Разработка ресурсосберегающих технологий доменной плавки на основе ее исследования и математического моделирования

• Автор: Курунов, Иван Филиппович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.; 20х15 см

Введение
Социальноэкономическое развитие мировой цивилизации в настоящее время определяется концепцией устойчивого развития, означающего для промышленных компаний экоэффективное развитие, обеспечивающее увеличение прибавочной стоимости при уменьшении потребления природных сырьевых и энергетических ресурсов и загрязнения окружающей среды.
В черной металлургии максимальная доля потребляемых на производство металлопродукции ресурсов приходится на подготовку железорудного сырья, производство кокса и доменную плавку. Появление в последние лет технологий бездоменной металлургии железа не изменило доминирующей роли доменной печи в массовом производстве металла. Доменный процесс, основой которого является высокоэффективный противоточный тепло и массообмен между взаимодействующими твердой, жидкой и газовой фазами, пока еще не исчерпал потенциальные резервы снижения потребления сырьевых и энергетических ресурсов на выплавку чугуна. В первую очередь это относится к расходу дефицитного кокса, а также агломерата и окатышей, производство которых наносит значительный ущерб окружающей среде. В связи с этим глобальная задача снижения потребления сырьезых и энергетических ресурсов на производство металлопродукции при обеспечении экологической безопасности должна решаться в первую очередь на стадии доменного процесса, который сам может осуществлять природоохранные функции путем потребления отходов металлургической, химической и других отраслей промышленности.
Настоящая диссертационная работа посвящена комплексному решению проблемы ресурсо и энергосбережения в аглококсодоменном производстве. Концепция работы заключается в сокращении расхода кокса в доменной плавке за счет повышения эффективности восстановительных процессов и полноты сгорания вдуваемого топлива, частичной замены кокса топливными и восстановительными добавками, загружаемыми в печь с шихтой, и вдуваемыми через фурмы. Реализация концепции осуществлена путем исследования дннамнки переходных процессов в
печи, влияния на процессы тепло и массообмена структуры столба шихтовых материалов, процесса горения вдуваемого природного газа, математического моделирования доменной плавки и разработки на основе этого технологических режимов, обеспечивающих сокращение потребления кокса, и технических средств, способствующих решению этой проблемы.
Автор искренне благодарен профессорам МГИСиС ТУ докт. техн. наук, зав. кафедрой РТП Юсфину Ю.С. и докт. техн. наук Чижиковой В.М. за весьма ценные замечания и советы при подготовке научного доклада.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

При выполнении работы использованы экспериментальные и статистические методы изучения динамики переходных процессов в инерционных агрегатах холодное и горячее моделирование процессов газодинамики, массо и теплообмена в шахте доменной печи и ее зондирование материальные балансы доменных плавок пофакторный и корреляционный анализ компьютерное моделирование с применением разработанных и проверенных на адекватность математических моделей. Научная новизна Впервые установлено интенсифицирующее влияние послойной загрузки кокса и железорудных материалов на процессы тепло и массообмена между газом и шихтой за счет повышения удельной поверхности контакта. Установлено, что импульсный режим загрузки кокса уменьшает окружную неравномерность распределения газа, вызываемую неравномерностью структуры столба шихты. Предложен принципиально новый метод измерения толщины слоев кокса и железорудных материалов, использующий различие их электропроводности, на основе которого в МИСиС была разработана не имеющая аналогов автоматическая зондовая сканирующая система для измерения структуры столба шихты в доменной печи. Разработана многофункциональная математическая модель доменного процесса, основой которой являются уравнения материального и теплового баланса противоточного массообмена для реакции восстановления газом железа из вюстита в изотермической зоне уравнение газопроницаемости столба шихты. Предложены критерии эффективности восстановительных процессов в доменной печи бпЛфУл и бхХфХ,, представляющие собой соответственно отношения фактических степеней использования л и окисленности X газа в зоне восстановления железа из вюстита к величинам их равновесных значений при температуре изотермической зоны в печи. Предложенные критерии адекватно оценивают эффективность противоточного массообмена в шахте при любых условиях доменной плавки. Дано обоснование механизма ускорения и обеспечения полноты сгорания природного газа в фурменном очаге при его вдувании в смеси с кислородом за счет объемного горения смеси и ускорения ее нагрева до температуры воспламенения благодаря выделению тепла при медленном окислении метана в смеси с кислородом. Дано теоретическое обоснование кажущемуся необъяснимо завышенному значению коэффициента замены кокса шунгитом при применении его в доменной плавке. Разработана концепция обращения с отходами производства на металлургическом комбинате, предусматривающая рециклинг мелкодисперсных железоцинксодержащих пылей и шламов, отработанных масел, замасленной окалины и других отходов путем их окускования и загрузки в доменную печь или вдувания в нее в виде жидкого композитного реагента. Впервые установлено, что инерционность каналов управления содержанием кремния в чугуне рудная нагрузка Б, влажность дутья Б1, температура дутья Б1 определяется в основном интервалами между выпусками продуктов плавки, уменьшаясь с их сокращением, и в меньшей мере объемом печи. Определенны коэффициенты передачи к, инерционность постоянная времени Т и запаздывание т этих каналов для доменных печей различного объема, составившие соответственно к 1,,тт, 0,0, Бгм3, 0,, Б0С Т часа, часа, часа г часа. Практическая значимость и реализация результатов работы. СССР периодических режимов загрузки доменных печей, которые х годах прошли промышленное опробование и применялись на доменных печах заводов Криворожсталь, СМЗ г. РФ способа доменной плавки с использованием в шихте коксовой мелочи, угля и других углеродсодержащих добавок, применение которого на д. ОАО НЛМК. Разработанная математическая модель доменной плавки более лет применяется в учебном процессе и при выполнении исследований на кафедрах руднотермических процессов МИСиС и металлургии черных металлов Новотроицкого факультета металлургических технологий, а также в составе разработанной фирмой НТЦ ЛАГ Инжиниринг комплексной модели металлургического комбината,предназначенной для решения оптимизационных ресурсоэнергетических задач на металлургических предприятиях. Математическая Модель передана для использования многопрофильной . США i .