Применение радиолокационных систем измерения поверхности засыпи шихты для контроля и управления доменной плавкой

В.И. БОЛЬШАКОВ, И.Г. МУРАВЬЕВА, Ю.С. СЕМЕНОВ



ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ШИХТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКОЙ




Днепропетровск
Пороги
2013

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование доменной плавки в современных условиях во многом определяется объемом объективной информации о параметрах технологического процесса [1, 2, 3]. Расширить возможности контроля процесса плавки позволяет установка на доменных печах устройств измерения профиля поверхности засыпи [4].

В настоящее время функции профилемеров ограничены контролем поверхности засыпи шихты в доменной печи. Практически отсутствует использование информации профилемеров в автоматизированных системах управления доменной плавкой, что свидетельствует о недостаточном использовании получаемой с их помощью информации для совершенствования технологии доменной плавки. Получаемая ими информация, как правило, служит для адаптации математических моделей распределения шихты на колошнике, которые могут использоваться как в составе экспертных систем управления доменной плавкой, так и вне зависимости от других моделей для оценки программ загрузки.

Ввиду малодоступности для экспериментальной проверки физико-химических процессов восстановления, плавления и других преобразований железорудных материалов, флюсов и горючих углеродсодержащих материалов, протекающих в доменной печи при высоких температурах и давлении, они остаются недостаточно изученными. Управление доменной плавкой базируется на результатах экспериментальных и аналитических исследований процессов доменной плавки, в том числе, с использованием математических моделей. Большинство моделей основано на допущениях, не позволяющих учесть динамику изменения в реальных условиях процессов в доменной печи. Поэтому важное значение для совершенствования технологии доменной плавки имеет разработка способов контроля, прогноза и управления, основанных на объективной информации, в том числе, получаемой профилемерами, позволяющими максимально приблизить ее к автоматизированному управлению [1].

В последние годы реконструируемые доменные печи Украины оснащаются современными системами измерения профиля поверхности засыпи шихты, основанными на методе многоточечного измерения, и использующие радиолокационный способ контроля [5–7]. Эти системы обладают значительными преимуществами по сравнению с горизонтально перемещаемыми зондами (наиболее распространенный до настоящего времени профилемер), т.к. позволяют получить наиболее полную информацию о состоянии поверхности засыпи шихты. Эффективное использование систем измерения профиля поверхности засыпи шихты должно основываться на научно обоснованных технологических требованиях к их установке на печах и получаемой с их помощью информации, для определения и представления которой необходима разработка специальных методов [6, 9, 10].

Как показал опыт исследований, выполненных на ДП №9 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог», на которой установлена первая отечественная стационарная система измерения профиля поверхности засыпи шихты на колошнике, на основе рассчитанных с помощью информации профилемера параметров состояния поверхности засыпи могут быть разработаны методы контроля не только поверхности засыпи, но и технологического процесса в целом.

Эффективность доменной плавки в значительной степени определяется распределением шихтовых материалов на колошнике доменной печи. Для реализации рационального распределения шихты необходимо знание зависимостей формирования поверхности засыпи от изменения параметров распределения материалов и хода печи, скоростей опускания шихты по сечению колошника, формы и положения в печи основных элементов структуры столба шихтовых материалов, определяющих газодинамические процессы в печи [1]. Получаемая с помощью профилемеров информация позволит обеспечить принятие обоснованных управляющих воздействий на ход доменной плавки, которые могут быть реализованы бесконусными загрузочными устройствами, имеющими широкие возможности управления распределением шихты [4, 8, 11–14].

Цель настоящей работы, выполненной сотрудниками Института черной металлургии им. З. И. Некрасова НАН Украины (ИЧМ), заключается в представлении результатов их исследований при освоении и сопровождении работы первой отечественной системы измерения профиля поверхности засыпи шихты, установленной более 10 лет назад на крупнейшей доменной печи Украины – ДП №9 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог». Разработанные методы контроля, прогноза и управления доменной плавкой, основанные на информации стационарной системы измерения профиля поверхности засыпи шихты на колошнике, открывают новое направление использования профилемеров для совершенствования процесса доменной плавки [12, 15–18].

Значительный вклад в становление и развитие этого направления принадлежит научному сотруднику отдела технологического оборудования и систем управления  ИЧМ Станиславу Трофимовичу Шулико, которому авторы глубоко благодарны.

Авторы выражают признательность за сотрудничество при выполнении исследований, изложенных в книге, научным сотрудникам Института черной металлургии НАН Украины – д.т.н., профессору И. Г. Товаровскому, д.т.н., профессору Д. Н. Тогобицкой, к.т.н. Н. А. Гладкову, Ф. М. Шутылеву, Е. И. Шумельчику и Е. А. Белошапка.

Авторы считают своим долгом отметить вклад в освоение первой отечественной системы измерения профиля поверхности засыпи коллег Научно-исследовательского института металлургии и материаловедения – А. А. Дударенко и Д. С. Кукушкина и комбината «АрселорМиттал Кривой Рог» – В. С. Листопадова, Д. В. Пинчука, К. А. Дмитренко и К. А. Стрюкачева.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1
АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПРОФИЛЕМЕРОВ, РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ШИХТЫ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ, А ТАКЖЕ ОПЫТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОФИЛЕМЕРОВ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

1.1 Средства измерения профиля поверхности засыпи шихты в доменной печи
1.2 Анализ опыта использования профилемеров для совершенствования технологии доменной плавки
1.3 Результаты исследований с помощью профилемеров параметров поверхности засыпи шихты на колошнике доменной печи и особенности их представления
1.4 Анализ результатов исследований скоростей опускания шихты на колошнике доменных печей
1.5 Исследование движения шихтовых материалов в шахте доменной печи

ГЛАВА 2
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ О ПАРАМЕТРАХ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ШИХТЫ И ОСОБЕННОСТИ УСТАНОВКИ СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЗАСЫПИ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

2.1 Представление информации о параметрах профиля поверхности засыпи шихты на колошнике доменной печи
2.2 Требования к установке систем измерения профиля поверхности засыпи
2.2.1 Особенности установки систем на колошнике доменной печи, оборудованной бесконусным загрузочным устройством
2.2.2 Особенности установки систем на колошнике доменной печи, оборудованной конусным загрузочным устройством
2.2.3 Особенности определения расстояний до поверхности шихты при выдувке печи
2.2.4 Контроль уровня засыпи шихтовых материалов при загрузке задувочной шихты

ГЛАВА 3
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ШИХТЫ

3.1 Метод определения профиля поверхности засыпи шихты по измеряемым радиусам сечения колошника печи
3.2 Определение углов наклона поверхности шихтовых материалов 3.3 Определение глубины и смещения осевой воронки
3.4 Метод определения формы, высоты слоев выгруженных порций шихты по измеряемым радиусам колошника и их отношений
3.5 Метод определения объема вытесненного кокса при выгрузке на него железосодержащих компонентов шихты с использованием информации о поверхности засыпи
3.6 Метод определения скоростей опускания поверхности шихтовых материалов
3.6.1 Разработка способа определения скоростей опускания шихтовых материалов по радиусу колошника
3.6.2 Обоснование временного интервала расчета скоростей опускания шихтовых материалов
3.7 Изменение параметров поверхности засыпи шихты по окружности печи

ГЛАВА 4
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ШИХТЫ

4.1 Влияние программ загрузки шихтовых материалов и углов наклона лоткового распределителя на формирование профиля поверхности засыпи и скоростей опускания шихты
4.2 Использование информации радиолокационной системы измерения поверхности засыпи шихты для адаптации математических моделей распределения шихты на колошнике доменной печи
4.2.1 Определение углов откоса шихтовых материалов на колошнике доменной печи с помощью радиолокационного профилемера
4.2.2 Исследование формирования поверхности засыпи во время выгрузки порций шихтовых материалов

ГЛАВА 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ШАХТЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

5.1 Исследование изменения скоростей опускания поверхности шихтовых материалов по диаметрам печи от уровня колошника до верхнего горизонта шахты
5.2 Исследование характера опускания шихтовых материалов в доменной печи от верхнего горизонта шахты до распара при ее выдувке
5.3 Исследование характера опускания шихтовых материалов по окружности печи на уровне колошника и верхнего горизонта шахты

ГЛАВА 6
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗА ХОДА ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОФИЛЕМЕРА

6.1 Установление взаимосвязи скоростей опускания шихты с содержанием кремния в чугуне. Разработка метода прогнозирования содержания кремния в чугуне и его последующее усовершенствование
6.2 Метод оценки газодинамического режима плавки с использованием информации радиолокационного профилемера
6.2.1 Способ оценки стабильности опускания шихты на колошнике печи
6.2.2 Оценка взаимосвязи газодинамического режима плавки и коэффициентов нестабильности опускания поверхности шихты на колошнике доменной печи
6.3 Выбор метода оперативной оценки распределения материалов в зонах сечения колошника на основе данных профилемера
6.4 Оценка возможностей управления ходом доменной печи с использованием информации профилемера
6.5 Использование информации профилемера для эффективной загрузки дополнительного кокса при регулировании теплового состояния горна доменной печи

ГЛАВА 7
УПРАВЛЕНИЕ ОКРУЖНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КОЛОШНИКЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОФИЛЕМЕРА

7.1 Приемы управления окружным распределением шихтовых материалов в доменных печах
7.2 Оценка окружного распределения шихтовых материалов в доменной печи радиолокационным профилемером
7.3 Рекомендации по совершенствованию технологических приемов управления окружным распределением материалов в печи
7.4 Разработка приема управления окружным распределением шихтовых материалов на колошнике с использованием показаний системы измерения профиля поверхности засыпи

ГЛАВА 8
РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПЛАСТИЧНОЙ ЗОНЫ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ ПРОФИЛЕМЕРА

8.1 Аналитическое исследование положения пластичной зоны и связи ее параметров с движением поверхности засыпи шихтовых материалов в доменной печи
8.2 Разработка метода определения положения пластичной зоны в доменной печи на основе информации профилемера. Анализ факторной структуры показателей, характеризующих опускание поверхности шихтовых материалов в печи. Сопоставление расчетов формы и положения пластичной зоны с технологическими показателями и параметрами доменной плавки
8.2.1 Метод контроля положения пластичной зоны в доменной печи
8.2.2 Факторный анализ влияния технологических условий на положение пластичной зоны в доменной печи

ГЛАВА 9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ СТАЦИОНАРНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТОЛБА ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

9.1 Разработка и совершенствование математических моделей структурных элементов столба шихтовых материалов в доменной печи
9.1.2 Разработка алгоритма расчета положения слоев шихтовых материалов при их опускании в сухой зоне доменной печи
9.1.3 Исследование влияния распределения шихтовых материалов в печи на формирование нижней границы пластичной зоны
9.1.3.1 Факторы, определяющие форму и положение пластичной зоны
9.1.3.2 Анализ известных методов определения положения пластичной зоны
9.1.3.3 Разработка математической модели определения положения пластичной зоны
9.1.4 Определение геометрических параметров фурменной зоны
9.1.4.1 Функциональные особенности фурменной зоны. Результаты исследований процессов в горне доменной печи
9.1.4.2 Выбор модели расчета геометрических параметров фурменной зоны
9.2 Разработка аналитического метода оценки газодинамического режима доменной плавки
9.2.1 Математическое моделирование газодинамических процессов в сухой зоне печи
9.2.2 Исследования газодинамики пластичной зоны
9.2.2.1 Общие представления о движении газового потока в пластичной зоне
9.2.2.2 Разработка математической модели газодинамики пластичной зоны
9.3 Результаты аналитических исследований с помощью разработанных алгоритмов и математических моделей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ СТАТЬИ

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