Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением

Практическое значение полученных результатов: Полученные в работе научные  результаты использованы для разработки технологических рекомендаций и  промышленных конструкций новых  многоцелевых дутьевых устройств, обеспечивающих повышение энергосберегающей эффективности  продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления при использовании  в качестве охладителя операции параллельно  с ломом присадок железо- и марганцеворудных материалов. Рабочие чертежи разработанных  и оптимизированных новых конструкций  верхних, донных и боковых многоцелевых фурм для продувки конвертерной ванны  с элементами жидкофазного восстановления, технологические рекомендации по дутьевому  и шлаковому режиму ведения операции переданы к внедрению в конвертерных цехах ОАО "Западно-Сибирский  металлургический комбинат" (г. Новокузнецк).

Личный вклад соискателя; Экспериментальные и теоретические  исследования, вошедшие в диссертационную  работу, выполнены при непосредственном участии автора совместно с сотрудниками Сибирского государственного индустриального университета и ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат". Результаты опубликованы в соавторстве с ними. Обработка данных исследований и обобщение результатов работ проведены автором самостоятельно.

Апробация результатов диссертации; Результаты приведенных в диссертации  исследований были доложены на X Международной  научно-технической конференции "Теория и практика кислородно-конвертерных процессов" (г. Днепропетровск, Украина, 2002 г.), X Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современная  техника и технологии" (г. Томск, 2002 г.), Региональной научной конференции  студентов, аспирантов и молодых  ученых "Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения" (г. Новокузнецк, 2002 г.), II Международной научно-практической конференции "Автоматизированные печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии" (г. Москва, 2002г.).

Публикации; По теме диссертации  опубликовано 13 печатных работ, из них 6 статей - в специализированных научных  журналах, 7 - в материалах и трудах Международных научно-технических  конференций и конгрессов.

Структура и объем работы; Работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников из 235 наименований, приложения и содержит 125 страниц машинописного  текста, 98 рисунков, 14 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность  и признательность научному руководителю работы, профессору кафедры металлургии  стали СибГИУ, доктору технических  наук Е.В. Протопопову, а также сотрудникам  кафедры металлургии стали и  работникам конвертерных цехов ОАО "ЗСМК", оказавшим содействие на различных стадиях выполнения диссертационной  работы.

Заключение: 

5.4 Выводы по главе 5

1. С использованием результатов  обработки данных высокотемпературного  моделирования и литературных  сведений предложена методика  расчета основных конструктивных  параметров наконечников одноконтурных  кислородных фурм с двухрядным  расположением сопел. 

2. Опытно-промышленными кампаниями  плавок на 160-т конвертерах доказана  работоспособность предложенных  конструкций дутьевых устройств  с цельноточен-ными наконечниками  без сварных швов по внешней  чаше, обеспечивающие двухкратное  повышение стойкости (140-145 плавок) в сравнении с используемыми  в цехе сварными головками  фурм (70 плавок). Внедрение разработанных  5-ти сопловых головок позволяет  обеспечить экономию меди на 20% за счет изготовления верхней  чаши головки из обычной углеродистой  стали. 

3. Отработанный дутьевой  и шлаковый режимы ведения  операции с использованием предложенных  конструкций фурм обеспечивают  экономию чугуна на 4,9 кг/т. Выход  жидкой стали увеличился на 0,3%, содержание марганца в металле  на первой повалке, благодаря  реализации жидкофазного восстановления  оксидов марганца из марганцевого  агломерата, возросло на 0,052%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

В процессе выполнения диссертационной  работы, направленной на развитие теоретических  и технологических основ продувки конвертерной ванны с элементами жидкофазного восстановления и разработку рациональных конструкций дутьевых устройств многоцелевого назначения с обеспечением снижения ресурсо- и  энергоемкости конвертерного производства стали, получены следующие основные результаты:

Разработаны и уточнены основные положения высокотемпературного моделирования  продувки конвертерной ванны кислородными струями с подачей углеродсодержащих  порошкообразных материалов и дожиганием отходящих газов. Предложены критерии динамического подобия, позволяющие  с большей достоверностью переносить полученные данные с модели на образец  при различных вариантах верхней, донной и комбинированной продувки. Для получения достоверной информации применительно к разработке новых  конструкций многоцелевых дутьевых устройств и технологических  приемов ведения плавки с их использованием усовершенствованы методики и установки  высокотемпературного моделирования  по установлению структуры и параметров реакционной зоны, гидрогазодинамических  особенностей поведения конвертерной ванны при режимах продувки, в  том числе с подачей порошкообразного угля.

На основе усовершенствованных  установок и методик высокотемпературного моделирования проведен комплекс исследований по установлению структуры и параметров реакционных зон при многоструйном  верхнем и донном дутье, в том  числе с подачей порошкообразных  углеродсодержащих материалов и  независимой регулируемой подачей  на дожигание отходящих газов  дополнительного кислорода по центру и периферии специально формируемых  реакционных зон.

В результате обработки экспериментальных  данных получены количественные зависимости  для определения основных структурных  параметров (глубина, диаметр) реакционных  зон, образуемых при верхнем многоструйном  кислородном и донном топливно-кислородном  дутье и газопорошковой продувке, пригодные для проектирования промышленных образцов двухконтурных и многоконтурных верхних кислородных фурм с подачей  порошкообразного углеродсодержащего материала, многосопловых донных топливно-кислородных  фурм и отработке дутьевых режимов  плавки.

4. Выполнено теоретическое  и экспериментальное обоснование  повышения эффективности комбинированной  продувки с дожиганием конвертерных  газов в полости агрегата посредством  сгорания СО до С02 и Н2 до  Н20 в канальном потоке газов,  покидающих реакционную зону, с  непосредственной передачей тепла  расплаву без воздействия образующегося  высокотемпературного факела на  футеровку. 

5. С использованием высокотемпературного  моделирования установлено, что  с точки зрения обеспечения  спокойного хода комбинированной  продувки и улучшения условий  дожигания отходящих газов в  пределах рабочего пространства  конвертера необходимо донное  топливно-кислородное дутье с  расходом кислорода 3-20% от общего  направлять через 3-4 фурмы, расположенные  симметрично в днище, под основания  кратеров реакционных зон, образованных  верхними кислородными струями.  Обеспечение спокойного хода  комбинированной продувки при  интенсивном подводе дутья снизу  (до 50%) реализуется только в условиях  встречной ориентированной подачи  кислородных струй с организацией  объединенных реакционных зон  при канальном выходе газообразных  потоков на поверхность ванны. 

6. Обработкой экспериментальных  данных получены количественные  зависимости для определения  граничных режимов встречного  взаимодействия кислородных и  топливно-кислородных струй в  объеме расплава, безопасного уровня  вспенивания конвертерной ванны  и высоты всплесков, пригодные  для обоснования дутьевого режима  комбинированной продувки с жидкофазным  восстановлением на промышленных  агрегатах. 

7. В лабораторных условиях  исследованы гидрогазодинамические  особенности поведения конвертерной  ванны при двух вариантах комбинированной  продувки (кислород сверху - нейтральный  газ снизу; кислород сверху - топливно-кислородное  дутье снизу) с жидкофазным  восстановлением железорудного  и марганцеворудного агломератов.  Определены основные параметры  дутья и режимов присадки шлакообра-зующих  материалов, агломератов и угля, способствующие повышению эффективности  жидкофазного восстановления оксидов  железа и марганца.

8. С использованием теоретических  разработок, результатов лабораторных  экспериментов на 250-т конвертерах  комбинированного дутья подтверждена  перспективность предложенного  способа продувки со встречным  взаимодействием струй, обеспечивающего,  благодаря более эффективному  дожиганию отходящих газов, повышение  температуры металла на повалке  на 20-30°С, снижение расхода чугуна  на 9,427,2 кг/т стали и увеличение  количества перерабатываемого лома  на 3,1-5,9 кг/т стали. 

9. С учетом результатов  лабораторных и промышленных  испытаний предложены основные  конструктивные решения конвертерных  агрегатов и многоцелевых дутьевых  устройств для создания новых  ресурсо- и энергосберегающих  комбинированных конвертерных процессов  с жидкофазным восстановлением  железо, марганец и хром-рудных  материалов.

10. На основании данных  высокотемпературного моделирования,  современных технических решений  и разработанной методики применительно  к условиям работы 350-т конвертеров  ОАО "ЗСМК" с элементами жидкофазного  восстановления спроектирована  взрывобезопасная многоконтурная  верхняя фурма для продувки  ванны с подачей порошкообразного  угля.

11. На 160-кг конвертере  подтверждена работоспособность  отработанных в ходе исследований  конструкций донных и боковых  многосопловых топливно-кислородных  фурм, предназначенных для обжига  и разогрева футеровки конвертера, предварительного подогрева лома, сыпучих материалов и дожигания  отходящих газов. 

12. Разработаны промышленные  конструкции многосопловых топливно-кислородных  фурм донного и бокового дутья  применительно к условиям работы 350-т конвертеров ОАО "ЗСМК". Рабочие чертежи фурм предложенных  конструкций переданы ОАО "ЗСМК" для внедрения в ККЦ-2.

13. Применительно к условиям  работы 160-т конвертеров ОАО "ЗСМК" разработаны теплообменные устройства, размещаемые в горловине, обеспечивающие  предварительный подогрев нейтрального  газа с индивидуальным регулируемым  подводом его к фурмам в  днище агрегата.

14. Проведено численное  моделирование тепловой работы  разработанных теплообмен-ных устройств  для предварительного подогрева  нейтрального перемешивающего газа. Показана возможность с использованием  разработанных устройств осуществлять  предварительный подогрев нейтрального газа до температуры 500-550°С в диапазоне расходов 6-16 м3/мин.

15. Рабочие чертежи разработанных  устройств для подогрева нейтрального  перемешивающего газа, схемы, условия  их изготовления и эксплуатации  переданы ОАО "ЗСМК" для внедрения  на 160-т конвертере ККЦ-1 взамен  ранее разработанных. 

16. С использованием теоретических  и лабораторных исследований  разработана и передана к промышленному  внедрению в ККЦ-1 ОАО "ЗСМК" на 160-т конвертерах техническая  документация и изготовлены опытные  образцы 5-ти, 6-ти сопловых кислородных  фурм с одно- и двухрядным расположением  разных по диаметру сопел в  цельноточенной головке без сварных  швов. Проведены опытно-промышленные  кампании. Применение разработанных  конструкций дутьевых устройств  обеспечило 2-х кратное увеличение  стойкости головок кислородных  фурм (146 плавок) по сравнению со  среднестатистическими показателями  стойкости головок в ККЦ №  1 в 2001 г. (72 плавки). Отработан дутьевой  и шлаковый режимы ведения  конвертерной операции с их  использованием.

Список литературы: 

1. Технология производства  стали в современных конвертерных  цехах. / С.В. Колпаков, Р.В. Старов, В.В. Смоктий и др. М.: Машиностроение, 1991. - 464 с. 

2. Югов П.И. Состояние  и перспективы развития конвертерного  производства стали // Труды IV конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1997. -С. 41-45.

3. Баптизманский В.И., Бойченко  Б.М., Черевко В.П. Тепловая работа  кислородных конвертеров. М.: Металлургия, 1988. - 174 с. 

4. Смоктий В.В., Лапицкий  В.В., Белокуров Э.С. Комбинированные  процессы выплавки стали в  конвертерах. Киев: Техшка, 1992. - 163с. 

5. Вишкарев А.Ф. Совершенствование  конвертерного производства стали  за рубежом // Новости черной  металлургии за рубежом. 1995. - №  3. - С. 42-46.

6. Дорофеев Г.А. Состояние  и перспективы развития производства  новых видов металлошихты для  сталеплавильного производства  за рубежом и в России // Трубы  IV Конгресса сталеплавильщиков.  М.: Черметинформация, 1997. - С. 27-31.

7. Noro Katsnhico, Takenchi Mitsugu, Mitukami Yoshimasa / Necessity of scrap reclamation technologies and present conditions of technical development // ISIJ Int. -1997.-V. 37.-№3.-P. 17-31.

8. Федосеев B.C. Прогноз обеспечения  металлоломом сталеплавильного  производства // Труды III Конгресса  сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1996. -С. 27-31.

9. Арсентьев П.П., Яковлев  В.В., Комаров С.В. Конвертерный  процесс с комбинированным дутьем. -М.: Металлургия, 1991. 176 с. 

10. Зайков С.Т., Лившиц С.Л.  Выплавка стали в кислородных  конвертерах. К.: Гостехиздат УССР, 1963.- 182 с. 

11. Перлов Н.И., Квитко М.П.  Прогресс в кислородно-конвертерном  производстве.- М.: Металлургия, 1963. 423 с.