Тотем

ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И КОММЕРЧЕСКИЙ ЦЕНТР

"ТОТЕМ"

English

 

Высокие показатели работы новой доменной печи  металлургического  завода Jindal South West с использованием бесконусного роторного загрузочного устройства (БРЗУ)

XXXVII-ой Семинар по черной металлургии / VIII-ой Бразильский симпозиум по железной руде, 18-21 сентября 2007, Сальвадор –  Бразилия

 

T.K. Naha, Vice President (Iron), Avtar Singh, Dy. Manager (Iron),

Jindal South West Steel Limited (India);

Dr B. Boranbaev, Director General, Yu. Glazer, Chief Engineer,

TOTEM Co. Ltd. (Russia);

G-J. Gravemaker, Lead Engineer, H. Toxopeus, Lead Engineer, 

Danieli Corus (The Netherlands)

 

  

Распределение материала, роторное загрузочное устройство.

 В августе-ноябре 2006 года  на металлургических  заводах Jindal South West (JSW) и Jindal Steel and Power Limited (JSPL)  в Индии  были успешно введены в строй две доменные печи  объёмом 1462 м3 каждая. На обеих печах были установлены  два бесконусных роторных загрузочных аппарата (БРЗУ), что стало первым опытом такого рода в мире. Далее приводится анализ  исследований, проведенных на основе данных работы  доменной печи №2 на металлургическом заводе JSW

Общий вид и основные размеры устройства показаны на рис.1. БРЗУ состоит из следующих деталей: приёмной  воронки, верхнего и нижнего блоков клапанов, промежуточного бункера, шихтового затвора с компенсатором, центрального редуктора, ротора  с приводом. При конструировании БРЗУ была предпринята попытка  как можно больше упростить его конструкцию, чтобы  максимально обеспечить  его надёжность. Основной (центральный) редуктор  БРЗУ имеет только одну цилиндрическую шестерню  в комбинации с подшипником,  двумя уплотнительными кольцами  и неподвижной системой водяного охлаждения. Верхний и нижний блоки клапанов  одинаковой конструкции, они состоят из шихтовых затворов и газоуплотнительных клапанов. Газоуплотнительный клапан  - это закрывающее устройство  с контактом типа «металл на металл», при этом сохраняется возможность поменять этот принцип на контакт «металл на резину». 

Составные части БРЗУ скомпонованы  таким образом, чтобы шихтовой материал подавался чётко вдоль центральной оси загрузочного устройства, что снижает сегрегацию и улучшает окружную равномерность  при распределении материала на колошнике доменной печи. 

Основными чертами технологии загрузки с помощью  БРЗУ, обеспечивающими его преимущество над  другими существующими загрузочными устройствами, являются следующие:

а) многослойная укладка материала широкими потоками, что обеспечивает возможность  усреднения загружаемой порции материала. Во время загрузки одной порции пять лопастей ротора укладывают до 40 и более слоёв.

б) высокая степень  окружной равномерности, которая достигается благодаря  тому, что поток материала разбивается на 5 равных вращающихся потоков.

в) мягкая укладка материала на поверхность, что позволяет исключить  разрушение профиля предыдущей порции материала. Это достигается благодаря разделению основного потока на 5  потоков и укладке материала  широкими потоками небольшой толщины. Мягкая укладка материала обеспечивает возможность лучшего предвидения того, как он будет распределяться послойно.

г) гибкое управление распределением материала по радиусу. Оно обеспечивается с помощью плавного изменения скорости  вращения ротора.

 До задувки печи  было проведено исследование рабочих параметров загрузочного аппарата. Во время заполнения холодной доменной печи  были проведены замеры профилей шихты в шахте и на колошнике. Это осуществлялось с помощью  профилемера, состоящего из подвижной трубы, эластичного шнура и  груза. Профили шихты замерялись после загрузки каждой порции из последних 18 порций. На рис. 2 показаны результаты замеров. Всего было замерено 22 порции. Визуально было определено, что  окружная равномерность казалась весьма высокой. Поверхность шихты была гладкой, без следов концов колец. Было  установлено, что скорость вращения ротора  оказывала заметное влияние  на распределение материала по радиусу.  Это влияние становилось  более заметным  в ходе заполнения печи. Сравнение профиля порции 15 при загрузке кокса на кольцо 2 и порции 17 при загрузке кокса на кольцо 4 показывает, что толщина слоя на периферии во втором случае была существенно выше.

 

Рис.1 Общий вид БРЗУ

 

 При загрузке материала в центр печи (кольцо 1)  порций 5, 9, 21 и 22  не было явных пиков кокса; слои выглядели плоскими, повторяя предшествующие профили. Однако, при развёртке данного профиля (Рис.3)  можно обнаружить, что этот профиль имеет явный центр  и при дополнительной загрузке материала центр становится более заметным. Такое поведение материала  можно объяснить  тем, что материал покидает ротор не в виде потока меньшего диаметра, а в виде широких и плоских потоков при постепенном заполнении центра печи. Как указывалось выше, в этом и состоит преимущество   роторной загрузочной технологии (в виде тонких и широких слоёв).

Во время загрузки кокса на радиус 1, порция распределялась по кольцам в следующем порядке: (средние величины по порциям 8, 9 и 14):Р1 – 28%, Р2 – 25,5 %, Р3 – 21,2%, Р4 – 13,4%, Р5 – 7,4%, Р6 – 3,8%.  Р1 является  не только  более эффективным способом загрузки  кокса в центр при любом уровне шихты, но и обеспечивает возможность распределения  порции  кокса с постепенным уменьшением  высоты слоя по всему радиусу и создания внутреннего слоя кокса между двумя порциями руды. При появлении глубокой ямы на поверхности шихты (порция 21, глубина ямы  1,8 м) кокс заполняет её и  распределятся в следующем порядке: Р1- 45%, Р2 – 36,2%, Р3 – 15,9%, Р4 – 2,9%.

1].К-Р1-9,57 т; 2] Р-Р2-Р6-(25-17-17-8-33)-27,5 т; 3] К-Р1-9,57 т; 4] К-Р2-Р3-(70-30)-9,54 т; 5] Р-Р2-Р6-(33-17-17-8-250-27,74; 6] К-Р1-,91 т; 7] К-Р6-Р2-(26-17-7-7-43)-9,83 т 8] Р-Р3-28,19 т; 9] К-Р1-10,32 тt; 10] К-Р2-R6-(53-7-7-7-26)-9,91 т;

11] Р-Р2-28,53 т; 12] К-Р2-Р3-(50-50)-10,50 т; 13] Р-Р2-28,95 т; 14] К-Р1-10,56 т; 15] КРR2-10,82 т; 16] Р-Р2-28,07 т; 17] К-Р4-10,24 т; 18] Р Р5-28,51 т; 19] К-Р2-Р6-(53-7-7-7-26)-9,63тt; 20] Р-Р5 29,4 т; 21] К-Р1-9,54 т; 22] К-Р1-4,56т;

 Рис.2. Профили шихты

 

            БРЗУ оборудовано встроенной системой автоматического контроля, которая состоит  из математической модели управления ротором, основанной   на управлении скоростью вращения ротора. Поэтому были проведены эксперименты для определения корректирующих коэффициентов для ввода в математическую модель с тем, чтобы адаптировать её к  производственным условиям. В этих целях, прежде всего,  необходимо определить количество оборотов ротора в минуту в тот момент, когда материал достигнет  верхнего края цилиндрической части колошника. Схема эксперимента показана на рис. 4. Как показали исследования,  при загрузке кокса эта скорость была 15 о/м, в случае с рудосодержащим материалом она была 13,2 о/м. В Таблице 1 показано положение гребня загруженного материала (на равных по площади кольцах)  в зависимости от скорости вращения ротора.

Рис.3. Развёрнутые профили

 

Таблица 1    

Влияние скорости вращения ротора на положение гребня шихты. 

Положение

гребня

Центр, Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р^

Кокс о/м

реверс

5.5

8.0

10.3

12.5

15.0

Руда, о/м

реверс

4.8

7.4

9.7

11.5

13.2

  

В алгоритм управления ротором были внесены исправления на основе анализа радиального распределения материала.

Фактор времени является весьма существенным параметром радиального распределения шихты. Чем длиннее время распределения, тем большее количество слоёв  будет уложено на колошнике доменной печи.

При пусковых работах мы определяли количество материала, проходящего  через калиброванные кольца диаметром 800, 725 и 6500 мм.  Результаты показаны в Таблице 2.

                                                                                              

Таблица 2 

Влияние диаметра калиброванного кольца в промежуточном бункере 

Диаметр кольца

800 мм

725 м

650 мм

Кокс т/с

0,486

0,379

0,249

Кокс м3

0,75

0,61

0,402

Рудн. матер.т/с

1,476

1,368

0,836

Рудн. матер.м3

0,765

0,72

0,435

 Как видно из Таблицы 2, при уменьшении диаметра калиброванного кольца с 800 до 650 мм  скорость  загрузки материала падала по коксу в 1,9 раза. В случае с рудой  эта  цифра была 1,76 раза. При этом окружное распределение улучшалось. Однако, измерения реального времени загрузки материала и циклограмма загрузки показали, что максимальная скорость загрузки шихты превышала расчётную потребность печи в сырье на 30-40%. Таким образом, даже при диаметре калиброванного кольца  в 650 мм скорость загрузки остаётся достаточно высокой и поэтому в конечном счёте было принято решение остановиться на кольце диаметром в 650 мм.

Рис.4 Схема эксперимента

 

В работающей печи время загрузки каждой порции материала определяется датчиками, устанавливающими опорожнение промежуточного бункера,  а  система  остаётся приспособленной к изменениям в шихте.

                                      

Анализ плавок 

Для анализа  технологии плавки были выбраны два периода при стабильном ходе печи. Полученные данные приведены в Таблице 3. 

Таблица 3

Данные работы печи 

Технологические параметры

Период 1

17-31.05.07

Период 2

22-28.02.07

Производительность  т/сутки

3248

3077

Расход кокса, кг/т

528

467

Расход угольной пыли кг/т

69

70

Общий расход топлива кг/т

 

592

537

Расход агломерата кг/т

617,8

1046

Расход окатышей кг/т

377

534

Расход железной руды кг/т

364

-

Расход известняка кг/т

11

9

Расход доломита кг/т

73,5

54

Расход кварцита кг/т

44

42

Si в чугуне %

0,96

0,64

Температура дутья  ºС

1119

1055

Давление дутья бар

2,7

2,69

Колошниковое давление бар

1,3

1,35

Содержание кислорода в дутье %

25,4

23,4

СО в колошниковом газе %

26,3

24,4

СО2 в колошниковом газе %

21,3

22,9

Коэффициент использования СО %

44,3

48,4

Распределение темп. на колошнике ºС 1

167

118

                                                                   2

160

81

                                                                   3

123

100

                                                                   4

100

171

                                                    Центр     5

89

325

Во время первого периода после задувки применялся следующий порядок загрузки:

 1)     К1-Р3-Р5 (50-20-20)  9,7 т

2)     Р1- Р4-Р5 (50-50) 32,1 т 

 Это означает, что кокс подавался в первой порции от кольца 3 до кольца 5. В скобках указано время, затраченное ротором на  загрузку каждого кольца в процентах от всего времени загрузки. Последняя цифра -  - 9,7 т указывает вес порции. Далее,  во второй порции цикла рудосодержащая часть загружалась на кольца 4 и 5, при распределении времени загрузки 50-50%

 

 Во время второго периода  тип  загрузки состоял из 6 порций:  

1)     К1-Р2-100-9.1т – кольцевая загрузка кокса, 100%  времени на кольцо2;

2)     Р1-Р4-100-37т – кольцевая загрузка рудного материала, 100%  времени на кольцо 4;

3)     К2-Р3-Р5 -(40-10-50) - 9.1т, многокольцевая загрузки кокса, распределение по времени.

4)     Р2-Р4-100-9 ,1 т кольцевая загрузка рудного материала 100% времени на кольцо 4;

5)      К3-Р4-Р5 (50-50) 37т  многокольцевая загрузки кокса, распределение по времени.

6)     Р3-Р4-100 кольцевая загрузка рудного материала 100% времени на кольцо 4; 

Разработана  специальная математическая модель  для визуализации  укладки шихты в верхней части печи. Произведены расчёты влияния рабочих параметров ротора на распределение шихты, а также на  скорость схода и угол естественного откоса  материала. Более подробно влияние рабочих параметров ротора на распределение материала рассматривается в статье [1].

На рисунке 5 показана схема изменений в соотношении руда-кокс по радиусу колошника печи, на основе расчётов с помощью модели  применительно к условиям периодов  плавки 1 и 2.

Рис. 5. Полный цикл соотношения руда/кокс 

 

Из данных Таблицы 3 следует, что во второй период работы печи показатели расхода топлива были существенно лучше. Суммарный расход топлива во второй период  был меньше на 55 кг/т чугуна по сравнению с первым периодом.

Это объясняется в основном  более высоким качеством шихтового материала. Во второй период  суммарный расход флюсов и кварцита  был на 23,5 кг/т чугуна ниже, чем в первый период.  Кроме того, во второй период сырая руда была полностью замещена окатышами и агломератом. Положительное влияние на снижение расхода топлива имело и  лучшее распределение материала по оси печи во второй период.  Так, во второй период соотношение руда\кокс на периферии печи  было 5 , тогда как в первый период оно было 3,5 (Рис.5). В обоих случаях в центре печи соотношения руда/кокс были практически одинаковыми. Путём увеличения соотношения руда/кокс на периферии  и, таким образом, снижения  периферийного потока газа технологам удалось переместить поток газа в центр печи.  Это смещение подтверждалось  замерами температур газа  по радиусу колошника. Во второй период температура газа  в центре была 325 ºС , при 89 ºС в первый период. Лучшее распределение материала  и потока газа по радиусу естественно привело к лучшему использованию  СО в печи.  Во второй период коэффициент использования СО составлял  48,45%б тогда как в первый период он был 44,3%. Приведенные данные о  плавках показывают, что роторный метод распределения шихты  обеспечивает возможность  осуществлять гибкий контроль за распределением шихты по радиусу печи.  

            В заключение следует отметить, что данные, приведенные в данной статье, относятся к начальному  периоду, когда осваивался  бесконусный загрузочный аппарат. Исследования будут продолжены и есть существенный потенциал для дальнейшего усовершенствования и оптимизации процесса загрузки этой печи.

 

 

 Библиография: 

[1] Б.М. Боранбаев, С.K. Носов, A.Н. Лаврик “Новая Концепция загрузки доменной печи”

XXXII-ой семинар по черной металлургии, Бразилия, 6-8 ноября 2002.

 

Наверх

Рейтинг@Mail.ru

 

TOTEM Co Ltd.

ЗАО НПКЦ "ТОТЕМ"