Совершенствование профиля шахтных металлургических агрегатов на основе уточненных данных о движении материалов и газов

• Автор: Иванов, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1. Современные тенденции развития профиля шахтных металлургических

агрегатов и закономерностей противотока в них.

1.1. Анализ изменений очертания рабочего пространства доменных печей и

реакторов прямого получения железа.

1.2. Закономерности движения газов в слое шихты.

1.3. Определение геометрических характеристик слоя

1.4. Закономерности движения шихты в условиях противотока

1.5. Взаимодействие шихты, газа и элементов печей в

условиях противотока

Заключение

Задачи собственного исследования

2. Изучение характера движения поверхности засыпи на доменных печах.
2.1. Методика оценки характера схода поверхности засыпи на печах, оборудованных уровнемерами
2.2. Результаты оценки характера схода материалов на доменных печах ОАО ММК.
2.3. Влияние состояния колошниковых защит доменных печей на характер схода поверхности засыпи.
2.4. Взаимосвязь характера опускания поверхности засыпи с ходом доменной плавки.
2.5. Использование информации о положении зоны удара загружаемых на колошник материалов.
2.6. Автоматизация обработки информации о сходе поверхности засыпи
3. Уточнение механизма взаимодействия потоков шихты и газа в доменной печи.
3.1. Закономерности взаимодействия материалов и газа в противотоке
3.2. Моделирование подвисания шихты в изотермических условиях
3.3. Выявление причин возникновения подвисаний на доменных печах ОАО ММК
3.4. Моделирование газодинамических условий верха доменной печи.
3.4.1. Постановка задачи.
3.4.2. Математическое описание задачи
3.4.2. Программная реализация модели газодинамики верхней части доменной печи
3.5. Анализ результатов моделирования и рекомендации по совершенствованию профиля верха доменных печей.
3.6. Рекомендуемые мероприятия по снижению вероятности возникновения подвисаний.
Выводы.
4. Совершенствование противотока в шахтных печах металлизации
4.1. Анализ недостатков действующих агрегатов прямого получения железа.
4.2. Математическое моделирование газодинамики по высоте шахтных печей
4.3. Совершенствование профиля шахтной печи М1с1гех
4.4. Рациональная конструкция шахтной печи для обработки материалов
в противотоке
Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ


В частности, исследуя закономерности теплообмена, Б. И. Китаев установил, что чрезмерное увеличение полезной высоты доменной печи нецелесообразно. Многие положения, касающиеся профиля, были рассмотрены в ходе дискуссий развернувшихся на страницах журнала Сталь 3, и Известия ВУЗов. Черная металлургия . Все перечисленные в указанных работах рекомендации нашли применение при проектировании профилей доменных печей СССР, тенденции изменения которых с ростом полезного объема показаны на рис. Рост объема осуществлялся в основном, за счет увеличения поперечных размеров. В результате отношение полезной высоты к диаметру распара НД уменьшалось с увеличением полезного объема Уп. Интенсивность увеличения диаметра горна и распара выше, чем диаметра колошника. Отношение полезного объема к площади колошника УД, косвенно характеризующее напряженность противотока в верхней части столба шихты, увеличивается. Шахта на ряде доменных печей выполняется с переменным углом наклона. Расстояние места перегиба от цилиндрической части колошника различно, в том числе и на печах в пределах одного завода ММК, НТМК. Рис. Напряженность противотока в верхней части печи, возрастающая с ростом полезного объема, явилась одним из вопросов указанных выше дискуссий. В работах 3, , , , , предлагается снижение напряженности верха печи осуществить за счет применения шахты с переменным углом наклона стен. Однако в качестве причин расстройства нормального хода процессов в верхней части печи одни указывают рост бокового давления ,,, другие увеличение градиентов давления газа, вызванное характером изменения температур по высоте верхней ступени интенсивного теплообмена. Соответственно различны и рекомендации по расположению места перегиба шахты. В первом случае он находится на расстоянии равном высоты шахты, во втором определяется из соотношения 0,5Нь где Н1 высота верхней зоны интенсивного теплообмена по Б. И. Китаеву . Эффективность предлагаемых мероприятий по изменению профиля в верхней части печи подтверждена практикой , . Таким образом, можно сделать вывод о том, что независимо от места расположения перегиба в шахте с двойным углом наклона стен, данные рекомендации являются весьма полезными. Однако для более точного выбора рационального профиля необходимо все же выявить истинные причины возникновения нарушений схода шихты в верху доменной печи и на основании этого уже давать рекомендации. Другим способом снижения напряженности верха является увеличение диаметра колошника , или уменьшение его высоты 3, . Реализация мероприятий по расширению колошника сдерживается во многом возможностями засыпного аппарата, а в некоторых случаях и неудачным опытом эксплуатации печей . Снижение же высоты цилиндрической части сдерживается условиями формирования столба материалов при загрузке , . Подтверждением отсутствия обоснованного подхода к выбору размеров колошника является большой разброс его высоты даже для печей одинакового объема рис. Например, проектная высота колошника на печах 1 и 2 с Уп м3 завода Азовсталь Украина составляет м, а на печи с Уп м3 завода в Ньюкастле ЮАР м . Рис. Из вышесказанного следует необходимость уточнения характера движения шихты и газа в верхней части печи с целью более обоснованного выбора рациональных размеров ее. На основании уточненных данных о процессах в верхней части доменных печей можно дать рекомендации по совершенствованию профиля шахтных агрегатов металлизации. В отличие от доменного производства, прямое получение железа является сравнительно новым процессом. В настоящее время имеется множество патентов изобретений на способы прямого получения железа и агрегаты для их осуществления. Многообразие конструкций шахтных печей металлизации приведено в обзорной работе . Наибольшая доля металлизованной продукции приходится на процессы Мидрекс М1бгех и ХИЛШ НУЪШ , основным агрегатом которых является шахтная противоточная печь. Профиль восстановительной зоны этих печей представляет собой цилиндр с небольшим расширением в переходной зоне и коническую зону охлаждения.