Тотем

ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И КОММЕРЧЕСКИЙ ЦЕНТР

"ТОТЕМ"

English

"Сталь". №3. 1999г.

Новая концепция загрузки доменной печи

Г. В. Абрамин, Б. М. Боранбаев, А. В. Кошельников, Д. А. Янковский

Научно-производственный и коммерческий центр  "ТОТЕМ"

 

В истории развития техники загрузки доменных печей можно выделить два этапа, которые привели к качественным изменениям в технологии доменного производства. Первый этап связан с появлением и широким распространением двухконусных засыпных аппаратов, которые прослужили достаточно долгий исторический срок благодаря своей простоте, возможностям повышения давления на колошнике и установки их на печах любого объема. В настоящее время эти аппараты работают еще на многих доменных печах. За длительный период использования двухконусные аппараты претерпели многочисленные усовершенствования, появились трехконусные аппараты. Однако большинство модиикаций касалось в основном конструкции аппарата и в меньшей степени — технологии загрузки печи [1].

Принципиально загрузка двухконусным аппаратом осуществляется сплошными кольцами, образующимися при ссыпании шихтовых материалов с большого конуса, и ее можно отнести к технологии кольцевых загрузок. Расположение колец шихты на поверхности колошника определяется несколькими факторами, главными из которых являются высота уровня засыпи, объем порции и последовательность видов загружаемых материалов.

Технологические возможности двухконусных аппаратов были расширены благодаря появлению подвижных колошниковых плит, с помощью которых можно "подгружать" центральную часть печи. Несмотря на определенные достоинства, двухконусные аппараты не обеспечивают достаточно равномерной и эффективной загрузки. Это связано с тем, что окружная неравномерность по массе и гранулометрическому составу шихты, образующаяся при накоплении материалов на большом конусе, сохраняется во время загрузки их в печь. Кроме того, из-за выгрузки шихты с большого конуса по практически постоянной траектории не удается эффективно воздействовать на формирование профиля шихты по радиусу печи.

Необходимость улучшения равномерности загрузки и более эффективного формирования профиля шихты по радиусу колошника стала особенно актуальной в связи с увеличением объема печей, а также требованием максимального снижения расхода кокса в условиях энергетического кризиса, возникшего в конце 70-х годов.

Ограниченные возможности двухконусных аппаратов явились предпосылкой к созданию бесконусных загрузочных устройств лоткового типа (БЗУ). Их ши­рокое распространение ознаменовало новый этап в развитии техники загрузки доменных печей. Не вдаваясь в конструктивные особенности, отметим лишь, что эти аппараты не имеют запорных конусов и в качестве распределителя шихты в них используют вращающийся лоток, способный изменять угол наклона к горизонту и загружать печь одной направленной струей.  При этом осуществляется технология струйной или однопоточной загрузки. Наибольших успехов в создании лотковых аппаратов добилась фирма "П. Вюрт". Ее аппараты установлены более чем на 160 доменных печах в различных странах мира.

Безусловно, благодаря лотковым аппаратам значительно улучшена технология доменного производства. Прежде всего, снижена окружная неравномерность распределения шихтовых материалов, обеспечено получение заданного профиля загрузки. Важнейшим преимуществом лотковых аппаратов является возмож­ность секторной и точечной загрузки. По данным [2], при использовании лотковых БЗУ достигается снижение удельного расхода кокса на 3 - 5 % и на столько же увеличивается производительность печи. В настоящее время лотковые аппараты признаны наивысшим достижением в технике загрузки доменных печей.

 

Однако к недостаткам лотковых аппаратов отно­сятся достаточно большая продолжительность выгрузки одной порции материала по лотку и связанная с этим ограниченная производительность загрузки. Кроме того, сохраняется неравномерность по гранулометрическому составу в процессе выгрузки одной порции шихтовых материалов из промежуточных емкостей, которая затем переходит в окружную неравномерность. Низкие темпы выгрузки лотковым устройством при­водят к тому, что материал фактически укладывается на изменяющийся уровень засыпи, что затрудняет эф­фективное управление загрузкой.

 

Все изложенное выше явилось стимулом для разработки роторного загрузочного устройства (РЗУ) [3], сочетающего двухконусныи шлюзовой аппарат и принципиально новый распределитель шихты, располага­ющийся внутри печи и выполненный в виде пятилопа-стного винта — ротора. Более подробное описание устройства дано в статье [4].

 

Перед разработчиками РЗУ стояла задача обеспечить: высокую окружную равномерность распреде­ления шихтовых материалов как по массе, так и по гранулометрическому составу; высокие темпы загрузки каждой порции материала в печь; формирование заданного профиля поверхности шихты на колошнике.

Выполнение этой задачи достигнуто использова­нием вращающегося по специальной программе ротора. Шихтовые материалы при открытии большого конуса поступают на ротор и по лопастям, выполняющим функцию направляющих поверхностей, ссыпаются в печь пятью широкими потоками. Такая многопоточ­ная загрузка позволяет формировать требуемый профиль одновременно на большой поверхности, т.е. осуществлять поверхностную загрузку (в отличие от кольцевой или струйной). В зависимости от скорости вращения ротора укладка основной массы материала и формирование гребня происходят на различном расстоянии от центра печи. При этом поверхность засыпи характеризуется более пологими углами откоса по сравнению с загрузкой двухконусным аппаратом, а форма засыпи определяется заданным режимом работы ротора. Чем выше скорость вращения ротора, тем ближе к периферии печи располагается основная масса матери­ала. При вращении ротора в противоположном направлении гребень материалов формируется в центре печи. Благодаря загрузке одновременно пятью потоками материал дополнительно усредняется и достигается высокая окружная равномерность укладки шихты.

РЗУ установлены и успешно эксплуатируются на доменных печах № 1 и 2 Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК) и печи № 3 Бхилайского металлургического завода (Индия). Принцип заг­рузки с помощью РЗУ существенно отличается от всех применяемых в настоящее время способов и представ­ляет собой новую концепцию загрузки доменной печи. С целью ее обоснования авторами проведены специальные исследования на физической модели РЗУ масштаба 1 : 20 применительно к печи объемом 2000 м3. Для получения математических моделей, описывающих поведение системы, был использован метод планирования экспериментов. Уровни факторов в эксперимен­те были нормированы (табл. 1). В табл. 2 представлена матрица планирования экспериментов. Исследовали влияние скорости вращения ротора, объема сыпучих материалов, их плотности и уровня засыпи на форми­рование профиля шихты после загрузки. Профиль измеряли, определяя высоту слоя шихты, загруженной на горизонтальную поверхность. В каждом эксперименте проводили измерение высоты слоя шихты в 8 точках по двум радиусам, а также определяли продолжительность выгрузки материалов.

 

Полученные после обработки экспериментальных данных математические модели представляли собой уравнения регрессии вида:

Y1=Koi+K1iX1+K2iX2+ K3iX3+ K4iX4+ K5iX12+

+K6iX22+ K7iX32+ K8iX42+ K9iX1X2+K10iX1X3+

+K11iX1X4+ K12iX2X3+ K13iX2X4+ K14iX3X4,

где i — порядковый номер уравнения регрессии. Сис­тема уравнений регрессии включает 8 уравнений, опре­деляющих высоту слоя шихты в восьми точках по ради­усу печи ( vi - У8), и одно уравнение, определяющее продолжительность выгрузки порции материала (У9).

Уравнения регрессии в дальнейшем были использованы для компьютерной имитации процесса загрузки. Следует отметить, что введение фактора высоты уровня засыпи в число исследуемых параметров позволяет имитировать загрузку шихты на переменный уровень засыпи, а введение фактора объема загружаемых материалов в сочетании с определением времени выг­рузки материалов — спиральные загрузки. Полученные модели благодаря нормированию уровней факторов могут быть использованы на реальном объекте в качестве составной части алгоритма управления ротором для АСУ.

На 4-й стр. обложки журнала представлены ре­зультаты компьютерной имитации. На диаграммах 1 и 2 показано влияние скорости вращения ротора на формирование профиля засыпи при загрузке соответственно агломерата и кокса, поведение которых при этом оказалось идентичным.

 

Таблица   1. Уровни изменения факторов в экспериментах

 

Факторы и их уровни (нормированные значения) Фактические значения
скорость вращения ротора Х1, об/мин объем материалов Х2, число скипов плотность материалов Хз, т/м3

высота уровня засыпи X4,  м

-1 2,0

1

0,50

1,5

0  9,5

2

1,25

1,8

1 17,0 3

2,00

2,1

Отчетливо видно, что при скорости вращения ротора 2 об/мин гребень материалов (красная линия) находится ближе к осевой части печи. С увеличением скорости до 9,5 об/мин гребень материалов располагается близко к середине радиуса печи (голубая линия), а при 17 об/мин перемещается к ее периферии (черная линия). Таким образом, возможна укладка гребня шихты практически в любом месте по радиусу печи; ширина потока материалов (и агломерата, и кокса) охватывает весь радиус печи, что под­тверждает наш тезис о реализации поверхностной загрузки при использовании РЗУ.

На диаграмме 3 показано влияние исходного уровня засыпи материалов на формирование нового профиля засыпи. Все кривые практически полностью совпали, т.е. в исследованном диапазоне изменение исходного уровня засыпи практически не влияло на формирование ее профиля. Это означает, что в произ­водственных условиях управление загрузкой печи существенно упрощается.

На диаграммах 4 и 5 представлено влияние количества загружаемых материалов на формирование профиля засыпи. Здесь мы вновь наблюдаем идентичность поведения агломерата и кокса. С увеличением количе­ства материалов от 1 до 3 скипов не происходило заметного смещения гребня по радиусу печи, однако существенно увеличивалась высота слоя шихты. Очевидно, что в практических условиях путем изменения объемов порций загружаемых материалов можно формировать различную ширину коксовых или рудных колец и оказывать управляющее воздействие на техноло­гический процесс.

На диаграмме 6 представлено влияние плотности загружаемых материалов на формирование профиля засыпи. При смешивании кокса и агломерата плотность материалов практически не изменялась в широком диапазоне, однако она не влияла на изменение профи­ля засыпи. Этот результат вполне согласуется с данными, полученными при загрузке отдельно агломерата и кокса.

 

Таблица 2. Матрица планирования экспериментов

 

Номер опыта  X1  Х2  Хз  X4 
1 -1 -1 -1 -1
2 1 0

0

0
3 0 1

0

0
4 0 0 1 0
5 0

0

0 1
6 -1 1 1  1
7 1 -1 1 1
8 1 1 -1 1
9 1 1  1  -1
10 -1 -1 1 1
11 -1 1 -1 1
12 -1 1 1 -1
13 1 1 -1 -1
14 1 -1 1 -1
15 1 -1  -1 -1 

 

В целом из анализа диаграмм следует, что распределение материалов по радиусу печи зависит в основном от скорости вращения ротора, а высоту слоя и ширину потока можно эффективно регулировать величиной порции загружаемого материала.

В заключение отметим, что результаты исследований с использованием математических моделей подтверждают и наглядно демонстрируют эффективность нового способа загрузки печей. Проведенные ранее, на стадии разработки первого РЗУ на ЗСМК, опытные загрузки на физических моделях в масштабе 1 : 1 показали аналогичные результаты1. На действующей доменной печи № 3 Бхилайского металлургического завода работу РЗУ исследовали под руководством проф. В. И. Большакова. Результаты этих исследований также подтверждают эффективность применения роторного загрузочного устройства.

 

Библиографический список

1.    Шатлов В. А., СеровЮ. В., ФедченкоВ. М., ЯсаковЕ. И. II Сталь. 1993. №8. С. 5-11.

2.   Авдеев В. А., Шайнович О. И., Ясаков И. Е., Марченко А. В. Со­временные загрузочные устройства доменных печей. — М.: Ме­таллургия, 1994. С. 62.

3.    Патент РФ № 2067792 / ЗАО "Научно-производственный и коммерческий центр "ТОТЕМ" // Изобретения. Заявки и патенты. 1996. №28.

4.Загрузочное устройство. Сталь. 1998. № 11. С. 15-17.

1  Моделирование роторного загрузочного устройства в масштабе 1:1. Отчет НИР, ЦЛАМ ЗСМК, 1987.

 

Наверх

Рейтинг@Mail.ru

 

TOTEM Co Ltd.

ЗАО НПКЦ "ТОТЕМ"