Разработка рекомендаций по реконструкции доменной печи ПАО «Надеждинский металлургический завод»
Аннотация
Аннотация
Существующие методики выбора профиля печи являются чисто эмпирическими.
Размеры профиля рассчитываются по методам М. А. Павлова и А. Н. Рамма.
Метод М. А. Павлова. В результате анализа работы до¬менных печей с разными профилями М. А. Павлов установил зависи¬мость между полной высотой, диаметром распара и полезным объемом:
V0 =а H 0 D 2. (3.2)
В этой зависимости а—коэффициент, учитывающий отклонение профиля печи от цилиндрического, величина которого колеблется для печей современного профиля от 0,52 до 0,54. Пользуясь этой зависимостью и задаваясь полезной высотой печи (исходя из прочности кокса, на котором будет работать проектируемая печь), опре¬деляется диаметр распара.
Для определения диаметра горна находится площадь его сечения, которая рассчитывается в зависимости от интенсивности горения:
K = iг Sг , (3.3)
где K – расход кокса в сутки, т; i Г – интенсивность горения на 1 м2 площади горна, т/(м2- сутки); Sг – площадь сечения горна, м2.
Интенсивность горения кокса выбирается в зависимости от суточного расхода кокса (данные М. А. Павлова).
Расход кокса, Интенсивность горения
т/сутки кокса, т/(м2 • сутки)
550—600 19,2
600—800 20,4
800—950 21,6
950—1100 22,8
1100—1250 24,0
>1250 26,4
Для определения суточного расхода необходимо задаться удель¬ным расходом кокса, зависящим от условий плавки. Правильность рассчитанного значения диаметра горна проверяется величиной от-ношения диаметра распара к диаметру горна, которое для современ¬ных доменных печей составляет 1,09—1,14. Диаметр колошника сле¬дует принимать равным 0,67—0,75 диаметра распара.
Высота горна определяется из условия, что на 1 т суточной про-изводительности необходимо 0,09—0,14 м3 объема горна. Высота остальных частей профиля расчетом обычно не определяется, а выби-рается на основании опытных данных. Метод М. А. Павлова не является теоретически обоснованным, он сугубо эмпирический.
Метод А. Н. Рамма. Сопоставив размеры профиля совре¬менных доменных печей, А. Н. Рамм показал, что размеры находятся в степенных зависимостях от величины полезного объема печи. Эти зависимости выражаются формулами:
dr = 0,32Vпол0,45 ; hГ = 0,115Hпол ; (3.4)
D = 0,5Vпол0,40 h3 = 3,0м; (3.5)
dк =0,5 Vпол0,36 hр = 0,08Hпол (3.6)
Hпол = 6,44Vпол0,22; hш =0,69Hпол –3,0 м (3.7)
hк = 0,115Hпол. (3.8)
Метод А. Н. Рамма также сугубо эмпирический, основанный на статистических данных, но математически более строгий.
Эмпирические методы расчета профиля не учитывают качества ших-товых материалов и технологии выплавки чугуна. Между тем и ка¬чество шихтовых материалов, и технология выплавки чугуна опреде¬ляют размеры элементов профиля.
Интенсивность доменной плавки в основном лимитируется газо-динамическими условиями в печи. При увеличении интенсивности плавки повышается перепад давления газа в столбе шихтовых материалов, что приводит к нарушению нормального опускания материалов. Потеря напора газов обусловливается местными сопротивлениями по высоте печи. Потеря напора газов может быть сведена к минимуму, если эффективное сечение столба материалов по всей высоте одинаково. Эффективное сечение определяется как гранулометрическим составом материалов, так и размерами элементов профиля. Однако для такого расчета необходимо знать гранулометрический состав материалов в горне, распаре, в шахте печи и ряд других величин, эксперименталь¬ное определение которых затруднено. Это усложняет использование такого метода в практических целях.
При выполнении данного исследования рассматривались вопросы, связанные с профилем ДП 1 и ДП 3. Размеры основных элементов профиля рассматривались в рамках общей тенденции их изменения при увеличении объема печи.
3.3.1. Сечение распара.
Распар является зоной, где происходят процессы первичного шлакообразования. В этой зоне печи наблюдается наибольшая газодинамическая напряженность, что, во многом, лимитирует производительность доменной печи. Зависимость отношения сечения распара к объему печи приводится на рисунках 3.4 и 3.5.
Рисунок 3.4 – Зависимость отношения сечения распара к объему доменной печи для печей малого объема
Рисунок 3.5 – Зависимость отношения сечения распара к объему доменной печи для печей большого объема
Для доменной печи № 1 отношение сечения распара к объему печи составляет 0,0846, а для доменной печи № 3 – 0,0845. Данные значения близки к значениям для типовых печей. В тоже время, для доменной печи № 5 это отношение составляет 0,0889.
Очевидно, что ДП №5 выпадает из общей закономерности, следовательно, можно предположить, что диаметр распара при реконструкции печи следует увеличить.
3.3.2 Высота печи
Научное обоснование общей тенденции измене6ения высоты печи при увеличении ее объема дано в работах Б.И. Китаева и его последователей. Зависимости отношения высоты к ее объему для печей различного объема приводятся на рисунках 3.6 и 3.7.
Рисунок 3.6 - Зависимость отношения высоты печи к ее объему для печей большого объема
Доменные печи ПАО «Надеждинский металлургический завод» имеют отношение высоты печи к ее объему приблизительно такие же, как и для типовых печей. При этом необходимо иметь в виду, что увеличение высоты печей при реконструкции не может быть реализовано, так как это потребует полной реконструкции цеха.
Рисунок 3.7 – Зависимость отношения высоты печи к ее объему для печей малого объема
3.3.3 Горн печи
Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей приводится на рисунках 3.8 и 3.9.
Рисунок 3.8 – Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей для печей малого и среднего объема
Как для доменных печей малого объема, так и для печей большого объема отношение сечение горна к объему печи по мере увеличения объема сокращается. На доменной печи № 1 ПАО «Надеждинский металлургический завод» это отношение составляет 0,064 м2/м3, что превышает значение как для типовых печей, так и для ДП 3 и 5 завода.
Рисунок 3.9 – Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей для печей большого объема
При расчете высоты и объема горна принимается, что перед выпуском чугуна уровень расплава не должен приближаться к фурмам более чем на 0,5 м. результаты расчета уровня расплава в горне для доменных печей № 1 и № 3 при разном содержании железа в шихте и суточной производительности 600 тонн приводятся в таблице 3.3.
На доменных печах ОАО «ЕВРАЗ НТМК» доля сечения горна, занятого фурменными очагами составляет 70-80 %. При этом достигнута удельная производительность до 3,3 т/м3 сутки.
Таблица 3.3 – Результаты расчета уровня расплава в горне для доменных печей № 1 и № 3 при разном содержании железа в шихте и суточной производительности 600 т
Показатель Содержание железа в шихте, %
52 55 58
1 2 3 4
Объем чугуна на выпуске, м3 7,2 7,2 7,2
Объем шлака полный, м3 9,8 8,1 6,5
Объем продуктов плавки общий , м3 17,0 15,3 13,7
Окончание таблицы 3.3
1 2 3 4
Объем шлака на отработке при диаметре горна 4,6 м, м3 3,5 3,5 3,5
Объем шлака на отработке при диаметре горна 4,0 м, м3 2,6 2,6 2,6
Максимальный объем продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,6 м, м3
13,5
11,8
10,2
Максимальный объем продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,0 м, м3
14,4
12,7
11,1
Максимальная высота продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,6 м, м 1,2 1,07 0,93
Максимальная высота продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,0 м, м 2,1 1,8 1,6
Расстояние от уровня фурм до поверхности расплава при диаметре горна 4,6 м, м 1,3 1,4 1,6
Расстояние от уровня фурм до поверхности расплава при диаметре горна 4,6 м, м 0,42 0,67 0,90
3.3.4 Сечение колошника
Зависимость отношения сечения колошника к объему доменных печей приводится на рисунке 3.6.
Как для доменных печей малого объема, так и для печей большого объема отношение сечение колошника к объему печи по мере увеличения объема сокращается. На доменной печи № 1 ПАО «Надеждинский металлургический завод» это отношение составляет 0,0495 м2/м3, что превышает значение как для типовых печей, так и для ДП 3 и 5 завода (0,0470 и 0,0455).
Рисунок 3.6 – Зависимость отношения сечения колошника к объему доменных печей
(3.9)
При расчете сечения колошника по типовой методике устанавливается взаимосвязь диаметра колошника с объемом печи или диаметром распара. При этом объем коксовой колоши находится из соотношения:
VКП=0,063 ÷ 0,071 .
Для условий ПАО «Надеждинский металлургический завод» объем коксовой колоши составляет 3,0 м3. При таком объеме подачи объем печи должен составлять 179-234 м3. Для доменной печи №1 объем коксовой колоши должен составлять 3,9 м3, а для доменной печи 3 – 3,3 м3.
Вывод: Решения по профилю, принятые при реконструкции доменной печи № 1, увеличению диаметра колошника, распара и горна печи, что в определенной степени не соответствует основным тенденциям развития профиля печей.
Существующие методики выбора профиля печи являются чисто эмпирическими.
Размеры профиля рассчитываются по методам М. А. Павлова и А. Н. Рамма.
Метод М. А. Павлова. В результате анализа работы до¬менных печей с разными профилями М. А. Павлов установил зависи¬мость между полной высотой, диаметром распара и полезным объемом:
V0 =а H 0 D 2. (3.2)
В этой зависимости а—коэффициент, учитывающий отклонение профиля печи от цилиндрического, величина которого колеблется для печей современного профиля от 0,52 до 0,54. Пользуясь этой зависимостью и задаваясь полезной высотой печи (исходя из прочности кокса, на котором будет работать проектируемая печь), опре¬деляется диаметр распара.
Для определения диаметра горна находится площадь его сечения, которая рассчитывается в зависимости от интенсивности горения:
K = iг Sг , (3.3)
где K – расход кокса в сутки, т; i Г – интенсивность горения на 1 м2 площади горна, т/(м2- сутки); Sг – площадь сечения горна, м2.
Интенсивность горения кокса выбирается в зависимости от суточного расхода кокса (данные М. А. Павлова).
Расход кокса, Интенсивность горения
т/сутки кокса, т/(м2 • сутки)
550—600 19,2
600—800 20,4
800—950 21,6
950—1100 22,8
1100—1250 24,0
>1250 26,4
Для определения суточного расхода необходимо задаться удель¬ным расходом кокса, зависящим от условий плавки. Правильность рассчитанного значения диаметра горна проверяется величиной от-ношения диаметра распара к диаметру горна, которое для современ¬ных доменных печей составляет 1,09—1,14. Диаметр колошника сле¬дует принимать равным 0,67—0,75 диаметра распара.
Высота горна определяется из условия, что на 1 т суточной про-изводительности необходимо 0,09—0,14 м3 объема горна. Высота остальных частей профиля расчетом обычно не определяется, а выби-рается на основании опытных данных. Метод М. А. Павлова не является теоретически обоснованным, он сугубо эмпирический.
Метод А. Н. Рамма. Сопоставив размеры профиля совре¬менных доменных печей, А. Н. Рамм показал, что размеры находятся в степенных зависимостях от величины полезного объема печи. Эти зависимости выражаются формулами:
dr = 0,32Vпол0,45 ; hГ = 0,115Hпол ; (3.4)
D = 0,5Vпол0,40 h3 = 3,0м; (3.5)
dк =0,5 Vпол0,36 hр = 0,08Hпол (3.6)
Hпол = 6,44Vпол0,22; hш =0,69Hпол –3,0 м (3.7)
hк = 0,115Hпол. (3.8)
Метод А. Н. Рамма также сугубо эмпирический, основанный на статистических данных, но математически более строгий.
Эмпирические методы расчета профиля не учитывают качества ших-товых материалов и технологии выплавки чугуна. Между тем и ка¬чество шихтовых материалов, и технология выплавки чугуна опреде¬ляют размеры элементов профиля.
Интенсивность доменной плавки в основном лимитируется газо-динамическими условиями в печи. При увеличении интенсивности плавки повышается перепад давления газа в столбе шихтовых материалов, что приводит к нарушению нормального опускания материалов. Потеря напора газов обусловливается местными сопротивлениями по высоте печи. Потеря напора газов может быть сведена к минимуму, если эффективное сечение столба материалов по всей высоте одинаково. Эффективное сечение определяется как гранулометрическим составом материалов, так и размерами элементов профиля. Однако для такого расчета необходимо знать гранулометрический состав материалов в горне, распаре, в шахте печи и ряд других величин, эксперименталь¬ное определение которых затруднено. Это усложняет использование такого метода в практических целях.
При выполнении данного исследования рассматривались вопросы, связанные с профилем ДП 1 и ДП 3. Размеры основных элементов профиля рассматривались в рамках общей тенденции их изменения при увеличении объема печи.
3.3.1. Сечение распара.
Распар является зоной, где происходят процессы первичного шлакообразования. В этой зоне печи наблюдается наибольшая газодинамическая напряженность, что, во многом, лимитирует производительность доменной печи. Зависимость отношения сечения распара к объему печи приводится на рисунках 3.4 и 3.5.
Рисунок 3.4 – Зависимость отношения сечения распара к объему доменной печи для печей малого объема
Рисунок 3.5 – Зависимость отношения сечения распара к объему доменной печи для печей большого объема
Для доменной печи № 1 отношение сечения распара к объему печи составляет 0,0846, а для доменной печи № 3 – 0,0845. Данные значения близки к значениям для типовых печей. В тоже время, для доменной печи № 5 это отношение составляет 0,0889.
Очевидно, что ДП №5 выпадает из общей закономерности, следовательно, можно предположить, что диаметр распара при реконструкции печи следует увеличить.
3.3.2 Высота печи
Научное обоснование общей тенденции измене6ения высоты печи при увеличении ее объема дано в работах Б.И. Китаева и его последователей. Зависимости отношения высоты к ее объему для печей различного объема приводятся на рисунках 3.6 и 3.7.
Рисунок 3.6 - Зависимость отношения высоты печи к ее объему для печей большого объема
Доменные печи ПАО «Надеждинский металлургический завод» имеют отношение высоты печи к ее объему приблизительно такие же, как и для типовых печей. При этом необходимо иметь в виду, что увеличение высоты печей при реконструкции не может быть реализовано, так как это потребует полной реконструкции цеха.
Рисунок 3.7 – Зависимость отношения высоты печи к ее объему для печей малого объема
3.3.3 Горн печи
Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей приводится на рисунках 3.8 и 3.9.
Рисунок 3.8 – Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей для печей малого и среднего объема
Как для доменных печей малого объема, так и для печей большого объема отношение сечение горна к объему печи по мере увеличения объема сокращается. На доменной печи № 1 ПАО «Надеждинский металлургический завод» это отношение составляет 0,064 м2/м3, что превышает значение как для типовых печей, так и для ДП 3 и 5 завода.
Рисунок 3.9 – Зависимость отношения сечения горна к объему доменных печей для печей большого объема
При расчете высоты и объема горна принимается, что перед выпуском чугуна уровень расплава не должен приближаться к фурмам более чем на 0,5 м. результаты расчета уровня расплава в горне для доменных печей № 1 и № 3 при разном содержании железа в шихте и суточной производительности 600 тонн приводятся в таблице 3.3.
На доменных печах ОАО «ЕВРАЗ НТМК» доля сечения горна, занятого фурменными очагами составляет 70-80 %. При этом достигнута удельная производительность до 3,3 т/м3 сутки.
Таблица 3.3 – Результаты расчета уровня расплава в горне для доменных печей № 1 и № 3 при разном содержании железа в шихте и суточной производительности 600 т
Показатель Содержание железа в шихте, %
52 55 58
1 2 3 4
Объем чугуна на выпуске, м3 7,2 7,2 7,2
Объем шлака полный, м3 9,8 8,1 6,5
Объем продуктов плавки общий , м3 17,0 15,3 13,7
Окончание таблицы 3.3
1 2 3 4
Объем шлака на отработке при диаметре горна 4,6 м, м3 3,5 3,5 3,5
Объем шлака на отработке при диаметре горна 4,0 м, м3 2,6 2,6 2,6
Максимальный объем продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,6 м, м3
13,5
11,8
10,2
Максимальный объем продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,0 м, м3
14,4
12,7
11,1
Максимальная высота продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,6 м, м 1,2 1,07 0,93
Максимальная высота продуктов плавки перед выпуском при диаметре горна 4,0 м, м 2,1 1,8 1,6
Расстояние от уровня фурм до поверхности расплава при диаметре горна 4,6 м, м 1,3 1,4 1,6
Расстояние от уровня фурм до поверхности расплава при диаметре горна 4,6 м, м 0,42 0,67 0,90
3.3.4 Сечение колошника
Зависимость отношения сечения колошника к объему доменных печей приводится на рисунке 3.6.
Как для доменных печей малого объема, так и для печей большого объема отношение сечение колошника к объему печи по мере увеличения объема сокращается. На доменной печи № 1 ПАО «Надеждинский металлургический завод» это отношение составляет 0,0495 м2/м3, что превышает значение как для типовых печей, так и для ДП 3 и 5 завода (0,0470 и 0,0455).
Рисунок 3.6 – Зависимость отношения сечения колошника к объему доменных печей
(3.9)
При расчете сечения колошника по типовой методике устанавливается взаимосвязь диаметра колошника с объемом печи или диаметром распара. При этом объем коксовой колоши находится из соотношения:
VКП=0,063 ÷ 0,071 .
Для условий ПАО «Надеждинский металлургический завод» объем коксовой колоши составляет 3,0 м3. При таком объеме подачи объем печи должен составлять 179-234 м3. Для доменной печи №1 объем коксовой колоши должен составлять 3,9 м3, а для доменной печи 3 – 3,3 м3.
Вывод: Решения по профилю, принятые при реконструкции доменной печи № 1, увеличению диаметра колошника, распара и горна печи, что в определенной степени не соответствует основным тенденциям развития профиля печей.