Познание процессов и развитие технологии доменной плавки

Познание процессов и развитие технологии доменной плавки

И.Г. ТОВАРОВСКИЙ




ПОЗНАНИЕ ПРОЦЕССОВ И РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ





Днепропетровск
ИЗД-ВО «ЖУРФОНД»
2015

И.Г. ТОВАРОВСКИЙ
Познание процессов и развитие технологии доменной плавки
МОНОГРАФИЯ.
3-е ИЗДАНИЕ, ДОПОЛНЕННОЕ И УТОЧНЕННОЕ
ДНЕПРОПЕТРОВСК, ИЗД-ВО «ЖУРФОНД», 2015 г., 912 с.
91,6 УЧЕТНО-ИЗД. ЛИСТОВ, ФОРМАТ 70х100/16, ТВЕРД. ПЕРЕПЛЕТ.
Рис.295. Табл. 167. Библиогр. 704.
ББК 34.323
УДК 669.162.26
Т 50

Рассмотрен широкий круг вопросов металлургии чугуна в контексте эволюции доменной плавки и её современного состояния. Дается анализ процессов, параметров, показателей плавки и современных достижений доменного производства. Приводятся методические разработки по анализу реального производства, моделированию процессов плавки и прогнозу ожидаемых перспектив.

Эволюционное развитие металлургической технологии, трактуемое иногда как “консерватизм”, приносит столь плодотворные результаты, что с ними не могут конкурировать результаты самых “радикальных” новых технологий. На основе рассмотрения указанной эволюции в части технического развития и познания выполнен анализ процессов в большой системе “доменная плавка” и предпринята попытка дать научное объяснение рассматриваемому феномену с определением дальнейших путей развития металлургии железа.

Настоящая монография базируется на материалах предыдущих монографий при расширении круга рассматриваемых проблем с добавлением выполненных в истекшие годы новых разработок автора по математическому моделированию процессов и аналитическим исследованиям доменной плавки, а также новой технологии доменной плавки с вдуванием продуктов газификации углей и анализу эволюции познания и развитию технологии доменной плавки. Результаты указанных исследований в широком диапазоне значений параметров охватывают все теоретические и технологические проблемы металлургии чугуна и нашли отражение во всех разделах монографии и её названии.

Наряду с использованием новых материалов и разработок автора при формировании содержания данного 3-го выпуска большое внимание уделено переосмыслению материалов предыдущих выпусков и их уточнению для достижения системности изложения материалов. Для достижения этой же цели содержание монографии наполнено материалами различного характера: фактологического, научно-аналитического, справочно-методического, технико-экономического, культурно-исторического и др. На этой основе читатель может осмыслить полученные сведения, проверить аргументацию автора, а при определенном уровне подготовки – делать собственные заключения, включаясь в творческий процесс познания доменной плавки.

Книга предназначена для широкого круга специалистов черной металлургии и смежных с ней областей, а также студентов высших учебных заведений металлургического, экономического и управленческого профилей.

ISBN 978-617-7146-68-0                                         © Товаровский И.Г., 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………. 10
1. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ЭВОЛЮЦИЯ ПОЗНАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ 12
1.1. Общая схема технологии, её предистория, становление и развитие… 12
1.2. Обобщение опыта и начало теоретического осмысления процессов .. 38
1.3. Тепломассообмен
Поступление и усвоение теплоты, тепловые балансы.
Теплообмен в ДП.
Восстановление железа
60
1.4. Механика противотока материалов и газов
Движение материалов
Газомеханика.
Формирование противотока в процессе загрузки шихты.
103
1.5. Генерация энергии и формирование продуктов плавки
Образование и функционирование фурменных очагов.
Изменение фазового состояния шихтовых материалов.
Параметры коксовой насадки, фильтрация и эвакуация продуктов плавки
133
1.6. Развитие расчетных методов анализа  процессов 
Анализ  реальных доменных
Прогноз показателей плавки
Особенности моделирования процессов.
161
2. Показатели доменной плавки………………………………… 167
2.1. Сравнение показателей……………………………………………… 167
2.2. Балансовые методы анализа……………………………………………… 171
2.3. Методические приемы анализа…………………………………………… 182
2.4. Система учета и анализа показателей…………………………………… 204
2.5. Прогноз показателей плавки……………………………………………… 212
3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ НА ПОКАЗАТЕЛИ ПЛАВКИ БАЛАНСОВЫМ МЕТОДОМ 233
3.1. Шихта и продукты плавки (содержание железа, металлизация шихты, расход сырого флюса, характер окускования материалов, состав и свойства кокса и кусковых углей, содержание серы в шихте и чугуне, кремния, марганца, фосфора в чугуне) 233
3.2. Дутьевые добавки: природный, коксовый газ, оксид углерода, водород (холодные и нагретые), мазут, угли. 244
3.3. Обогащение кислородом, увлажнение и нагрев дутья…… 260
3.4. Интенсивность плавки, стабильность параметров, содержание оксида магния в шлаке; размеры агрегатов и количество фурм 269
3.5. Замещение кокса кусковым антрацитом………………………….……
Теоретические и технологические предпосылки
Подготовка и свойства антрацита
Освоение технологии на доменных печах объемом 1719, 2000 и 2700 м3
Освоение технологии на доменной печи объемом 5000 м3
Перспективы использования антрацита и продуктов его обработки
295
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИТИЧЕСКОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ……………
 

319

4.1. Методика исследования и особенности анализа…………………………
Многозонный анализ процессов по высоте и радиусу доменной печи
Модуль загрузки и распределения шихты
Модуль однообразно вычисляемых параметров
Модуль «Геометрия и изобары»
Алгоритм решения задачи многозонного баланса
Характеристика системы и программное обеспечение
Адаптация системы к реальным условиям и особенности анализа  
319
4.2. Распределение материалов и неравномерность процессов………
Влияние распределения материалов при загрузке на процессы в печи      
Выбор рационального распределения РН экспериментально –
аналитическим методом
Параметры зоны размягчения и плавления.
Формирование отдушин и рациональное распределение рудных нагрузок
Аналитическая оценка технологической эффективности применения
бесконусных загрузочных устройств
Прогнозная оценка влияния распределения шихтовых материалов по радиусу  колошника на процессы и показатели доменной плавки
Критерии оценки распределения материалов и газов по радиусу ДП
  359
4.3. Шихтовые параметры…………………………………………
Содержание железа в шихте
Офлюсование шихты
Применение частично металлизованной шихты     
Влияние кинетических характеристик шихты на показатели и процессы
414
4.4. Дутьевые параметры……………………………………………….
Нагрев дутья
Вдувание природного и коксового газов
Вдувание пылеугольного топлива
Обогащение дутья кислородом
Добавление в дутьё азота
451
4.5. Доменная плавка с замещением части кокса………… ….
Закономерности процессов плавки при сокращении расхода кокса
Формирование коксозамещающих режимов на основе
системного параметрического анализа
Анализ альтернативных режимов с максимальным   замещением кокса
514
4.6. Нормативная оценка показателей…………………………………
       Общие положения
Шихтовые параметры
Дутьевые параметры
Организационные факторы
Колеблемость параметров
522
5. ПАРАМЕТРЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЕЙ………...…………… 533
5.1. Оценочные параметры……………………………………………
Использование газов в печи
Комплексные параметры дутья
533
5.2. Тепловой режим плавки и динамика переходных процессов…………
Критерии теплового режима и возможности его регулирования
Математическое описание теплового режима
Изучение переходных процессов
Определение динамических характеристик
по кинетико - математическим моделям
Определение динамических характеристик с применением
статистических методов
Определение динамических характеристик
методами пассивного и активного экспериментов
Динамические характеристики доменной печи
543
5.3. Использование дутьевых добавок ……………………………………
Природный газ
Коксовый газ
Пылеугольное топливо
Контроль расхода дутья о фурмам
Очистка горна от продуктов разрушения кокса
574
5.4. Оптимизация параметров…………………………………………
Оптимизация шихтовых и дутьевых параметров
Рациональная доля окатышей в шихте
Соотношение замены природного газа коксовым газом
Стабилизация теплового баланса комплексом дутьевых и режимных параметров
Оптимизация режима работы группы доменных печей
Распределение кислорода между доменными печами
Дутьевой режим группы доменних печей
Распределение природного и коксового газов между ДП
Распределение железорудного сырья и кокса между доменными печами
Планирование оптимальных путей развития технологии ДП
604
6. Малококсовая технология доменной плавки…… 626
6.1. Предпосылки замены кокса углем………………………………… 626
6.2. Аналитические исследования процессов газификации угля для вдувания продуктов газификации в доменную печь……………………
Параметрическое  исследование  процесса газификации угля
в вихревом реакторе-газификаторе
Изучение особенностей прифурменной газификации угля
638
6.3. Выбор рациональных параметров вдуваемых в доменную печь ГВГ…….. 655
6.4. Аналитическое исследование процессов доменной плавки с вдуванием продуктов газификации угля, генерируемых в прифурменных газификаторах 672
6.5. Аналитическое исследование процессов доменной плавки с вдуванием продуктов газификации угля, генерируемых в отдельных внедоменных газификаторах 689
6.6. Экспериментальные исследования процессов газификации угля и
малококсовой технологии доменной плавки……………………

Газификация угля в вихревых и циклонных аппаратах
Испытание прифурменного реактора-газификатора пылеугольного
топлива в натурных условиях
Моделирование процессов размягчения-плавления железорудных
материалов и дренажа расплава через коксовую насадку
696
6.7. Технические решения по реализации новой технологии………
Конструкция прифурменного реактора-газификатора
Центральный реактор-газификатор
Замена природного газа в ДП продуктами газификации угля
711

 
6.8. Анализ перспектив новой технологии………………………
Топливно-энергетическая оценка
Экономическая эффективность
Экологическая оценка
Преимущества новой технологии
Предельный расход кокса в доменной плавке
733
7. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ БЕСКОКСОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ 741
7.1. Предпосылки и развитие бескоксовой металлургии……………… 741
7.2. Анализ альтернативных технологий………………………………… 761
7.3. Перестройка доменной печи на бескоксовую технологию………
Конструктивные решения
Работа печи
Основные технологические показатели
Системы агрегата
Управление работой печи
Оценка новой технологии
771
7.4. Анализ и изучение процессов бескоксовой технологии……………
Моделирование твердофазного восстановления в шахте
Исследование «сыпучести» агломерата в процессе восстановления
Изучение превращений материалов в шлаковой ванне
Аналитическое исследование процессов и выбор рациональной технологии
786
7.5. Перспективы выплавки металла из неокускованных материалов… 800
8. АЛЬТЕРНАТИВЫ ЭВОЛЮЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ 808
8.1. Системный анализ…………………………………………………… 809
8.2. Феноменологическая характеристика доменной плавки…………
Принципиальные особенности
Неоднородность процессов и выбор режимов доменной плавки
815
8.3. Перспективы дальнейшего познания процессов доменной плавки 825
8.4. Альтернативы развития многофункциональной энерготехнологии 834
Приложение 1. Методика составления балансов железа по агломерации,
окомкованию и производству чугуна……………………………………………
840
Приложение 2. Анализ показателей реальной технологии с учётом невязок балансов……………………………………………                                                       852
Приложение 3. Прогнозная оценка показателей плавки 865
Библиографический список……………………………………………………….. 877

 

НОВОСТИ
Результаты конференции «НАУКА І МЕТАЛУРГІЯ 2017»
18 травня 2017 р. в Інституті чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України проходила І Всеукраїнська...
НАШИ ПУБЛИКАЦИИ
Познание процессов и развитие технологии доменной плавки