Тотем

ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И КОММЕРЧЕСКИЙ ЦЕНТР

"ТОТЕМ"

English

                                                                             

А.Ф. Авцинов, М.Ф. Марьясов, Ю.М. Денисов, В.В. Каляка,

С.Ф. Бугаев, Б.М. Боранбаев, В.Н. Вакулин

(ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», ЗАО ТОТЕМ)

 

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОТОРНОГО

ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА НА ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ ЗСМК

 

                В последнее время металлурги-доменщики России и стран ближнего и дальнего зарубежья проявляют интерес к использованию роторного загрузочного устройства (РЗУ) для доменных печей. Совместными усилиями специалисты ЗСМК и ТОТЕМ проанализировали эффективность применения РЗУ в условиях комбината как на стадии внедрения, так и в процессе эксплуатации.

                РЗУ представляет собой загрузочное устройство нового поколения, главным отличительным признаком которого является наличие в нем роторного распределителя шихты, расположенного внутри печи и выполненного в виде пятилопастного винта-ротора. Общий вид РЗУ представлен на рисунке.

 

Общий вид роторного загрузочного устройства

 

РЗУ состоит из следующих основных узлов: направляющих воронок, через которые шихтовые материалы из скипов выгружают в приемную воронку; верхнего конуса, промбункера-шлюза с газовым затвором, принимающего шихтовые материалы перед загрузкой в печь; нижнего конуса; углового редуктора для привода ротора; лопастного ротора. Управление загрузкой печи выполняют в автоматическом режиме с помощью АСУ «Ротор».

Распределение материалов по площади колошника регулируют путем изменения скорости и направления вращения ротора. В зависимости от скорости вращения ротора укладка основной массы материала и формирование гребня производится на различном расстоянии от центра печи. При этом гребень материалов может быть перемещен из одной кольцевой зоны в другую плавно, без резких переломов профиля, что позволяет так же плавно изменять рудную нагрузку по радиусу печи. Благодаря наличию пяти лопастей при одном обороте ротора на колошнике образуется пять слоев материала, а при выгрузке одной порции укладывается в среднем 30-40 слоев. Этим обеспечиваются высокая окружная равномерность распределения материалов и усреднение их по химическому и гранулометрическому составам при загрузке материала в печь.

Первый экземпляр РЗУ, изготовленный управлением главного механика комбината, установлен на доменной печи (ДП) № 2 объемом 2000м3 в июне 1989 г. во время капитального ремонта 3-го разряда. В конструкции первого РЗУ, помимо вышеперечисленных узлов, использовали вращающийся распределитель шихты.

Перед установкой РЗУ на печи исследовали распределение шихты на колошнике с помощью его физической модели в масштабе 1:25 и на модели в натуральную величину. Изучено распределение шихты с использованием РЗУ на колошнике перед задувкой печи. Сопоставление результатов исследований на физических моделях и на доменной печи перед задувкой показало адекватность полученных данных распределения шихты по радиусу колошника. Это значительно упростило в дальнейшем планирование и отработку новых перспективных режимов загрузки печи с использованием предварительных данных, получаемых на малой физической модели РЗУ [1].

Исследованиями установлено, что наибольшую гибкость регулирования заданного обеспечения распределения материалов по радиусу колошника достигают раздельной загрузкой железорудных материалов и кокса с использованием, в основном, спиральных режимов загрузки.

После задувки и раздувки печи режимы загрузки подвергали доводке  и уточнению с учетом воздействия их на основные показатели плавки: производительность печи и удельный расход кокса. Уточнены основные критерии регулирования режима загрузки с использованием РЗУ: перепад давления по высоте печи, характер распределения диоксида углерода по радиусу колошника, степень использования химической и тепловой энергии газа [2].

В табл. 1 приведено сравнение основных показателей работы ДП № 2 в базовом периоде (первое полугодие 1989 г.) с использованием типового двухконусного аппарата и в опытных периодах после установки РЗУ в августе-декабре 1989 г.

Анализ работы печи показал, что благодаря использованию РЗУ в опытных периодах стало возможным перераспределение соотношения рудных материалов и кокса и газового потока по радиусу колошника. Содержание СО2 в газе на периферии повысилось с 14,0 до 17, - 19,4 % при понижении в центре с 16,6 до 6,9 - 11,1%. Более равномерное распределение рудных материалов в периферийной и центральной зонах колошника и образование за счет концентрированной загрузки кокса центральной отдушины газа способствовало выравниванию газового потока по всей площади колошника, повышению устойчивости хода печи и улучшению степени использования энергии отходящих газов.  Так, степень использования СО возросла с 45,1 до 45,47 – 45,73 %, температура колошникового газа снизилась на 7-13˚С.

При приведении показателей доменной плавки к одинаковым условиям получены следующие результаты: производительность печи в опытных периодах увеличилась на 7,6 – 10,4 % (в среднем на 8,8%), а удельный расход кокса снизился по сравнению с базовым периодом на 3,73 – 7,1 % (в среднем на 5,28 %). Следует отметить, что в отдельные сутки в 5 периоде при благоприятных условиях плавки производство чугуна повышалось до 5200 – 5500 т/сут.

В 1991 г. загрузочное устройство с роторным распределителем шихты с улучшенными характеристиками установлено на ДП № 1 полезным объемом 3000м3. Эксплуатируемое в настоящее время РЗУ на этой печи оснащено двумя направляющими воронками и модернизированным вращающимся распределителем шихты, воронка которого объемом  34 м3 вмещает два скипа. Межконусное пространство (шлюзовой бункер)  объемом 63 м3 обеспечивает загрузку четырехскиповых подач. Практически загрузку шихты ведут двухскиповыми раздельными (отдельно коксовыми или рудными) подачами, реже – смешанными полуподачами [3].

В последнее время на ДП № 1 и 2 вращающиеся распределители шихты выведены из эксплуатации, так как (как показала длительная практика) их работа практически не оказывает влияния на окружную равномерность распределения шихты. Данные выводы подтверждены исследованиями на физических моделях РЗУ.

В табл. 2 приведены основные показатели работы ДП № 1 в базовом периоде (I кв.1991 г.) с использованием типового двухконусного аппарата и в опытных периодах (апрель, май и июнь 1992 г.) после установки на печь РЗУ. Следует отметить, что из-за начавшегося спада на рынке сбыта металлопродукции в 1991-1992 гг. ход работы доменных печей цеха уже несколько сдерживался.

  

 

ТАБЛИЦА 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДП № 2 ЗСМК ПРИ ЗАМЕНЕ ДВУХКОНУСНОГО

АППАРАТА РОТОРНЫМ ЗАГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ 

Показатели

Период

Базовый

(первое полугодие

1989 г.)

1

(август

1989 г.)

2

(сентябрь

1989 г.)

3

(октябрь

1989 г.)

4

(ноябрь

1989 г.)

5

(декабрь

1989 г.)

Тип загрузочного устройства

двухконусное

РЗУ

РЗУ

РЗУ

РЗУ

РЗУ

Производство чугуна, т/сут:

       фактическое

        приведенное

        D П, %

 

 

 

 

 

 

4404

4667

4727

4634

4665

4800

-

4739

4761

4798

4862

4799

-

7,6

8,1

8,9

10,4

9,0

Расход кокса, кг/т:

        фактический

        приведенный

        D К, %

 

 

 

 

 

 

431,9

418,8

417,4

416,5

422,2

414,0

-

401,3

406,1

408,8

415,8

413,5

-

- 7,10

-5,97

-5,30

-3,73

-4,30

Расход природного газа, м3

102,6

97,3

90,7

100,9

101,0

91,5

Содержание, %

       кислорода в дутье

       железа в шихте

 

 

 

 

 

 

28,9

29,1

28,8

28,7

28,2

28,0

57,05

56,50

56,84

56,20

56,32

573,7

Рудная нагрузка, т/т

3,9

4,08

4,08

4,13

4,05

4,11

Расход дутья, м3/мин

3501

3438

3426

3566

3546

3666

Температура дутья, ° C

1145

1145

1129

1135

1132

1139

Влажность дутья, г/м3

5,5

12,5

7,1

5,6

3,0

2,6

Перепад давления, атм

1,48

1,53

1,54

1,53

1,52

1,50

Степень использования CO, %

45,10

45,73

45,71

45,62

45,47

45,66

Содержание в чугуне, %

      кремния

      марганца

 

 

 

 

 

 

0,66

0,66

0,63

0,66

0,67

0,72

0,60

0,57

0,53

0,58

0,57

0,56

Давление под колошником, ати

1,61

1,56

1,54

1,53

1,55

1,58

Температура колошникового газа, ° C

167

160

152

155

157

154

Простои, %

0,86

0,60

0,75

0,89

0,82

0,0

Основность шлака

      CaO/SiO2

      CaO+MgO/SiO2

 

0,91

1,23

 

0,92

1,23

 

0,93

1,24

 

0,94

1,24

 

0,95

1,23

 

0,92

1,22

Качество кокса, %

 Ac

M40

M10

 

10,0

69,8

7,2

 

10,0

69,8

7,7

 

10,1

70,7

7,3

 

9,9

70,3

7,4

 

10,2

70,4

7,4

 

10,0

72,4

7,3

Содержание CO2 в точках по радиусу

Колошника,  %                 1                     

        2     

        3

        4

        5

        6

 

 

14,0

-

21,6

-

-

16,6

 

 

18,6

22,2

23,6

22,3

20,0

8,4

 

 

19,0

22,8

24,0

22,9

20,6

10,6

 

 

18,0

22,1

22,9

22,1

19,8

11,1

 

 

19,4

22,3

22,4

21,8

19,5

6,9

 

 

17,5

21,3

22,9

22,6

20,3

9,7

 

                Из табл. 2 видно, что в опытных периодах с использованием РЗУ производительность печи, приведенная к одинаковым условиям плавки, повысилась на 4,97 – 8,1 % (в среднем на 7,0 %), а приведенный расход кокса снизился на 5,87 – 7,65 % (в среднем на 6,8%). Так же как на ДП № 2, на ДП № 1 проведены исследования по подбору рациональных режимов загрузки, которые обеспечили подгрузку железорудным материалом периферийной зоны колошника, растягивание рудного гребня в центре радиуса и разгрузку центральной зоны. Содержание CO2 на периферии при использовании РЗУ увеличилось с  15,4 до 16,2 – 19,2 %, в средней части радиуса снизилось на 0,7 – 2,0% и в центре уменьшилось с  16,0 до 7,3 – 12,5 %. С установкой РЗУ повысилась устойчивость хода печи, она в меньшей степени стала реагировать на ухудшение качества кокса и железорудных материалов.

                РЗУ для ДП № 1 также изготовляли на ЗСМК. Всего было выполнено четыре экземпляра РЗУ: по два РЗУ для каждой печи.

                Первый экземпляр (РЗУ-1) снят с ДП № 2 во время очередного капитального ремонта через 15 мес. работы для анализа состояния узлов и деталей. Обследование показало, что футеровка лопастей и других элементов устройства и контактные поверхности конусов находятся в удовлетворительном состоянии. Попеременная эксплуатация РЗУ-1 и РЗУ-2 на ДП № 2 в общей сложности в течение 11 лет с увеличением длительности компании до 23-25 мес. не выявила следов значительного износа контактных поверхностей конусов и чаш, футеровки приемных воронок, газового затвора и ротора. За этот период ремонт роторов загрузочных устройств не производили, за исключением замены нескольких изношенных плит футеровки лопастей.

 

ТАБЛИЦА 2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДП № 1 ЗСМК ПРИ ЗАМЕНЕ ДВУХКОНУСНОГО АППАРАТА РОТОРНЫМ ЗАГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Показатели

Период

Базовый

(1 кв. 1991г.)

1

(апрель 1992 г.)

2

(май 1992 г.)

3

(июнь 1992 г.)

Тип загрузочного устройства

двухконусный

РЗУ

РЗУ

РЗУ

Производство чугуна, т/сут:

       фактическое

        приведенное

        D П, %

 

5452

-

-

 

5535

5892

8,1

 

5967

5723

4,97

 

6052

5884

7,9

Расход кокса, кг/т:

        фактический

        приведенный

        D К, %

 

446,6

-

-

 

423,2

416,2

-6,8

 

425,9

412,4

-7,65

 

430,6

420,4

-5,87

Расход природного газа, м3

96,0

84,7

82,1

88,4

Содержание, %

       кислорода в дутье

       железа в шихте

 

27,6

57,35

 

25,0

57,07

 

27,9

56,3

 

26,7

57,0

Рудная нагрузка, т/т

3,78

3,97

4,02

3,91

Температура дутья, ° C

1152

1165

1147

1130

Влажность дутья, г/м3

2,0

2,5

8,3

15,7

Перепад давления, атм

1,50

1,69

1,80

1,71

Давление под колошником, ати

1,50

1,45

1,66

1,.62

Степень использования CO, %

45,23

45,66

45,85

45,57

Температура колошникового газа, ° C

184

178

179

180

Содержание в чугуне, %

      кремния

      марганца

 

0,75

0,47

 

0,72

0,56

 

0,70

0,61

 

0,69

0,61

Простои, %

2,99

3,29

0,63

0,55

Качество кокса, %

 Ac

M40

M10

 

10,2

71,8

7,3

 

10,2

72,3

7,5

 

10,4

72,9

7,5

 

10,4

73,3

7,6

Содержание CO2 по радиусу колошника,  %

 

 

 

 

                                               периферия

15,4

18,0

19,2

16,2

                                               середина

24,2

23,5

22,9

22,2

центр

16,0

12,5

12,0

7,3

               

                РЗУ-3 и РЗУ-4 после девяти лет попеременной эксплуатации на ДП № 1 также находятся в удовлетворительном состоянии. На роторах ДП № 1 выборочно заменены футеровочные плиты лопастей.

                В настоящее время все загрузочные устройства ДП № 1 и 2 находятся в удовлетворительном состоянии и продолжают эксплуатироваться. Для сравнения на ДП № 3 используют двухконусный аппарат клапанного типа, стойкость которого составляет 1,5 года. После демонтажа все элементы аппарата восстанавливают: удаляют старую наплавку на большом и малом конусах, на воронках большого и малого конусов, на седлах и клапанах. Затем производят восстановительный ремонт ВРШ и механизмов клапанного устройства, наплавку дорогостоящим материалом и шлифовку конусов и чаш, а при необходимости ремонтируют или заменяют штанги большого и малого конусов. Затраты на восстановительный ремонт типового двухконусного аппарата (без клапанов) с учетом уменьшения его стойкости до одного года будут еще больше.

                Определенный интерес представляет сравнительная эффективность работы двух аналогичных доменных печей ЗСМК (ДП № 1 и 3 объемом 3000 м3 ),  которые оборудованы различными загрузочными устройствами. На ДП № 1 регулирование окружного и радиального распределения шихты производят РЗУ с укладкой шихты на определенные радиусы по девяти кольцевым зонам колошника. На ДП № 3 регулирование распределения шихты осуществляют подвижными колошниковыми плитами по заданному циклу загрузки с выделением определенной доли раздельных подач типа ККРР с загрузкой железорудных полуподач на периферию, а коксовых – в осевую зону печи.

                Доменные печи находятся в удовлетворительном состоянии и проплавляют примерно одинаковую железорудную шихту. В течение 2000 г. в качестве заменителя кокса в шихте доменных печей использовали кусковой каменный уголь марки ССПК Бачатского разреза, расход которого в среднем за год составил 8,8 кг/т чугуна.

                Доменные печи обеспечивают коксом различного качества: на ДП № 1 используют кокс фракции +35 мм мокрого тушения с достаточно изношенных батарей № 3, 5 и 6; на ДП № 3 применяют кокс сухого тушения той же фракции с новой коксовой батареи № 7, который обладает улучшенными свойствами.

                Ранее установлено, что при переводе ДП № 1 на кокс сухого тушения с коксовой батареи № 7 производительность печи возросла на 3,0 %, а удельный расход кокса снизился на 3,7 %.

                Для сравнения эффективности работы печей выбран достаточно большой период их работы  (октябрь-декабрь 2000 г.), который характеризуется высокопроизводительной работой печей без аварий, технологических расстройств и длительных простоев. Ниже представлены основные технико-экономические показатели работы ДП № 3 и 1, приведенные к одинаковым условиям плавки.

 

Показатели

ДП № .3

ДП № 1

Объем печи, м3

3000

3000

Тип загрузочного устройства

Двухконусный клапанного типа

РЗУ

Производство чугуна, т/сут:

6355

6710

D П, %                                    

-

5,58

Расход кокса, кг/т:

435,8

416,8

D К, %                                    

-

- 4,36

Расход, м3/т:

     природного газа

     кислорода

 

86,3

104,9

 

89,7

103,2

Содержание, %

       кислорода в дутье

       железа в шихте

 

27,30

55,94

 

27,35

56,06

Температура дутья, ° C

1156

1163

Влажность дутья, г/м3

11,6

13,1

Перепад давления, атм.

1,69

1,73

Давление под колошником, ати

1,37

1,68

Степень использования CO, %

45,27

45,69

Содержание кремния в чугуне, %

0,49

0,48

Простои, %

0.8

0.7

Основность шлака

      CaO/SiO2

      CaO+MgO/SiO2

 

1,05

1,30

 

1,04

1,30

Сменено фурм (в том числе сгоревших), шт

12(5)

14(3)

Выполнение графика выпусков, %

98,6

99,1

Качество кокса, %

      влага

      зола

      CSR

      CRI       

 

0,0

10,8

62,7

30,5

 

1,1

11,1

60,3

33,5

Распределение CO по радиусу колошника,  %

 

 

                                               периферия

12,7

10,5

                                               середина

23,3

24,9

                                               центр

12,7

10,5

               

                Приведенная производительность ДП № 1, оборудованной РЗУ, выше производительности ДП № 3 на 5,58 % (отн.), а приведенный расход кокса ниже на 4,36 % (отн.).

                Длительный опыт эксплуатации доменных печей с различными загрузочными устройствами показывает следующее:

·         на ДП № 1 с использованием РЗУ возможно получение при необходимости развитого центрального газового потока с уменьшением содержания  CO2 в центре печи до 0 и выравнивание рудной нагрузки в центральной и периферийной зонах колошника со снижением температуры периферийного газа до 100‑150 °C. Разброс температур периферийного газа по окружности печи от среднего значения составляет  50‑80° C, что указывает на высокую окружную равномерность распределения шихты. Печь работает с высоким запасом устойчивости хода и в меньшей степени реагирует на ухудшение гранулометрического состава шихтовых материалов. Используемые в шахте кислые окатыши, доля которых в последнее время увеличена до 25-30%, загружают при помощи РЗУ в промежуточную зону радиуса колошника и в центр печи, что предотвращает контакт их с футеровкой шахты печи. В результате не отмечено ни одного случая образования и схода легкоплавкого железистого гарнисажа,  что в дальнейшем должно благоприятно сказаться на повышении стойкости шахт;

·         на ДП № 3 с использованием двухконусного аппарата и подвижных плит регулирование распределения шихты возможно при снижении уровня засыпи до 2,1-2,3 м. Разброс температуры периферийного газа по окружности печи значительно выше и составляет  180-220 °C от среднего значения. Попытки выравнивания окружного распределения шихтовых материалов с помощью совместной работы подвижных плит колошника и вращающегося распределителя, который работает в автоматическом режиме регулирования газового потока, недостаточно эффективны. Печь работает с подгруженным центром и чувствительна к ухудшениям качества шихты. Загружаемые низкоосновные окатыши попадают в периферийную зону колошника, что приводит к образованию на стенках шахты железистого легкоплавкого гарнисажа. Постоянный сход гарнисажа и окружная неравномерность распределения газового потока способствуют нестабильности нагрева горна. Это подтверждено более низкой стабильностью получаемого чугуна по содержанию кремния в сравнении с ДП № 1 на примере работы доменных печей за IV кв. 2000 г.:

 

 

Доля чугуна, %

 

ДП 1

ДП 3

Содержание кремния в чугуне, %

 

 

              ниже 0,35

3,7

4,7

              в пределах 0,35-0,65

93,9

90,9

              выше  0,65

2,4

4,4

 

На основании эффективности использования РЗУ принято решение о замене в 2002 г. на ДП № 3 существующего аппарата на загрузочное устройство с роторным распределителем шихты.

  

 

*   *   *

  

Опыт эксплуатации РЗУ на двух доменных печах ЗСМК в течение 9-11 лет подтвердил высокую надежность

работы его механизмов и узлов и небольшой объем технического обслуживания.

Применение РЗУ позволило улучшить показатели доменной плавки. Исследования показали, что на ДП № 2 после установки РЗУ производительность увеличилась на 7,89 %, а удельный расход кокса снизился на 4,86 %, на ДП № 1 производительность печи повысилась на 6,8 %.

Сравнительные результаты работы ДП № 1 и 3 в 2000 г. показали, что на ДП № 1, оборудованной РЗУ, по сравнению с ДП № 3, оборудованной подвижными плитами, приведенная производительность увеличилась на 5,58 %, а приведенный расход кокса снизился на 4,36 %.

Ведутся подготовительные работы по замене существующего аппарата на ДП № 3 на РЗУ.

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 1. Абрамин Г.В., Боранбаев Б.М., Кошельников А.В., Янковский Д.Я. // Сталь. 1999. № 3. С. 1 - 3.

 2. Бугаев С.Ф. и др. // Черная металлургия: Бюл. ин-та «Черметинформация». 1992. № 8. С. 19-20.

 3. Бугаев С.Ф.,  Антонов А.А.,  Басалаев И.И. // Сталь. 1997. №  6. С. 19-22.

 

Наверх

Рейтинг@Mail.ru

 

TOTEM Co Ltd.

ЗАО НПКЦ "ТОТЕМ"