Интенсификация доменной плавки при вибрационном регулировании расхода природного газа

• Автор: Расчубкин, Виталий Геннадиевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Днепропетровск
• Количество страниц: 195 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ

2. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ КАК СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ

ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

2.1. Тепло и массообмен в режиме параметрических колебаний

2.2. Автоколебательные процессы в доменной печи

2.3. Доменная плавка с пульсирующим расходом горячего дутья.

2.4. Доменная плавка с пульсациями давления колошникового газа

2.5. Обоснование эффектов параметрических колебаний

и выбор периодического режима плавки .

3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОПИСАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
3.1. Оценка газопроницаемости шихтовых материалов в доменной печи
3.2. Выбор критерия радиального газораспределения
3.3. Математическое описание и критерий оптимизации.
3.4. Вибрационное регулирование параметров доменной плавки .
4. КИНЕТИКА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКАТЫШЕЙ В ПЕРИОДИЧЕСКОМ
ТЕМПЕРАТУРНОМ ПОЛЕ
4.1. Обоснование периодического температурного режима восстановления .
4.2. Описание установки и методика эксперимента
4.3. Влияние периодических колебаний температуры на кинетику восстановления
4.4. Сравнение изотермического и периодического режимов восстановления .
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ .
5.1. Влияние колебаний расхода природного газа на величину общего и частных перепадов давления .
5.2. Влияние колебаний расхода природного газа на
расход горячего дутья .
5.3. Влияние колебаний расхода природного газа на окружное и радиальное газораспределение
5.4. Оценка теоретической температуры горения при колебаниях расхода дутья и природного газа .
5.5. Оценка теплового состояния доменной печи в переходных режимах .
6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ ПРИ ВИБРАЦИОННОМ РЕГУЛИРОВАНИИ
6.1. Выбор оптимальных параметров колебаний расхода природного газа.
6.2. Опытнопромышленные испытания периодического режима
и оценка эффективности доменной плавки
6.3. Рекомендации по выбору параметров дутьевого режима
и загрузки доменной печи .
7. ВЫВОДЫ
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
9. ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение производства чугуна, повышение его качества и снижение себестоимости является важной народнохозяйственной задачей. Выполнению этой задачи должны способствовать мероприятия по увеличению производительности доменных печей, причем большая часть дополнительного объема, согласно директивным документам пленумов ЦК КПСС, должна быть получена на существующих мощностях за счет интенсификации процесса доменной плавки.
Наряду с распространенными способами интенсификации доменной плавки путем применения топливных добавок и кислорода разви. валось новое направление, в основу которого был заложен принцип параметрических колебаний или пульсаций. Приоритет в этой области доменного производства принадлежит советским ученымметаллургам, предложившим и практически осуществившим способы доменной плавки с пульсациями расхода горячего дутья и давления колошникового газа.
Промышленные испытания доменной плавки с пульсациями расхода горячего дутья впервые были проведены В.А.Сорокиным и
Н.Н.Поповым на Константиновском металлургическом заводе. Ими же были выполнены первые опыты по изучению влияния пульсирующего потока водорода на кинетику восстановления железорудных материалов и периодического изменения расхода воздуха на скорость горения кокса.
На Кузнецком металлургическом комбинате был испытан еще один способ воздействия на газовый поток путем периодического изменения давления под колошником. Инициаторами этого предложения были В.Г.Манчинский, Н.Н.Чернов, В.А.Долматов и др. Позднее успешные испытания периодического режима доменной плавки путем поочередного изменения расхода дутья на фурмах были проведены на Магнитогорском металлургическом комбинате. Комбинированный способ
включающий одновременное изменение давления под колошником и расхода природного газа на фурмах, был предложен специалистами Донецкого металлургического завода.
Однако перечисленные способы интенсификации доменной плавки не получили широкого распространения изза ряда ограничений технологического и методического характера
низкой стойкости и нестандартности вспомогательного оборудования, необходимого для формирования параметрических колебаний пульсаций
отсутствия четких представлений о механизме воздействия пульсаций на процесс, и в первую очередь на газодинамический и тепловой режимы плавки
отсутствия теоретического обоснования метода параметрических колебаний как одного из способов динамической стабилизации технологических параметров и процессов, эмпирического подхода к выбору амплитуды и частоты колебаний.
Актуальность


Качественные оценки большинства исследователей сходны при прочих равных условиях процессы тепло и массообмена в режиме параметрических колебаний протекают более интенсивно, чем в стационарном. Следует, однако, помнить, что эффективность периодических режимов зависит не только от частоты или амплитуды колебаний,но и от выбора параметра, и прежде, чем ответить на вопрос как изменять, нужно решить предварительно что изменять. Все рассмотренные выше эксперименты проводились при переменном расходе жидкости или газа в условиях неизменной температуры. В доменной печи, как известно, колебания расхода дутья вызовут соответствующие изменения температуры теплоносителя. Поэтому, до проведения специальных экспериментов по восстановлению железорудных материалов в условиях переменной температуры экстраполяция результатов на доменный процесс была бы преждевременной. Исследованию кинетики восстановления железорудных материалов в периодическом температурном поле и выбору оптимальных параметров колебаний посвящена глава 4. В предыдущем разделе было показано, что процессы тепло и массообмена могут протекать более эффективно, если от стационарного режима перейти к периодическому. Выяснилось также, что эффективность периодических режимов во многом зависит от правильного выбора амплитуды и частоты колебаний. Чтобы определиться с направлением поиска режима и параметров колебаний, необходимо оценить функциональновременную структуру процесса доменной плавки. Функциональновременную структуру доменной плавки можно представить как совокупность периодических или почти периодических процессов, частотный спектр которых по порядку величины ох
ватывает диапазон от до с . По способу возбуждения колебаний периодические процессы можно условно разделить на две группы режимные вынужденные и автоколебательные. Режимные процессы предусмотрены технологическим режимом и формируются извне с помощью различных устройств и механизмов. К таким процессам относится загрузка шихтовых материалов, выпуск продуктов плавки, изменение давления под колошником при перемещении большого конуса и др. Помимо режимных, в доменной печи существуют автоколебательные процессы, среди которых особое место занимают пульсации давления горячего дутья и периодические обрушения неустойчивых сводов . Эти процессы оказывают решающее влияние на сход шихтовых материалов и производительность доменных печей. Остановимся более подробно на пульсациях давления горячего дутья. Исследованиями , установлено, что частота пульсаций давления горячего дутья по порядку величины охватывает диа
пазон от до с . Мелкомасштабные высокочастотные пульсации имеют частоту свыше 0 с1 и амплитуду около 0,3 кПа. Наличие этих составляющих пульсаций давления объясняется в , турбулизацией потока горячего дутья, степень которой определяется влиянием местных сопротивлений, скоростью потока, вязкостью газа и другими факторами. При сверхзвуковом истечении дутья из фурм спектр частот дополнительно обогащается высокочастотными составляющими. Измерения, выполненные с помощью специального датчика, показали , что высокочастотные мелкомасштабные пульсации присутствуют в потоке газа на всем протяжении от тракта горячего дутья до верхних горизонтов печи. Как подчеркивается в , эти составляющие пульсаций образуют своего рода фон, на который накладываются крупномасштабные колебания средней, низкой и сверхнизкой частот. Крупномасштабные пульсации средней частоты имеют частоту I 0 с1 и амплитуду от 4,9 до 7,8 кПа. Наличие крупномасштабных пульсаций связывают с изменением аэродинамического сопротивления каналов, по которым движется поток газов, и гидродинамическими явлениями в нижней зоне доменной печи , . Анализ результатов лабораторных и промышленных экспериментов показал, что взаимодействие расплава и газа в каналах может приводить при определенных условиях к вспениванию расплава, увеличению сопротивления слоя и его зависанию , . В работах , вскрывается негативная роль этих явлений и предлагаются меры по устранению крупномасштабных пульсаций путем коррекции расхода дутья на фурмах.