Харченко Е.О., Сидоров М.В., Сибагатуллина М.И., Миникаев С.Р.,

Кузнецов Д.М.

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Зависимость коэффициента равномерности выхода шихтовых материалов в колошниковое пространство от последовательности их расположения в бункере БЗУ

Равномерное распределение компонентов шихты по окружности колошника доменной печи и оптимальное по радиусу обеспечивает снижение градиента температур по периферии, повышение степени использования газового потока, вследствие чего уменьшение температур в газоотводах. Это может позволять вести плавку с повышенным перепадом давления газов [1]. Его рост на каждые 10 кПа в условиях ровного схода шихтовых материалов обеспечивает снижение удельного расхода кокса на 8 кг/т чугуна и повышение производительности печи более чем на 2 % [2]. Однако, на печах, оснащенных компактным бесконусным загрузочным устройством (БЗУ) лоткового типа возникают сложности в обеспечении равномерного окружного распределения материалов [3,4]. Это связано с многокомпонентностью используемой шихты.

На равномерность поступления материалов в колошниковое пространство печи в значительной степени влияет расположение компонентов шихты в бункере БЗУ относительно друг друга. Для выявления рационального режима загрузки шихты в доменную печь провели серию опытов на физической модели однотрактового компактного загрузочного устройства лоткового типа, изготовленной в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам БЗУ доменных печей № 2, 4, 6 ОАО “ММК” [5, 6].

Исследовали влияние расположения добавочных материалов в слое агломерата и доли окатышей от железорудной части шихты на коэффициент равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ в колошниковое пространство печи. Его рассчитали по следующей формуле:

, (1)

где σ_i – среднеквадратическое отклонение по массе i-тых порций компонентов шихты, поступающих из бункера;

КШ_ср – среднее значение поступающих из бункера порций шихты, по массе.

В исследовании применили полный двухфакторный план эксперимента [7], при варьировании на трех уровнях.

Для математического описания выходного параметра от указанных факторов выбрано уравнение:

,(2)

где x_1, x₂ – факторы, влияния которых на параметр исследуются;

b – коэффициенты уравнения регрессии.

В процессе эксперимента в бункер БЗУ загружали агломерат, окатыши, марганцевую руду и коксовый орешек. Количества руды и топливной добавки в бункере модели БЗУ были постоянными и соответствовали их расходу 200 и 100 кг/подачу. Располагали их под агломератом, в среднем его слое и над ним. Окатыши при этом находились сверху, а добавки размещали в последовательности убывания их объемной доли снизу вверх бункера. Варьируя долю окатышей в интервале от 10 до 50 %, оставляя неизменным общее количество загружаемых в бункер материалов, производили их выпуск в колошниковое пространство печи. По ходу выпуска отбирали пробы и отделяли материалы друг от друга. Определяли долю каждого материала по мере их истечения и затем по формуле (1) рассчитывали коэффициент равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ.

В ходе эксперимента было соблюдено равенство критерия Ньютона для реальной печи (Ne_ДП) и модели (Ne_M):

, (3)

где М_п – масса, поступающей шихты из бункера БЗУ, кг;

L – расстояние, на которое перемещаются материалы, м;

– время, за которое происходит перемещение на расстояние L, с;

F – сила тяжести материала, H.

Каждый эксперимент дублировали, после чего находили дисперсию каждого опыта. Затем по критерию Кохрена определяли однородность данного ряда дисперсий.

Обработкой экспериментальных данных определены коэффициенты уравнения (2), значимость которых оценили по критерию Стьюдента.

Коэффициент равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ для проведенных экспериментов описывается следующим полиномом:

(4)

где А – доля агломерата, располагающаяся под окатышами в шихтовом бункере БЗУ, %;

ОК – доля окатышей от железорудной части шихты, %;

В полученном уравнении все факторы представлены в кодированной форме и изменяются от -1 до 1. Зависимости коэффициента равномерности от исследованных факторов приведены на рис. 1, 2.

Наиболее высокую равномерность обеспечивала загрузка: на дно шихтового бункера 69 % агломерата, затем коксового орешка и марганцевой руды, далее загрузка оставшегося 29 % агломерата, после чего окатышей в количестве 30 % от железорудной части шихты (рис. 1).

При увеличении доли окатыше до 50 % для обеспечения наиболее высокого коэффициента равномерности целесообразно было увеличить долю агломерата, располагающегося под добавками до 71 % и наоборот при снижении их доли до 30 % количество агломерата в нижней части бункера необходимо было уменьшить до 64 % (рис. 1).

Рис.1. Зависимость равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ от доли агломерата, располагающегося под добавками, при доле окатышей от железорудной части шихты 10 % (), 30 % () и 50 % () по массе

При расположении добавок над слоем агломерата, под окатышами увеличение их доли влияло на коэффициент равномерности компонентов шихты (К_кш) экстремально. С долей окатышей равной 10 % (90 % агломерата) коэффициент равномерности всех материалов составил 0,28, при этом у агломерата он был равен 0,92, у окатышей – 0,35, у руды – (-0,09), у коксового орешка – (-0,06). Уменьшение доли агломерата в шихте до 70 % (доля окатышей 30 %) способствовало снижению равномерности его поступления до 0,80. При этом коэффициент равномерности остальных материалов увеличился. Его величина составила 0,38 у окатышей, 0,03 у руд и 0,31 у топливной добавки. В результате средний коэффициент равномерности вырос до 0,38 (рис. 2).

Дальнейшее увеличение доли окатышей до 50 % приводило к снижению коэффициента равномерности выхода из бункера агломерата до 0,50 и коксового орешка до 0,04 и увеличению окатышей и руд до 0,48 и 0,2 соответственно. Однако это повышение не обеспечило рост среднего коэффициента, который понизился до 0,31 (рис. 2). Аналогичное распределение шихтовых материалов наблюдали при размещении добавок в среднем слое агломерата.

Рис.2. Зависимость равномерности поступления компонентов шихты из бункера БЗУ от доли окатышей в железорудной части шихты при расположении добавок слое агломерата (), под ним (),

на нем ()

Согласно рис. 2 расположение добавок в нижней части бункера обеспечивало крайне неравномерное их распределение в колошниковом пространстве. Их коэффициент равномерности распределения составил меньше (-1). Поэтому такой режим может быть актуальным в случае точечной загрузки добавочных материалов.

Выводы:

Проведением планированного эксперимента на физической модели однотрактового компактного загрузочного устройства, изготовленного в масштабе 1:5 по отношению к линейным размерам БЗУ доменных печей № 2, 4, и 6 ОАО “ММК”, установлено влияние расположения добавочных материалов в слое агломерата и доли окатышей от железорудной части шихты на коэффициент равномерности их выхода из бункера БЗУ. Наиболее высокую его величину обеспечивала загрузка: на дно шихтового бункера 69 % агломерата, затем коксового орешка и марганцевой руды, далее загрузка оставшегося 29 % агломерата, после чего окатышей в количестве 30 % от железорудной части шихты.

Библиографический список

1. А.В. Чевычелов, М.Н. Евстафьев, В.А. Бегинюк, С.К. Сибагатуллин, Е.О. Теплых, А.С. Харченко. Влияние последовательности набора материала в бункер компактного БЗУ на эффективность работы доменной печи. Черные металлы. Специальный выпуск 2012. С. 43-45.

2. Н.М. Крюков, В.С. Новиков, С.К. Сибагатуллин и др. Работа доменной печи с повышенным перепадом давления газа. Производство чугуна. Свердловск: УПИ, 1978 C. 79-84.

3. Пыхтеева К.Б., Загайнов С.А., Тлеугабулов Б.С., Филиппов В.В., Журавлев Д.Л., Николаев Ф.П. Анализ особенностей формирования порций и истечения материалов из бункера БЗУ при загрузке шихты // Сталь. 2008. № 6. С. 14-19.

4. А.С. Харченко, С.К. Сибагатуллин, Е.О. Теплых, Гущин Д.Н. Влияние различных факторов на равномерность распределения коксового орешка в колошниковом пространстве доменной печи, оснащенной БЗУ лоткового типа. Межрегиональный сборник научных трудов. Теория и технология металлургического производства № 10. Магнитогорск, 2010. С. 33-38 .

5. А.С. Харченко, С.К. Сибагатуллин, Н.П. Сысоев. Поступление коксового орешка совместно с агломератом и окатышами из шихтового бункера БЗУ в колошниковое пространство доменной печи. Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 8. С 18-19.

6. С.К. Сибагатуллин, А.С Харченко, С.И. Гаврюшкин, А.В. Чевычелов Истечение материалов из шихтового бункера лоткового загрузочного устройства доменной печи по видам крупности. Межрегиональный сборник научных трудов. Теория и технология металлургического производства № 9. Магнитогорск, 2009. С. 21-25.

7. Спирин Н.А. Лавров В.В. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента. Конспект лекций. Екатеринбург ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2004 – 257.