов звукопроницаемости различных шихтовых материалов, используемых в доменной плавке, в частности кокса, окатышей, агломерата и антрацита. Использование антрацита с коэффициентом звукопроницаемости более 1,0 позволяет снизить расход кокса на 5-50 кг/т чугуна без снижения форсировки доменной плавки.

Разработан и внедрен в производство способ регулирования распределения шихты на колошнике доменной печи в зависимости от ее коэффициента звукопроницаемости, который заключается в изменении режимов загрузки материалов в печь, изменении уровня засыпи и объема подачи, позволивший увеличить производительность на 1,49% и снизить удельный расход кокса на 0,98%.

Ключевые слова: доменная печь, шихтовые материалы, газодинамические свойства, звуковые колебания, коэффициент звукопроницаемости, распределение материалов, газовый поток, расход кокса.

THE SUMMARY

Tischenko Oleg Mitrofanovich. Perfection of technology of the blast-furnace melting on the basis of the control of gasdynamic properties of charge materials. - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.16.02 "Metallurgy of ferrous metals ”. - Priazov State Technical University. - Mariupol, 2007.

The dissertation is devoted to a question of perfection of technology of blast-furnace melting on the basis of a new way of the control of gasdynamic properties of the charge materials, based on use of sound fluctuations.

One of ways of increase of technical and economic parameters of blast-furnace melting is rational distribution of loaded materials on a furnace throat of a blast furnace, providing a steady gas stream and more full use of its thermal and chemical energies in conditions of fluctuation of gasdynamic properties of the blast charge. The developed way and the device of the control of gasdynamic characteristics of the charge materials, based on passing of sound fluctuations through a layer of an analyzed material and definition of factor of sound transmission of a charge.

The experimental plant for definition of factor of sound transmission of charge materials of blast-furnace melting is developed and introduced into manufacture.

The analytical method of definition of losses of a pressure of gas in the top horizons of a blast furnace is offered on the basis of positions of the theory of similarity, in view of criterion of hydrodynamical similarity of Euler and dimensionless factor of sound transmission.

The comparative analysis of factors of sound transmission of various charge materials used in a blast-furnace melting is made.

The way of regulation of distribution of a charge on a furnace throat of a blast-furnace is developed and introduced into manufacture depending on its factor of sound transmission which consists in change of modes of loading of materials in a furnace, change of a level of