Анотація до роботи:

Кузнєцов О.М. Підвищення ефективності доменної плавки за рахунок оптимізації процесу і використання пиловугільного палива. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 «Металургія чорних металів». – Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2006.

Дисертацію присвячено дослідженню, вдосконаленню і підвищенню ефективності технології доменної плавки із застосуванням комбінованого дуття.

Для підвищення ефективності використання додаткових видів палива в технологічних умовах ВАТ «ЄМЗ»:

розроблено й освоєно систему оптимізації технології;

упроваджено у виробництво нові методи та прилади для поліпшення оперативного технологічного контролю, підвищення стабілізації й оптимізації технології;

розроблено і впроваджено технологію промивання горна періодичним змінюванням витрат природного газу;

розроблено спосіб підготовки коксу до плавки шляхом висіву з металургійного коксу дрібняку – 32-36 мм, і + 80 мм, дроблення фракції +80 мм, висіву з відсіву та використання в плавці коксового горішка (15-40 мм);

обґрунтовано і розраховано для технологічних умов ДП № 5 ВАТ «ЄМЗ» технологію доменної плавки зі вдуванням у горно ПГ і 100-120 кг/т чавуну пиловугільного палива, виготовленого з вугілля марок «Т» і «АС».

Основні пропозиції дисертації впроваджені в доменному цеху ВАТ «ЄМЗ».

У дисертації вирішено важливе науково-технічне завдання щодо вдосконалення технології доменної плавки при застосуванні комбінованого дуття за рахунок оптимізації процесу і використання пиловугільного палива, що дозволяє підвищити частку заміни коксу додатковими паливами до 23,8-36,6 %, знизити собівартість чавуну і підвищити продуктивність доменної печі.

Основні наукові положення і результати полягають у наступному:

1. Установлено, що оптимальне значення часу контакту вюститу і оксиду вуглецю, мінімальне значення показника прямого відновлення вюститу і близька до рівноважного ступінь використання відновлюваного потенціалу горнових газів (для реакції FeО+CO) досягаються при виході відновлюваних газів 750-800 м³/т чавуну. Показано, що перевищення цього рівня виходу відновлюваного газу, зокрема, за рахунок збільшення витрати ПГ, супроводжується зниженням ступеню використання газу, величини коефіцієнта заміни коксу ПГ і ефективності застосування останнього. Викладені розуміння і отримані результати створюють передумови для оптимізації в конкретних технологічних умовах витрати ПГ, виходу відновлюваного газу і процесу відновлення вюститу.

2. Встановлена кількісна залежність маси затримуваного коксовою насадкою розплаву від ступеня її «засміченості». Показано, що початкова стадія «засміченості» (до 5 % від маси коксу) незначно впливає на величину залишку шлаку. При подальшому збільшенні «засміченості» швидкість зростання залишку в насадці значно збільшується.

3. Розроблено програму (написану в базі даних Microsoft Access і засновану на статистичному дослідженні й обробці первинної інформації), що дозволяє уточнювати оптимальні значення параметрів при застосуванні комбінованого дуття. Зближення фактичних значень основних технологічних параметрів з оптимальними забезпечує зниження витрати коксу і підвищення продуктивності печі на 2-5 %.

4. Розроблено і вперше в промисловому масштабі впроваджено на доменних печах ВАТ «ЄМЗ» технологію промивання горна шляхом періодичного скорочення на 50-80 % витрати ПГ під час випуску чавуну з ДП. При цьому в фурмах над чавунними льотками ПГ закривають цілком. Показано, що при використанні зазначеного заходу інтенсифікуються процеси окислення в горні вуглецю коксового дрібняку, графіту та сажі, що забезпечує збереження і відновлення дренажної здатності горна. Фактичний економічний ефект склал 583,5 тис. грн. (період квітень 2002 - березень 2003 г).

5. Розроблені й освоєні пропозиції, які дозволили підвищити ступінь стабілізації й оптимізації технології доменної плавки при роботі на комбінованому дутті

спосіб і пристрій контролю газорозподілу по радіусу колошника з використанням радіальних термозондів;

повітряні фурми, які відрізняються від раніше відомих тим, що ПГ подається через 2 патрубки назустріч потоку гарячого дуття, забезпечуючи їхнє краще перемішування. Це дозволило знизити витрату коксу на 1,2- 3,4 %;

спосіб підготовки коксу до плавки, що включає відсів з металургійного коксу фракцій – 32-36 мм і +80 мм, дроблення фракції +80 мм, висів з відсіву і введення у піч коксового горішка.

6. На підставі виконаних розрахунків та аналізу вітчизняного і світового досвіду вперше запропоновані визначальні комплексні параметри, граничними значеннями яких є: рудне навантаження – 5,8 т/т коксу; вихід шлаку – 1000 кг/т коксу; вихід горнового газу – 5000 м³/т коксу; находження дрібняку 5-0 мм із залізорудною шихтою – 250 кг/т коксу; швидкість газу в розпарі – 20 м/с. Ці комплексні параметри дозволяють забезпечити оцінку можливості реалізації розрахункових технологічних режимів із застосування ПВП.

7. Відповідно до реальних можливостей ВАТ «ЄМЗ» і доменного цеху з урахуванням проектних даних ДП № 5 для забезпечення повної і комплексної компенсації при вдуванні у горно на 1 т чавуну 60-240 кг ПВП запропоновано

підвищити частку окатишів у шихті до 70-80 % і основність агломерату до 1,6-2;

знизити вміст дрібняку 5-0 мм в окатишах до 2 та агломераті до 8 %;

освоїти і впровадити сучасну схему підготовки коксу до плавки;

підвищити температуру дуття до 1200 ⁰С і вміст в ньому кисню до 28 %, скоротити або вивести з складу дуття ПГ;

підвищити рівень оптимізації і стабілізації технологічного режиму шляхом використання рухливих плит і термозондів на колошнику, периферійних термопар, систематичного дослідження первинної інформації тощо.

8. Розрахунковим шляхом для умов доменної печі № 5 ВАТ «ЄМЗ» оцінені оптимальні варіанти технології з вдуванням у горно ПГ+ПВП+О₂. Показано, що вдування у горно на 1 т чавуну 120 кг ПВП з вугілля марки «Т» і 100 кг із вугілля марки «АС» при реалізації комплексу компенсувальних заходів забезпечить зниження витрати коксу на 118,7-119,3 кг (23,8 %), ПГ – на 40-51,6 м³ (43,9-56,6 %), собівартості чавуну – на 73,5-75 грн., приріст продуктивності – на 10,2-11,3 %. Режими технології доменної плавки з вдуванням на 1 т чавуну 160 і 180 кг ПВП з вугілля марок «Т» і «АС+Г» є більш ефективними, проте можуть бути реалізовані за умов відповідного посилення компенсувальних заходів. Таким чином, застосування ПВП в сполученні із запропонованим комплексом компенсувальних заходів дозволить у технологічних умовах ВАТ «ЄМЗ» підвищити частку заміни коксу додатковими паливами до 23,8-36,6 %, тобто поліпшити цей коефіцієнт в 1,9-2,6 рази порівняно з вдуванням у горно ПГ+ПВП.

Публікації автора:

1. Повышение эффективности использования природного газа в доменной плавке /С.Л. Ярошевский, С.В. Момот, А.М. Кузнецов, А.В. Кузин. – Донецк: Новый мир, 2002. – 46 с.

2. Ярошевский С.Л., Кузнецов А.М., Афанасьева З.К. Резервы эффективности комбинированного дутья в доменных цехах Украины. - Донецк: Норд компьютер, 2006. – 31 с.

3. Кузнецов А.М., Товаровский И.Г. Большаков В.И. Использование восстановительной способности газов и развитие прямого восстановления железа в ходе совершенствования параметров доменной плавки // Металл и литье Украины. – 2004. – № 11. – С. 6-9.

4. Исследование эффективности использования природного газа и кислорода в доменных печах ОАО «ЕМЗ» / С.Л. Ярошевский, С.В. Момот, А.М. Кузнецов, В.И. Цуканов, В.П. Падалка, А.В. Кузин// Металлург. – 2003. – № 8. – С. 38-40.

5. Перспективные режимы доменной плавки с применением пылеугольного топлива для технологических условий доменных цехов Украины / С.Л. Ярошевский, А.И. Ковалев, А.М. Кузнецов, А.И. Красавцев, А.В. Кузин// Збірник наукових праць Донецького державного технічного університету. Серія: Металургія. Випуск 31 – Донецьк: ДонДТУ, 2001. – С. 33-43.

6. Оптимизация химического состава шлака – один из важнейших компонентов современного технического уровня доменной технологии / С.Л. Ярошевский, А.И. Бабич, С.Ю. Никишин, А.М. Кузнецов, А.В. Кузин // Збірник наукових праць Донецького національного технічного університету. Серія: Металургія. Випуск 66 – Донецьк: ДонНТУ, 2003. – С. 8-16.

7. Технология промывки горна изменением расхода природного газа / Л.Ф. Литвинов, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, И.Г. Товаровский, С.Л. Ярошевский // Металл и литье Украины. – 2003. – № 9-10. – С. 45-47.

8. Эффективность использования кокса фракции менее 40 мм в доменной плавке/ С.Л. Ярошевский, В.А. Ноздрачев, А.П. Чеботарев, В.А. Руденко, С.А. Фещенко, А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Н.С. Хлапонин, А.В. Кузин // Металлург. – 2000. – № 12. – С. 32-35.

9. Деклараційний патент України 60650 А, МКИ С 21В3/00. Спосіб профілактики завалювання горна доменної печі /Л.Ф. Литвинов, І.Г. Товаровський, С.Л. Ярошевський, О.М. Кузнєцов, В.П.Падалка. – Заявл. 23.01.03 № 2003010616. – Опубл. Бюл. № 10 Від 15.10.03.

10. Патент на винахід України 45087, МКИ С 21В5/00. Спосіб завантаження доменної печі / С.Л. Ярошевський, В.І. Ковальов, Ю.В. Оробцев, М.С. Хлапонін, А.П. Чеботарьов, В.О. Руденко, С.О. Фещенко, О.М. Кузнєцов, В.П. Падалка, А.В. Кузін. – Заявл. 03.05.01 № 2001053016. – Опубл. бюл. № 7 от 15.07.2004.

11. Исследование и оптимизация технологии доменной плавки / А.М. Кузнецов, В.П. Падалка, Г.Н. Сидоренко, З.К.Афанасьева, А.В.Кузин // Труды международной научно-технической конференции «Теория и практика производства чугуна». – Кривой Рог, 24-27 мая, 2004 г. – Кривой Рог: КГГМК «Криворожсталь», 2004 – С. 378-381.

Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві роботах: [1] – виконано технологічний аналіз результатів статистичного дослідження дворічного масиву роботи ДП № 4 і № 1 в 2000-2002 рр.; [2] – виконано розрахунок мінімальної кількості відновлюваного газу для відновлення вюститу; [3] – запропоновано приклади, характерні для доменної практики різних років із витратою коксу від 450 до 950 кг/т чавуну для дослідження особливостей процесу відновлення вюститу; [4] – виконано технологічний аналіз результатів статистичної обробки масиву даних по ДП № 4 при зміненні витрати ПГ від 50 до 180; [5] – виконано технологічний та економічний аналіз результатів роботи доменних печей ВАТ «ЄМЗ» із використанням як основне паливо, нарівні зі скіповим коксом, коксового горішка; [6] – обґрунтовано критерії оптимальності шлакового режиму плавки при роботі доменної печі з високим (5-8 кг/т чавуну) надходженням сірки із шихтою; [7] – запропоновано й експериментально підтверджено схему змінення витрати ПГ під час випуску чавуну з метою підтримки високої дренажної здатності горна; [8] – організовано та проведено дослідження якості коксу й коксового горішка, виконано аналіз роботи ДП на ВАТ «ЄМЗ» з використанням коксового горішка; [9] – обґрунтовано та експериментально підтверджено інтервальність і величину зниження витрати ПГ для профілактики завалювання горна; [10] – обґрунтовано спосіб уведення коксового горішка в шихту ДП, що забезпечує його змішування із залізорудною шихтою; [11] – обґрунтовано основні контрольовані й статистичні розрахувальні параметри та взаємозв'язки для характеристики й оптимізації технологічного режиму.