Разработка и внедрение энергоэффективных тепловых схем конвейерных машин для обжига железорудных окатышей

• Автор: Брагин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Устойчивая тенденция увеличения спроса на высококачественное железорудное сырье определяет необходимость как повышения его служебных свойств, так и снижение затрат на его производство. Опыт эксплуатации существующих морально устаревших обжиговых машин убедительно показывает, что решение одной из этих проблем возможно, как правило, за счет другой. Одновременное их решение возможно лишь путем модернизации тепловой схемы обжиговой машины с повышением степени циркуляции газопотоков, утилизации тепла сбросных газов и обеспечением заданных теплотехнических параметров.
В связи с этим, разработка научных основ и технических решений по созданию тепловых схем обжиговых машин нового поколения, надежная их апробация в ходе модернизации действующих агрегатов, является весьма актуальной.
Цель диссертационной работы - комплексное исследование теплотехнических и физико-химических процессов обжига окатышей для создания энергоэффективных схем тепловой работы обжиговых машин конвейерного типа.

Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:

1. Развитие модельных представлений о термообработке слоя окатышей, увязывающих между собой параметры газопотоков, качественные показатели окатышей и технико-экономические показатели их производства.
2. Усовершенствование методик экспериментального обследования обжиговых машин и методов анализа их результатов.

3. Разработка новой энергоэффективной тепловой схемы обжиговой машины.

4. Разработка, апробация и внедрение технических решений при модернизации обжиговых машин ОК-520 ОАО “Михайловский ГОК” (МГОК), Лурги-480 ОАО “Оскольский электрометаллургический комбинат” (ОЭМК) и ОК-520/536 “ОАО «Карельский окатыш»” (Кост-ГОК).
Объект исследования - тепловые схемы обжиговых конвейерных машин для производства железорудных окатышей.
Предмет исследования - влияние элементов тепловой схемы обжиговой машины на технико-экономические показатели производства окатышей.
Методы исследования базируются на принципах физического и математического моделирования слоевых процессов и комплексных инструментальных замеров параметров работы технологического оборудования агрегатов для обжига окатышей. Измерения технологических параметров осуществляли стандартными приборами, прошедшими государственную поверку по стандартным методикам, что определило достоверность полученных результатов.

При обработке экспериментальных данных использован расчетнотеоретический анализ, основу которого составили положения теории тепло- и массообмена и теории металлургических процессов, закон сохранения энергии, при этом противоречий известным физическим и химическим положениям установлено не было.
Научная новизна результатов работы.
1. Усовершенствована методика проведения комплексных инструментальных замеров параметров работы технологического оборудования, позволяющая рассчитывать полный материальный и тепловой балансы термообработки окатышей и получать исходные данные для математического моделирования процесса обжига окатышей.
2. Развита математическая модель термообработки слоя окатышей, в которой впервые учтены процессы десульфурации окатышей, теплообменные процессы в вакуум-камерах и трактах с учетом величины подсосов воздуха через неплотности газоходной системы.
3. Результаты исследований и оценки параметров теплоносителя на входе и выходе коллекторов и газоходов методом математического моделирования.
4. Разработаны новые энергоэффективные схемы обжиговых машин, элементы которых использованы при модернизации действующих конвейерных машин для производства железорудных окатышей. Практическая значимость работы.
1. Разработаны и реализованы в промышленных условиях технические решения по модернизации обжиговых машин ОК-520 (ОАО «Михайловский ГОК») и Лурги-480 (ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат»). Это обеспечило снижение удельного расхода природного газа на 42,4 % и 9,1% и увеличение производительности на
37,4 % и 25,3 %, соответственно.
2. Разработана тепловая схема новой обжиговой машины, обеспечивающая энергоэффективное производство железорудных окатышей различного назначения - для доменной плавки и металлизации. Тепловая схема реализована в утвержденном проекте строительства комплекса обжиговой машины № 3 ОАО «Михайловский ГОК».
3. Технические решения по модернизации действующих и проектируемых тепловых схем обжиговых машин.
Личный вклад автора. Заключается в постановке цели и задач исследования, разработке его методологии, участии в проведении лабораторных и опытно-промышленных испытаний на ОАО «Михайловский ГОК», ОАО «ОЭМК», ОАО «Карельский окатыш», и анализе их результатов.
Автор защищает:
1. Методики экспериментального обследования обжиговых машин, позволяющие получать исходные данные для теплотехнических расчетов и адаптации математической модели к конкретным технологиям производства железорудных окатышей.

2. Принципы новой энергоэффективной тепловой схемы обжиговой конвейерной машины.
3. Технические решения по модернизации обжиговых машин и результаты их реализации на обжиговых машинах ОК-520, Лурги-480 и ОК-520/536.
Реализация результатов. Результаты экспериментальных и расчетноаналитических исследований использованы при разработке технических заданий на модернизацию ОК-306 (СевГОКа), восстановление с модернизацией тепловой схемы обжиговой машины Лурги-278-В (СевГОК), модернизацию тепловой схемы обжиговой машины Лурги-552 (СевГОК), модернизацию тепловой схемы обжиговой машины ОК-324 (ЦГОК), завершение строительства и запуск с модернизацией тепловой схемы обжиговых машин ОК-560 (КГОКОР). Так же материалы работы использованы при расчете и проектировании тепловых схем МОК-189, МОК-108 для поставки ОАО “Урал-машзавод” в Индию, и при проектировании тепловой схемы обжиговой машины площадью 692 м2 для Ирана.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург 2002 г.) международных научно-практических конференциях «Теория и практика производства чугуна» - 2004, Криворожсталь (г. Кривой Рог, 2004 г.) и «Творческое наследие Б.И.Китаева», ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2009 г.)
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 19 научных статьях, из них 15 опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложена на 161 стр. машинописного текста и содержит 18 таблиц, 54 рисунка, список использованной литературы, содержащий 127 наименований и 1 приложение.
Рис. 1.10. Тепловая схема действующей ОК-520 (МихГОК)
Обжиговые машины Лурги площадью 552 м2 были разработаны и введены в эксплуатацию на Северном ГОКе в период 1979-1980 гг [8]. Проектная тепловая схема (рис. 1.11) за время эксплуатации не менялась. Можно выделить следующие основные отличия тепловой схемы Лурги-552 от проектной схемы ОК-520: наличие инжекционных горелок, установка одного вентилятора, подающего атмосферный воздух в зоны охлаждения, отсутствие газоочистки на внутренних потоках, конический переточный коллектор, диаметр в начале переточного коллектора превышает ширину обжиговой машины (4 м) и составляет в “свету”7,3 м, наличие горелок в зоне сушки 3, сжигание топлива в которых происходит в воздухе подаваемом из коллектора зоны обжига, ширина ГВК составляет 4 м, длина 6 м, при этом над одной ГВК установлено четыре форкамеры.
Обжиговые конвейерные машины типа ОК-520/536 Костомукшского ГОКа, пущенные в эксплуатацию в 1982 - 84 гг.. Тепловая схема (рис. 1.12) и конструкция машин разрабатывались специалистами-теплотехниками ВНИИМТ, ПТП "Уралэнергочермет" и конструкторами НИИТЯЖМАШ