close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Внесен Комитетом по сертификации НП ЋАВОКЛ.;pdf

код для вставкиСкачать
h a n g e Vi
e
w
N
y
bu
to
.d o
Наука
Лялюк В.П. /д.т.н./, Иоськов А.М.,
Листопадов В.С., Колесник А.А.,
Оторвин П.И. /к.т.н./, Мирошниченко О.Н.
ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог»
Товаровский И.Г. /д.т.н./
ИЧМ НАН Украины
Тараканов А.К. /д.т.н./
НМетАУ
Важный этап в развитии доменного производства
(к 50-летию ввода в эксплуатацию первой
доменной печи объемом 2000 м3)
Приведена история развития доменного производства на комбинате «Криворожсталь»,
связанная с вводом в действие доменной печи объемом 2000 м3. Библиогр.: 8 назв.
Ключевые слова: доменная печь, технология доменной плавки, совершенствование
конструкции
The history of blast-furnace practice development at Integrated Iron & Steel Works "Krivorozhstal" in view
of the start-up of blast furnace with capacity 2000 m3 is shown.
Keywords: blast furnace, blast-furnace process, design development
Начиная с XIV века, под влиянием роста потребности в металле и стремления сократить затраты на
его производство непрерывно совершенствовались
технология доменной плавки и конструкции доменных печей. Основными направлениями совершенствования были: увеличение мощности воздуходувных средств, нагрев дутья, переход от угля к коксу,
подготовка железорудных материалов, укрупнение
агрегатов и модернизация оборудования, применение
комбинированного дутья и повышение давления газов в печи, механизация и автоматизация производства, разработка и реализация новых методов управления технологией и оборудованием.
Научные работники, проектировщики и технологи-производственники бывшего СССР были в
авангарде развития доменного производства. Это позволило впервые в мире реализовать многие достижения технологии доменной плавки и совершенствования конструкции доменных печей.
Одним из важнейших этапов этого процесса было
сооружение и ввод в эксплуатацию впервые в мире
трех современных доменных печей полезным объемом 2000 м3 на Криворожском металлургическом заводе последовательно в 1960-1962 гг. [1, 2], первой из которых была доменная печь (ДП) № 5 (декабрь 1960 г.).
Проблема увеличения объема доменных печей
имеет давнюю историю. Длительное время считалось, что строить доменные печи с диаметром горна более 4 м нельзя из-за того, что при его увеличении горновые газы не будут достигать центра печи, и
там обязательно образуется столб из кокса, пропитанного вязким шлаком – так называемый «тотерман».
Требования максимальной активизации горна доменных печей рождали идеи применения эллиптического
и овального профиля печи. Предлагалось даже строить доменные печи с кольцевым горном [3].
Ученые Советского Союза первыми опровергли
это заблуждение и разработали теоретические предпосылки возможности увеличения объема доменных
печей. Этому способствовали исследования, выполненные основателем советской школы доменщиков
академиком М.А. Павловым, академиками И.А. Бардиным и З.И. Некрасовым, профессорами А.Н. Раммом, А.Д. Готлибом и др.
Созданный в 1926 г. в Ленинграде Государственный институт по проектированию металлургических
заводов (Гипромез), приступил к разработке проектов новых заводов, в частности Магнитогорского,
Кузнецкого и Криворожского. В 1929 г. был разработан проект доменной печи объемом 930 м3, а в 1937 г.
– типовой проект доменной печи объемом 1300 м3,
которая в те годы была крупнейшей в мире. В 1944 г.
Гипромез был переведен в Москву, а в ряде городов
страны, в том числе и в Днепропетровске, были созданы его филиалы. К 1950 г. были разработаны технические проекты типовых ДП объемом 1033, 1386,
1513 м3. Проект печи объемом 1719 м3 с воздушным
охлаждением лещади был закончен в 1957 г., а в 1959 г.
проектировщики приступили к созданию рабочих
чертежей ДП объемом 2000 м3, пуск которой был намечен на 1960 г. на Криворожском металлургическом
заводе «Криворожсталь». Этот завод с некоторых пор
стал полигоном для строительства и освоения самых
мощных доменных печей Европы и мира:
– в 1938 г. задута крупнейшая на то время в Европе ДП № 3 объемом 1300 м3;
– в 1958 г. пущена в эксплуатацию ДП № 4 объемом 1719 м3;
– в 1960 г. введена в эксплуатацию ДП № 5 объемом 2000 м3, оснащенная конвейерной подачей железосодержащих материалов к скиповому подъемнику, грохотами для отсева мелких фракций и новым
укрупнённым двухконусным загрузочным устройством;
– в 1961 и в 1962 гг. пущены ДП № 6 и 7 (по 2000 м3);
– в 1967 г. задута крупнейшая в мире ДП № 8 объемом 2700 м3, оснащенная двумя летками и двумя
литейными дворами, испарительным охлаждением
© Лялюк В.П., Иоськов А.М., Листопадов В.С., Колесник А.А., Оторвин П.И., Мирошниченко О.Н., Товаровский И.Г., Тараканов А.К., 2011 г.
8
I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2011  3
m
w
.c
УДК 338:669.162
o
m
c u -tr a c k
C
lic
k
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
XC
er
O
W
F-
w
PD
h a n g e Vi
e
!
XC
er
PD
F-
c u -tr a c k
.c
h a n g e Vi
e
N
y
bu
k
lic
.c
шахты и установкой припечной грануляции шлака;
– в 1974 г. осуществлен пуск крупнейшей в мире
ДП № 9 объемом 5000 м3, принципиально отличавшейся рядом новых технических решений от ранее
строившихся печей.
В проект ДП объемом 2000 м3 были заложены новые на тот период технические и технологические решения [4]:
– вдувание в фурмы природного газа в сочетании
с повышением температуры дутья до 1200 °С и увеличением содержания кислорода в дутье до 30-35 %;
– стабилизация влажности дутья на уровне максимальной среднемесячной влажности атмосферы или
осушение дутья при высокой влажности атмосферного воздуха;
– стабилизация избыточного давления газа на колошнике на уровне 150-180 кПа в соответствии с характеристиками новых воздуходувок Невского завода;
– применение офлюсованного агломерата или окатышей с целью исключения известняка из доменной
шихты, раздельная загрузка агломерата двух фракций
с удалением мелочи менее 5 мм путем отсева, сортировка и загрузка в доменные печи кокса двух фракций
с отсевом мелочи менее 25-40 мм (сортировку агломерата и кокса предлагалось осуществлять на агломерационных фабриках и в коксовых цехах);
– ввод в эксплуатацию 140-т чугуновозных ковшей.
Проектом Гипромеза были также обоснованы:
профили печей, величина колошникового зазора, системы загрузки, масса коксовой колоши, рудная нагрузка и уровни засыпи на колошнике печей, число фурм и их диаметр, конструктивные особенности кладки печей, конструкции и число воздухонагревателей, конструкции пылеуловителей, конструктивные решения конвейерной шихтоподачи вместо
вагон-весов, конструкции литейного двора, система
уборки чугуна и шлака, вопросы механизации и автоматизации, условия труда и эффективность работы
доменных печей увеличенного объема.
Приступили к строительству ДП объемом 2000 м3
(№ 5) на Криворожском металлургическом заводе
2 января 1960 г. Темпы сооружения домны были очень
высокими. Большую роль сыграла новая строительная техника и продуманная организация труда. Время монтажных работ было сокращено за счет того,
что большинство металлоконструкций укрупняли на
специальных площадках и уже в собранном виде поднимали и устанавливали на домну. За сооружением
печи внимательно следили, контролировали качество
работ и помогали строителям начальник доменного
цеха А.В. Загреба, начальник технического отдела завода П.Г. Нетребко, зам. начальника цеха по технологии Г.Б. Рабинович, мастера Борис Боклан, Федор Демидов, Карп Чибисов, старшие газовщики Николай
Герасимов, Степан Богдан, старший мастер Н.П. Ровенский, старшие горновые М.А. Галка, Н.Я. Монастырный, И.И. Белозуб, Н.Х. Донец и др. [5].
Задувка ДП № 5 была выполнена 2 декабря 1960 г.
бригадой мастера Б.В. Боклана, который в последу-
.d o
ющем защитил диссертацию, стал доцентом и дека- c u -t r a
ном Криворожского вечернего факультета Днепропетровского металлургического института (факультет был создан в 1962 г. для подготовки инженеровметаллургов для завода «Криворожсталь»). Первый
выпуск чугуна из печи произвел старший горновой
Н.Х. Донец. Председателем государственной приемочной комиссии был известный доменщик А.Н. Чечуро – в тот период начальник доменного цеха Днепровского металлургического завода им. Дзержинского.
В целях изучения особенностей доменной плавки на печи № 5 было запроектировано и смонтировано специальное исследовательское оборудование, а
большие доменные печи металлургического Криворожского завода стали основной базой исследований
и совершенствования технологии доменной плавки
для работников инженерных служб завода совместно с сотрудниками ИЧМ, ДМетИ и других научноисследовательских организаций.
Перед задувкой доменной печи сотрудники ИЧМ
под руководством академика З.И. Некрасова исследовали распределение материалов на колошнике с замером глубины воронки, толщины слоев железорудных материалов и кокса. Было установлено, что железорудные материалы полностью покрывают поверхность засыпи на колошнике. Рудная нагрузка на
печи увеличивается от оси к периферии. При этом в
центральную часть попадает больше крупных кусков
агломерата, а мелочь ложится на периферию [1, 2].
Изучение состава и температуры газов по сечению горна подтвердило возможность нормального газораспределения в нижней части печи. Глубина
окислительной области по оси фурм при увеличенном расходе природного газа возросла за счет паров
воды, образующихся при первичном горении природного газа, хотя кислородная и углекислотная зоны в
очаге горения сократились. Исследование процессов
восстановления оксидов железа в шахте печи и анализ извлеченных с различных горизонтов печи шихтовых материалов свидетельствовали об отсутствии
каких-либо нарушений в развитии процессов плавки [2]. Эти и другие результаты исследования работы
ДП № 5 показали рациональность дальнейшего увеличения поперечных размеров профиля доменных
печей. В то же время специальные замеры показали,
что уже через 9,5 мес. после задувки печи в нижней
половине шахты и распаре кладка практически отсутствовала, т.е. обеспечение стойкости кладки и оборудования печей оставалось важной задачей [1].
В период задувки ДП № 5 имели место неполадки в работе шихтоподачи и большие простои. Загружаемая шихта значительно отличалась от заданной
по расчету. В следующий период главными помехами были плохое состояние чугунной летки, задержки
выпусков продуктов плавки и организационные причины. Преодоление этих трудностей и осмысление
накопленного опыта было предпосылкой для последующего более успешного запуска ДП №№ 6, 7. Раздувка каждой последующей печи происходила более
I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2011  3
9
m
o
w
o
c u -tr a c k
C
m
C
lic
k
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
w
w
.d o
w
w
w
w
to
to
bu
y
N
O
W
!
XC
er
O
W
F-
w
PD
h a n g e Vi
e
!
XC
er
PD
F-
ck
.c
h a n g e Vi
e
w
N
y
bu
to
.c
10
.d o
ки доменных печей. Все три доменных печи объе- c u -t r a
мом 2000 м3 задували при избыточном давлении 5060 кПа и температуре дутья 650-700 °С. Через 2-3 ч
давление снижали до 30 кПа и удерживали на этом
уровне до получения устойчивого схода шихты. Затем постепенно увеличивали расход дутья и его давление. Первый чугун получали через 25-28 ч после
задувки.
ДП №№ 5-7 работали на дутье естественной
влажности, нагретом до 1100-1150 °С при избыточном давлении 130-150 кПа и расходе природного газа
100-110 м3/т чугуна. При работе на 100 % офлюсованного агломерата и с учетом указанных изменений параметров процесса общий перепад давления составлял 140-150 кПа. При этом верхний перепад давления был 20-30 кПа и был очень чувствителен к изменениям гранулометрического состава сырья и распределения материалов на колошнике. Эти же факторы
определяли температуру периферийного газового потока. При нормальном распределении газа по радиусу печи температура периферийного газа составляла
750-800 °С. При усилении периферийного потока газов эта температура поднималась выше 800 °С, а при
чрезмерной загрузке периферии рудной сыпью опускалась до 700-750 °С.
Параметры работы ДП №№ 5-7 объемом 2000 м3
позволяли при ровном сходе шихты получать высокую их производительность. Коэффициент использования полезного объема печей удалось снизить до
0,58-0,56 м3·сут./т при содержании железа в железорудной части шихты 51-52 % и концентрации кислорода в дутье 23 %.
Большое внимание инженерные службы завода
и технологи доменного цеха уделяли совершенствованию физико-механических свойств загружаемой
шихты и параметров загрузки её на колошник.
После пуска системы отсева мелочи (-5 мм) перед загрузкой в скипы были выполнены работы по её
отладке и увеличению эффективности отсева, после
чего определено влияние удаления мелочи из агломерата на показатели плавки. Оно оценено величиной
прироста производительности печи 1 % на каждый
1 % выведенной мелочи -5 мм [1].
Большая работа выполнена на заводе в части выбора рациональных параметров загрузки шихты на
колошник. Параметры, первоначально установленные на ДП № 5, были перенесены на ДП №№ 6, 7, однако со временем они оказались недостаточно эффективными. В частности, при загрузке на уровень засыпи 2,0-2,25 м обнаружена слабая чувствительность
газораспределения к изменению порядка загрузки и
величины подачи. В результате выполнения серии
экспериментов на ДП №№ 5-7 установлена необходимость повышения уровня засыпи до 1,75-1,5 м, которое способствовало повышению мобильности управления газовым потоком, с последующим уточнением порядка загрузки и величины подачи. В результате добились увеличения производительности печей и
степени использования газов [1].
На ДП № 5 в конце 1963 г. начали осваивать ре-
I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2011  3
m
w
успешно, чем предыдущей, а составы чугуна и шлака
получали практически сразу близкими к расчетным.
После задувки ДП № 5 были опробованы несколько режимов загрузки. Наиболее удачными оказались следующие параметры загрузки: система загрузки ААКК¯ при уровне засыпи 2 м и величине
рудной сыпи в подаче 24 т. С этими параметрами ДП
№ 5 работала длительный период времени.
Освоение режима работы печи осуществлялось путем установления рациональных параметров
температурно-дутьевого режима и величины коксовой колоши, ввода и подбора рационального расхода
природного газа, увеличения доли агломерата в шихте и величины рудной нагрузки на кокс. В результате совершенствования параметров плавки удельный
расход кокса в отдельные периоды понижался до
480-490 кг/т чугуна, а производительность печи была
2900-3450 т/сут., что превосходило наивысшую в то
время выплавку чугуна за рубежом, и это – в условиях сложностей на начальном этапе освоения нового
оборудования шихтоподачи доменной печи.
После ввода в эксплуатацию всех трех печей
объемом 2000 м3 был выполнен комплекс научноисследовательских работ, большой вклад в который
внесли работники инженерных служб завода: начальник доменной лаборатории ЦЗЛ Р.Д. Каменев (впоследствии к.т.н., доцент Криворожского вечернего
факультета ДМетИ), руководитель исследовательской группы И.Г. Товаровский (в настоящее время
профессор, д.т.н., ИЧМ НАНУ), инж. В.И. Бондаренко (впоследствии зам. директора завода, к.т.н.) и др.
Сложившаяся на заводе творческая атмосфера способствовала привлечению к научной деятельности
многих технологов-доменщиков, из которых в разное
время 4 стали докторами наук, профессорами и 17 –
кандидатами наук.
Основными направлениями совершенствования технологии были улучшение металлургических
характеристик загружаемого агломерата и кокса, в
том числе повышение содержания железа и степени офлюсования агломерата, отсев мелких фракций,
увеличение температуры дутья (совместно с ДМетИ),
расходов природного газа и кислорода (совместно с
ИЧМ) [2], изыскание рациональных и эффективных
параметров загрузки шихтовых материалов, совершенствование методов управления процессами плавки, в том числе разработка автоматизированной системы регулирования теплового режима и хода плавки (совместно с ДМетИ) [6], а также совершенствование оборудования шихтоподачи и загрузки печей (совместно с ИЧМ).
При этом работниками ЦЗЛ осуществлялся непрерывный мониторинг хода процессов плавки в доменных печах на основе анализа показателей по разработанным на заводе методикам, многие из которых положены в основу системы анализа и обобщения опыта работы доменных печей отрасли, созданной позднее в ИЧМ [7].
По мере накопления и осмысления опыта осуществляли совершенствование технологии задув-
o
m
c u -tr a c k
C
lic
k
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
XC
er
O
W
F-
w
PD
h a n g e Vi
e
!
XC
er
PD
F-
ck
.c
h a n g e Vi
e
N
y
bu
k
lic
.c
жим работы с применением кислородного дутья. В
течение 1964-1965 гг. печь работала с концентрацией кислорода в дутье 24-25 %. В то время кислород
периодически применяли и на других печах цеха. Начиная с 1966 г., его стали применять систематически
на всех больших доменных печах, что позволило выявить некоторые особенности технологии доменной
плавки на обогащенном кислородом дутье. В первую
очередь это относится к дутьевому режиму. Подбирались оптимальные соотношения «природный газ–
кислород». Опыт работы на комбинированном дутье
показал, что условия ровной и стабильной работы доменной печи сохраняются в определенном интервале
изменения соотношения расходов природного газа и
кислорода. Было подтверждено, что доменные печи
большого объема успешно работают при значениях
теоретической температуры от 1800 до 2100 °С. Непременным условием, однако, является постоянство
этой температуры и соотношения «природный газ–
кислород» во времени. Последнее недостаточно четко понимали в первый период освоения нового режима доменной плавки, однако осмыслили и реализовали позднее, что позволило в дальнейшем (в 1967 г.
и позднее) провести опытные плавки (совместно с
ИЧМ) и освоить работу больших доменных печей на
комбинированном дутье высоких параметров [2].
В ходе освоения технологии доменной плавки
на доменных печах объемом 2000 м3 решали также
фундаментальную проблему использования агломерата из концентратов глубокого обогащения криворожских кварцитов с содержанием железа в концентратах 64-65 %. Опытная плавка проведена совместно с ИЧМ под руководством академика З.И. Некрасова [8]. По результатам плавки повышение содержания
железа в железорудной части шихты на 4 % обусловило увеличение производительности на 9,8 % и снижение расхода кокса на 5,7 %. Заданное качество чугуна обеспечивалось при уменьшенном выходе шлака
за счет увеличения его основности и содержания магнезии. Необходимая прочность и кусковатость опытного агломерата обеспечивалась при содержании в
нем 8-12 % FeО. Гранулометрический состав агломерата определял необходимость корректировки режима загрузки для обеспечения подгрузки периферии и
разгрузки оси печи. Результаты опытной плавки явились основанием для перевода всех ГОКов Кривбасса
на производство концентратов с содержанием железа
65 % и более. Уже в 1975 году доля богатого концентрата в аглошихте аглофабрик составляла 75,3 %.
Результаты освоения работы ДП №№ 5-7 полезным объемом 2000 м3 Криворожского металлургического завода обобщены в монографии, стали достоянием широкой технической общественности и ис-
.d o
пользовались при создании и освоении новых агре- c u -t r a
гатов.
По мнению многих поколений металлургов, работавших и работающих на доменных печах объемом
2000 м3, проект этой печи был одним из наиболее
удачных. Профиль печи с расширенными поперечными размерами и параметры загрузочного устройства
обеспечивают требуемое распределение материалов
и газового потока с высокой степенью использования
его тепловой и химической энергии. Процессы в печи
легко поддаются регулировке и «сверху», и «снизу».
В настоящее время ДП № 5 и № 7 в первом доменном цехе предприятия ОАО «АрселорМиттал Кривой
Рог» находятся в строю действующих, хотя на печи
№ 5 требуется ремонт шахты с восстановлением ее
охлаждения и футеровки. ДП № 6 находится на капитальном ремонте первого разряда.
Библиографический список
1. Товаровский И.Г., Каменев Р.Д., Рабинович Г.Б.
Доменная плавка в мощных печах. – М.: Металлургия, 1968. – 116 с.
2. Освоение работы доменной печи объемом
2000 м3 с применением обогащенного кислородом
дутья и природного газа / З.И. Некрасов, В.Л. Покрышкин, П.Г. Нетребко и др. // Интенсификация
доменного процесса. Научн. тр. ИЧМ. – 1968. – Т.
ХХХII. – С. 13-33.
3. Сорокин В.А. Строительство и оборудование современных доменных цехов. Часть первая.
– Свердловск-Москва: Объединенное научнотехническое издательство, 1937. – 312с.
4. Леонидов Н.К. Технологические и конструктивные решения по намеченным к строительству
в 1960-1965 гг. доменным печам и проекты доменных печей объемом 2000 и 2700 м3 // Бюллетень
ЦИИН ЧМ. – 1959. – № 22. – С. 1-14.
5. Криворожский металл / Под ред.й А.А. Жилко
и И.З. Марковского. – Днепропетровск: Проминь,
1964. – 299 с.
6. Опыт внедрения системы автоматического регулирования теплового режима доменной плавки
/ А.Д. Готлиб, А.А. Гиммельфарб, А.К. Тараканов
и др. // Металлург. и горноруд. пром-сть. – 1967. –
№ 1. – С. 14-16.
7. Товаровский И.Г., Лялюк В.П. Эволюция доменной плавки. – Днепропетровск: Пороги, 2001.
– 424 с.
8. Освоение технологии производства и плавки
агломерата из концентрата глубокого обогащения
/ З.И. Некрасов, В.Л. Покрышкин, А.Г. Ульянов и
др. // Сталь. – 1970. – № 3. – С. 202-207.
I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2011  3
Поступила 15.03.2011
11
m
o
w
o
c u -tr a c k
C
m
C
lic
k
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
w
w
.d o
w
w
w
w
to
to
bu
y
N
O
W
!
XC
er
O
W
F-
w
PD
h a n g e Vi
e
!
XC
er
PD
F-
ck
.c
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа