способ контроля распределения шихтовых материалов по сечению доменной печи

Формула изобретения

Способ контроля распределения шихтовых материалов по сечению доменной печи, включающий измерение уровня засыпи шихты на колошнике в интервале между соседними подачами, определение рудной нагрузки по радиальным кольцевым зонам колошника, отличающийся тем, что измерение уровня засыпи шихты на колошнике осуществляют в точках по радиусу колошника на границах равновеликих кольцевых зон, по уровню засыпи шихты определяют в этих точках скорости схода шихты и их среднеквадратичные отклонения, а также средние величины среднеквадратичных отклонений скоростей схода шихты по зонам и всему сечению колошника, а величину рудной нагрузки в каждой зоне определяют из соотношения



где ^W_n^зm - среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты в кольцевой зоне, см/мин;

среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты по сечению колошника, см/мин;

РН_общ величина общей рудной нагрузки, т/т кокса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано на доменных печах, оборудованных конусными загрузочными устройствами и оснащенных профилемерами различного типа, при контроле распределения шихты по сечению печи.

Одним из основных условий наиболее полного использования тепловой и химической энергии газового потока является обеспечение оптимального сочетания распределения шихтовых материалов, создающих необходимую газопроницаемость по всему сечению печи, с температурно-дутьевым режимом плавки. Рациональное распределение шихты обеспечивают путем применения материала требуемого гранулометрического состава, подбора веса рудной колоши, уровня засыпи, системы загрузки и режима работы распределительного органа. Газодинамический режим плавки обеспечивается подбором диаметра и высова воздушных фурм, а также параметрами дутьевого режима, обеспечивающего рабочий уровень общего и частных перепадов давления [1]

Известны способы контроля распределения шихтовых материалов и газов на колошнике доменной печи, основанные на данных об изменении состава и температуры [2,3] показаний механических уровнемеров [4] закономерностях газодинамики и теплопередачи [5] на использовании счетных данных и физических моделей [6]

Основные недостатки известных решений состоят в недостаточной полноте или отсутствии возможности получения обработки и оценки информации о профиле поверхности засыпи шихты, скорости ее опускания по различным зонам горизонтального сечения печи.

В качестве прототипа [6] взят известный способ расчета рудных нагрузок в периферийной (N_n) и центральной (N_ц) зонах сечения колошника, определяемых по эмпирическим уравнениям, полученным с помощью физической, секторной модели конусного засыпного устройства



где - угол наклона поверхности засыпи к оси печи перед опусканием очередной подачи, град;

h_з уровень засыпи перед загрузкой подачи, м.

Недостатками известного способа являются:

отсутствие данных о реальном профиле поверхности засыпи шихты на колошнике работающей доменной печи;

отсутствие учета распределения мелких фракций агломерата и закономерности перераспределения рудной нагрузки, связанные с перевешиванием мелочи; необходимо заметить, что распределение рудной нагрузки можно считать важным фактором, влияющим на газораспределение по сравнению с распределением мелких фракций агломерата;

отсутствие учета деформации рельефа засыпи легковесной части шихты (кокса) в поверхностном слое под действием рудной части шихты и перемещение кокса из периферийной и промежуточной зон к центру печи под действием удара рудной части шихты при ссыпании ее с большого конуса.

Задача, решаемая изобретением, состоит в том, что производят измерение скорости схода шихты в точках по радиусу колошника, на границах равновеликих кольцевых зон, определяют среднеквадратичные отклонения скоростей в этих точках и средние величины отклонений по зонам и всему сечению колошника, а величину рудной нагрузки в каждой зоне определяют из соотношения



где ^W_n^зm - среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты в кольцевой зоне, см/мин;

среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты по сечению колошника, см/мин;

PH^общ величина общей рудной нагрузки, т.е. количество железосодержащих материалов, приходящихся на тонну кокса, т/т кокса;

m количество кольцевых зон;

n количество измерений скорости схода шихты в точках по радиусу колошника.

Предлагаемый способ контроля распределения шихтовых материалов по сечению доменной печи включает измерение и регистрацию уровня засыпи шихты на колошнике в интервале между опусканием соседних подач.

Отличительными от прототипа признаками являются:

измерение скорости схода шихты в точках по радиусу колошника, на границах его равновеликих кольцевых зон;

определение среднеквадратичного отклонения скоростей в этих точках и средних величин этих отклонений по зонам и всему сечению колошника;

величину рудной нагрузки в каждой зоне определяют из соотношения



где ^W_n^зm - среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты в кольцевой зоне, см/мин;

среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты по сечению колошника, см/мин;

PH^общ величина общей рудной нагрузки, т.е. количество железосодержащих материалов, приходящихся на тонну кокса, т/т кокса;

m количество кольцевых зон;

n количество измерений скорости схода шихты в точках по радиусу колошника.

Сравнительный анализ известных и заявляемого способов показал следующее: известные аналоги [4,5,7] имеют признаки заявляемого способа, однако получить положительный эффект, достигаемый заявляемым техническим решением, не позволяют следующие недостатки:

при оценке распределения шихты и газа по составу газа и его температуре с учетом площади кольцевых зон не учтены состояние поверхности засыпи шихты на колошнике и скорость схода шихты, а отборы газа и замер температуры носит периодический характер [7]

информация о скорости схода шихты, получаемая механическим уровнемером (шомпольными зондами) характерна лишь для локальных участков периферийной зоны колошника, что затрудняет объективную оценку по всему его сечению [4]

использование расчетов распределения шихты по сечению печи по информации, получаемой с помощью периодически вводимых в шахту зондов, не обеспечивает оперативность результатов и своевременность принятия мер по регулированию, даже с использованием ЭВМ. Кроме того, следует учитывать трудоемкость отборов и ограничений ресурса зондов [5]

Предложенный способ может быть реализован при использовании средств оперативного контроля профиля поверхности засыпи шихтовых материалов на колошнике доменной печи, позволяющих определять скорость схода шихты в различных точках по 2-4 м радиусам колошника, например, радиозотопного профилемера РИАП-2М

Предлагаемый способ основан на взаимосвязи колеблемости скорости схода шихты в различных точках радиуса колошника, например, на границах равновеликих кольцевых зон его сечения, количество которых определяют исходя из поперечных размеров печи и условий ее работы, с изменением рудной нагрузки по радиусу печи. Указанная зависимость определена из следующих положений ранее проведенных исследований. Исследованиями газодинамических явлений в заплечиках доменной печи установлено, что пульсации давления газа, а также расхода дутья связаны с сопротивлением проходу газа через вязкопластичную зону, при этом наибольший импульс прохода продуктов расплава совпадал по времени и связан с проходом через зону плавления слоя из четырех скипов руды, разделенных скипом кокса (РРКРР), что приводит к появлению максимума пульсаций давления и расхода газа.

При освоении радиоизотопного профилемера РИАП-2М, установленного на доменной печи объемом 2002 м³ НПО "Тулачермет", отмечались аналогичные колебания (пульсации) скорости схода шихты в различных кольцевых зонах сечения колошника, зависящие от скорости горения углерода кокса на фурмах, скорости расплавления (величины вязкопластичной зоны) и определяемые количеством кокса в подачу (рудная нагрузка) и порядком его загрузки (система загрузки, определяющая сочетание слоев железорудных материалов и кокса).

Анализ динамики скорости схода шихты во времени показал, что скорость схода в различных зонах сечения колошника характеризуется различными, но значительными колебаниями по амплитуде (до 40 70%) и частоте.

Различные амплитуды и продолжительность колебаний скорости схода шихты в кольцевых зонах при постоянных параметрах температурно-дутьевого режима загрузки обусловлены неравномерным распределением слоя железорудной части шихты или рудной нагрузки по радиусу печи и связано с прохождением им зоны вязкопластичного состояния и плавления. Следует отметить, что значительные колебания скорости схода шихты (до 100%) могут быть вызваны наложением ускорения схода шихты во время выпусков продуктов плавки, что следует учитывать при оценке колеблемости скорости схода шихты для определения рудной нагрузки по предлагаемому способу. Таким образом, изменение скорости схода шихты во времени без учета периода выпуска продуктов плавки, оцениваемая по величине среднеквадратичного отклонения с последующим приведением отклонений к средним или средневзвешенным величинам для равновеликих или разных по площади кольцевых зон и всему сечению колошника печи, может служить показателем распределения рудной нагрузки по отдельным кольцевым зонам и сечению печи.

Статические исследования показали достаточно высокую тесноту парных взаимосвязей (r_xy0,9) радиального распределения рудных нагрузок по кольцевым зонам сечения колошника, полученным по предлагаемому способу (РНз пф, РНз пр, РНз ц f=(h_з)), с величиной уровня засыпи шихты на колошнике (h_з). При этом коэффициент корреляции для взаимосвязей РНз пф и РНз пр с уровнем засыпи положительный, а для взаимосвязей РНз ц с этим параметром отрицательный, что совпадает с общепринятыми представлениями о влиянии уровня засыпи на радиальное распределение рудной нагрузки.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Площадь колошника доменной печи разбивается на несколько равновеликих по площади кольцевых зон з₁.з_m. В точках радиуса колошника на границах этих кольцевых зон i з по показаниям профилемера (измерение уровня засыпи между соседними подачами), вводимым в ЭВМ, определяют скорость схода шихты W_iз между соседними подачами (при измерениях по 2.4 м радиусам значения W_iз определяются на интервале n (количество измерений), соответствующем загрузке не менее 10 подач, для выполнения условий статической выборки необходимой для определения ^W_n [8]). Определяются величины среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты в каждой точке



а затем вычисляются средние значения этих отклонений по равновеликим зонам



и всему сечению колошника



Затем для каждой зоны и всего сечения определяются величины рудной нагрузки из соотношения



где ^W_n^зm - среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты в кольцевой зоне, см/мин;

^W_n^к - среднее значение среднеквадратичного отклонения скорости схода шихты по сечению колошника, см/мин;

PH^общ величина общей рудной нагрузки, т.е. количество железосодержащих материалов, приходящихся на тонну кокса, т/т кокса;

m количество кольцевых зон;

n количество измерений скорости схода шихты в точках по радиусу колошника.

Пример. Контроль распределения шихты по сечению доменной печи по предлагаемому способу осуществляли в течение трех смен (см. таблицу, приведенную ниже, периоды А, Б, В) на доменной печи объемом 2002 м³ НПО "Тулачермет", оборудованной двухконусным загрузочным устройством и радиоизотопным профилемером РИАП-2М, при подборе рационального режима загрузки. Качество шихтовых материалов и параметры дутьевого режима печи в течение указанных периодов были достаточно близкими. Измерение профиля засыпи шихты на колошнике печи (S кол 41,8 м², R к 3,65 м) производилось по четырем радиусам колошника, расположенным по оси газоотводов печи. Площадь колошника разбивалась на три равновеликие кольцевые зоны: периферийную (з пф), промежуточную (з пр) и центральную (з ц). Величину рудной нагрузки в кольцевых зонах определяли по предложенному способу, измеряя скорость схода шихты между соседними подачами в интервалах между выпусками в течение 0,5 0,6 времени пребывания шихты в печи (для данных условий плавки время пребывания шихты составляло 6 7 ч).

В начальной период A (см. таблицу) на печи был установлен режим загрузки КРРК , уровень засыпи 1,25 м, ВРШ 6 станций через 60^o, масса рудной сыпи 30 т, рудная нагрузка (общая) 3,30 т/т кокса. Контроль распределения шихты по кольцевым зонам сечения колошника по предлагаемому способу показал следующее распределение рудных нагрузок:

Периферийная зона (РНз пф) 2,81 т/т кокса

Промежуточная зона (РН з пр) 2,97 т/т кокса

Центральная зона (РН з ц) 3,96 т/т кокса

Указанное распределение шихты по сечению колошника свидетельствует о перегрузке железорудными материалами центральной зоны печи, что подтверждает повышенная до 750^oC температура периферийных газов. Степень использования печных газов, оцениваемая по степени использования оксида углерода _Co, составила 39,3% что обусловило в значительной степени недостаточно высокие показатели работы печи, удельная производительность и расход кокса составили соответственно 1,39 т/м³сут и 530 кг.

Для снижения рудной нагрузки в центральной зоне печи был понижен уровень засыпи с 1,25 до 1,5 м при сохранении практически постоянными остальных параметров режима загрузки (см. таблицу, период Б). Характер распределения рудных нагрузок по кольцевым зонам в сравнении с периодом A изменился в сторону снижения их в центральной зоне печи от 3,96 до 3,83 т/т кокса и увеличения в периферийной и промежуточной зонах от 2,81 до 8,99 т/т кокса и от 2,97 до 3,16 т/т кокса соответственно. При этом несколько снизился периферийный газовый поток, температура периферии снизилась на 35^oC, возросли степень использования оксида углерода до 40,5% и удельная производительность печи до 1,45 т/м³сут, а удельный расход кокса снизился до 510 кг.

В последующем (см. таблицу, период B) в системе загрузки КРРК была заменена на КРРК <2 РККР <3 с целью повысить рудную нагрузку в периферийной и промежуточной зонах и снизить в центральной, а также повышена общая рудная нагрузка от 3,33 до 3,40 т/т кокса.

Характер распределения рудной нагрузки изменился следующим образом: нагрузка в промежуточной зоне возросла до 3,72 т/т кокса, а в центральной снизилась до 3,24 т/т кокса, оставаясь практически неизменной на периферии.

Выбранный с использованием предлагаемого способа контроля распределения шихтовых материалов по сечению доменной печи режим загрузки обеспечил наиболее рациональное распределение шихты по сечению печи, что позволило повысить степень использования оксида углерода до 42,2% снизить температуру периферийных газов от 715-750 до 650^oC, улучшить технико-экономические показатели работы печи, снизив расход кокса до 490 кг/т чугуна и повысив удельную производительность до 1,50 т/м³сут.

Источники информации

1. Типовая технологическая инструкция по доменному производству. ММ СССР НТО Минмета СССР, ИЧМ, Днепропетровск, 1989.

2. Воловик А.В. и др. К вопросу об автоматическом управлении распределения газов по сечению с помощью системы загрузки. Сталь, 1966, N 7, с. 581-584.

3. Мельничук В. Л. и др. Оценка существующих показателей радиального распределения в доменной печи. Металлургическая и горнорудная промышленность, 1976, N 5, с. 4-7.

4. Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. М. Металлургиздат, 1980, с. 305.

5. Райх Е.И. и др. Контроль распределения шихтовых материалов в доменной печи Труды ЛПИ, 1984, N 403, с. 11-17.

6. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. М. Металлургия, 1980, с. 81-85 прототип.

7. Сорокин В.А. Комплексная автоматизация доменных печей. М. Металлургиздат, 1963, 271 с.

8. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л. Энергия, 1978, 262 с.

9. Никитин Г.М. Фиалков Б.С. Газодинамические явления в заплечиках доменных печей //Производство чугуна, Метвуз. Сб./ МГМИ-Свердловск, изд. УПИ, 1987, с. 41-47.