Спосіб контролю розподілу газу в доменній печі

29895 Винахід стосується до галузі чорної металургії, конкретно доменного виробництва і може використовуватись для контролю розподілу газового пото-ку на колошнику доменної печі. Відомі способи контролю газорозподілу [1], в яких швидкість газового потоку визначають із масообмінних характеристик із припущення оберне-но-пропорційної залежності між швидкістю газу і вмістом у ньому двоокису вуглецю. Недоліками цих способів є: 1) можливість і то-чність розрахунку розподілу швидкості на базі обе-рненої пропорційності в цілому залежить від досяг-нутої рівномірності розподілу газу, що відсутня в доменній печі; 2) контроль розподілу двоокису вуг-лецю по радіусу печі виконується періодично (один раз на добу) з допомогою зондів, що вво-дяться в піч під рівнем засипки, що дуже трудоміс-тко і не дозволяє здійснювати постійний контроль. Відомі способи [2], що базуються на викорис-танні радіоактивних ізотопів, інертних і інших газів, але вони відрізняються великою складністю в реа-лізації, не забезпечують достаню вірогідність конт-ролю і тому не знайшли широкого використання в промислових умовах. Способи [3], що базуються на використанні на-порних трубок, дозволяють визначати реальні швидкості газу в шахті доменної печі на базі заміру динамічного напору. Але ці способи ненадійні в си-лу того, що при незначній запиленості потоку ка-нали трубки легко засмічуються, і тому, що вимір швидкості проводиться тільки в одній точці шару матеріалу, а ця величина не є показною для об-меженого об'єму шару. У зв'язку з вищевисловленим відомі способи не забезпечують оперативний і вірогідний конт-роль швидкості газового потоку і не використову-ються на діючих доменних печах. Найбільш близьким до винаходу, що пропону-ється, по технічній суті і результату, що досягаєть-ся, є відомий спосіб [4] (прототип), який включає вимір температури шихти на фіксованих ділянках поверхні засипки за інтервал часу між заванта-женням у піч суміжних порцій шихти, причому ви-мір температури на кожній фіксованій ділянці по-верхні засипки виконується періодично через 10-20 секунд після завантаження чергової порції ших-ти з частотою не менш ніж 0,05 с-1, одержують те-мпературно-часові залежності, за трьома значен-нями температури визначають характеристики га-зового потоку, що пропорційні його приведеній швидкості на відповідних ділянках перерізу коло-шника, за формулою c t -t v i = мі ln 2i 1i , i = 1 2, ..., n, , (1) D tі t 3i - t 2i де vi - величина, пропорційна приведеній швидкос-ті газового потоку на і-й ділянці; t1i, t2i, t3i - значення температури, які вимірянні через рівні інтервали часу за температурно-часовими залежностями і відрізняються не менш ніж на дворазову похибку; Dti - інтервал часу, через який вимірювались значення температур за залежностями для і-ої ділянки поверхні засипки; смі -середня за інтервал часу між завантаження двох суміжних порцій питома теплоємність ших-тових матеріалів на і-й ділянці. До недоліків прототипу можна віднести: 1. При завантаженні порції шихти в шарі мате-ріалів теплообмін проходить в нестаціонарному режимі, а режим, близький до стаціонарного, складається через 1-2 хвилини, тому викорис-тання температурночасових залежностей, одер-жаних через 10-20 секунд, для обчислень за фо-рмулою (1), що відображає стаціонарний тепло-обмін, неправомірне. 2. При отриманні виразу (1) із відомої формули, приведеної в [5], було опущено вільний член, тобто вираз (1) повинен мати вигляд t -t v i = ai + bi ln 2i 1i . t 3i - t 2i де аі, bi - постійні, що залежать від теплофізич-них параметрів, які різняться від ділянки до діля-нки. Тому нехтувати вільним членом неправомі-рно, так як він суттєво змінюється по перерізу ко-лошника. 3. Контроль теплоємності с мі шару матеріалів в темпі з доменним процесом практично неможли-во здійснити, тим більше по перерізу колошника, але її зміни за часом і від ділянки до ділянки мо-жуть бути значними в силу, наприклад, розподілу матеріалів за фракційним складом. Тому похибка обчислення за формулою (1) може бути знач-ною, що призведе до перекручення результатів обчислення разподілу газу в доменній печі. Перелічені недоліки прототипу не дозволяють реалізувати неперевний і достовірний контроль газорозподілу в доменній печі, що не дає можливості оперативно регулювати хід печі з метою усунення аномальних явищ і ефективного використання енергії пічних газів. Спосіб, що пропонується, за п. 1 включає: - періодичний вимір температури шихти на фік-сованих ділянках поверхі засипки в інтервал часу між завантаженням в піч суміжних порцій шихти; - одержання температурно-часових залежно-стей; - визначення із трьох значень температури ха-рактеристик газового потока, що пропорційні йо-го приведеній швидкості на відповідних ділянках перерізу колошника; - періодичний вимір температури на кожній ді-лянці поверхні засипки через 1-2 хвилини після завантаження чергової порції шихти з частотою 0,1 с-1; - додаткове вимірювання загального виходу ко-лошникового газу і середньої швидкості сходу шихтових матеріалів; - визначення теплоємності газового потоку на відповідній ділянці колошника за формулою 29895 Wгі = Wмср 1 - (1 - m) ln zі / ln z cp , i = 1 2,..., n , , (2) де Wгi=cг rг vгі - теплоємність газового потоку на і-й ділянці перерізу колошника, і=1, 2, ..., n, Вт/°С´м2; vгі швидкість газу на і-й ділянці, і=1, 2, ..., n, м/сек; Wмср=cм rм vмср - середня теплоєм-ність потоку шихти, Вт/°С´м2; vмср - середня шви-дкість сходу шихтових матеріалів, м/сек; см, сг – теплоємність матеріалу та газу, Дж/°С´кг; rм, rг – насипна вага матеріалу та питома вага газу, кг/м3; m=Wмср/Wгcp - відношення середніх значень теплоємностей потоків матеріалу та газу, без-розмірна величина; W гcp=cг rг Qкг/S середня теп-лоємність газового потоку, Вт/°С´м2; Qкг - вихід колошникового газу, м3/сек; S - площа колошни-ка, м2 ; zi=(t3i-t2i)/(t2i-t1i), zc=(t3cp-t2cp)/(t2cp-t1cp); t1i, t2i, t3i - значення температури, виміряні через рівні інтервали часу на і-й ділянці поверхні засипки, і=1, 2, ..., n, °С; t1cp, t2cp, t3cp - середні значення температури поверхні, отримані із значень t1i, t2i, t3i, °С; n - кількість фіксованих ділянок поверхні. За п. 2 додатково: - вимірюють швидкість сходу шихти на фіксо-ваних ділянках поверхні засипки; - теплоємність газового потоку на відповідних ділянках перерізу колошника визначають за фор-мулою Wмі Wгі = , i = 1 2,..., n , , 1 - (1 - m) ln z і / ln z cp де W мi=cм rм vмi - теплоємність потоку шихти на і-й фіксованій ділянці поверхні засипки, і=1, 2, ..., n, Вт/°С´м2; vмі - швидкість сходу шихти на і-й ді-лянці поверхні, і=1, 2, ..., n, м/сек. Задача, що вирішується у винаході – достовір-ний, оперативний та точний контроль розподілу га-зового потоку на колошнику доменної печі. Технічний результат винаходу - покращення використання енергії пічних газів, що призводить до підвищення продуктивності та зниження витрат коксу на виробництво чавуну. Вираз (2) отримано за умов, що в шарі знов завантажених шихтових матеріалів через 1-2 хви-лини встановлюється режим, близький до стаціо-нарного, що підтверджується дослідами на мате-матичних моделях та на діючих доменних печах. Відомо, що за умов стаціонарного режиму [5]: Q= t0 - tм t0 - tн = exp((- a v / c мr нас )(1 - Wм / Wг )t ) - (Wм / Wг ) exp((- a v / c мr нас )(1 - Wм / Wг )(Н 0 / р )) 1 - (Wм / Wг ) exp((- a v / c м r нас )(1 - Wм / Wг )(Н 0 / р )) . Звідки, exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )t 2 ) - exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )t1 ) t - t м1 Q м2 - Q м1 = м2 = = t м3 - t м2 exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / W г )t 3 ) - exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )t 2 ) Q м3 - Q м2 = exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )t 2 ) (1 - exp((- a v / c м r нас )(1 - Wм / Wг )(t 2 - t 1 )) ; exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )t 3 ) (1 - exp((- a v / c м r нас ) (1 - Wм / Wг )(t 3 - t 2 )) Потім, z= t м2 - t м1 = exp((- a v / c мrнас )(1 - Wм / Wг )(t 2 - t 3 )), t м3 - t м2 ln z = a v / c мrнас (1 - Wм / Wг )Dt, 1 - Wм / Wг = с мrнас / (a v Dt ) ln z, Wм / Wг = 1 - с мrнас / (a v Dt ) ln z, Wг = Wм . 1 - с мrнас / (a v D t )ln z Таким чином, для і-ї зони: Wгі = Wм , 1 - а ln z i і в середньому по всіх температурах: Wгср = Wмср 1 - а ln zcp . Потім, a= 1 - Wмср / Wгср ln zcp . В результаті отримаємо: Wмср Wгі = (2) 1 - 1 - Wмср / Wгср ln zi / ln z cp Спосіб реалізується так. На колошнику домен-ної печі в інтервали часу між заванженням суміж-них порцій через 1-2 хвилини після завантаження чергової порції вимірюють температуру поверхні засипки, вихід колошникового газу або виконують його обчислення із витрат дуття за балансом азоту в ( ) 29895 колошниковому газі, а також швидкість шихти механічними рівнемірами або виконують її обчис-лення за темпом завантаження шихти. На основі даних про хіманалізи та склад колошникового газу обчислюють теплофізичні характеристики матері-алів та газу. В подальшому, використовуючи тем-пературно-часові залежності, обчислюють тепло-ємності газового потоку за формулою (2) для кож-ної виділеної ділянки поверхні засипки. Запропонована схема дій за способом, що пропонується, обгрунтовується таким чином. Із ви-воду виразу (2) випливає, що затримка 1-2 хвили-ни після завантаження чергової порції (подачі) до початку виміру встановлена на основі того, що за цей час, згідно дослідам авторів на математичній моделі та на діючих доменних печах, в протиточ-ному шарі встановлюється режим, який приблизно можна рахувати стаціонарним, і це дає можливість застосовувати вираз (2), як показано раніше, для визначення теплоємності газового потоку на ділян-ках поверхні засипки. Це дозволяє також уникнути негативного впливу пилу, що виноситься в почат-кові моменти після завантаження з поверхні засип-ки. Частота вимірів температури поверхні засипки не менш ніж 0,1 с-1 дозволяє отримати в період між вивантаженням порцій шихти, який може скла-дати 2-7 хвилин, достовірні температурно-часові залежності для вибору трьох вірогідних вимірів температури. Реалізація запропонованого способу дозво-лить неперервно контролювати газорозподіл в до-менній печі, та, як наслідок, виявляти порушення в ході процесу, своєчасно виключити продуви та ка-нали в стовпі шихти, підвищити ефективність ви-користання теплової енергії газів на нагрів матері-алів та хімічної енергії газів на відновлення окислів за рахунок перерозподілу рудного навантаження у відповідності з інтенсивністю газового потоку, що контролюється. Цей спосіб може бути впровадже-ний на діючих печах, обладнаних системами без-контактного виміру температури, наприклад, сис-темами "Спіротерм" (в Россії на ДП-5 AT "Север-сталь", в Україні на ДП-9 МК "Криворіжсталь"), Geomet-800 (в Росії на ДП-3 АК "Тулачермет"), те-пловізорами російських виробників (в Росії на ДП-2 ЗСМК), Запропонований спосіб реалізовано в пакеті програм, призначеному для функціювання в складі АСУ ТП доменних печей, виконаних на різних тех-нічних та системних базах. Як приклад конкретної реалізації способу пропонуються результати робо-ти комплексу програм, що реалізують спосіб, в складі АСУ ДП-3 АК "Тулачермет" (м. Тула, Росія), обладнанної системою Geomet-800 (див. фіг.). Па-кет програм функціонує на комп'ютері, що керує роботою всієї системи Geomet-800, у системі Windows 3.1. Практична реалізація запропонованого спосо-бу в системах автоматичного регулювання завантаженням шихти на колошнику доменної печі дасть можливість ефективно керувати доменним процесом, стабилізувати його хід, оптимізувати використання хімічної та теплової енергії газів, іде-нтифікувати порушення нормальної течії процесу та ліквідувати їх. Зокрема, своєчасно виявляти і лі-квідувати продуви і канали під час ходу печі, що дозволить уникнути зв'язаних з ними втрат продук-тивності та перевитрат коксу. Це дозволить підви-щити продуктивність на 0,5% і знизити витрати ко-ксу на 1% [6]. Джерела інформації 1. Аеров М.Е., Умнік Н.Н. - ЖПХ, 1950, № 10, с. 1109-1117. 2. Бялий Л.А., Шур А.В. - "Сталь", 1959, № 2, с. 14-47. 3. Бабарикін Н.Н. - "Сталь", 1959, № 2, с. 101-105. 4. Авторське свідотство СРСР № 1201314, кл. С21В7/24, 1985. 5. Кітаєв Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Л. Теплообмін в доменній печі. М., "Металургія", 1966, с. 30, 27. 6. Довідник майстра доменщика. Остоу-хов М.Я., Шпарбер Л.Я., М., "Металургія", 1977, с. 301-302. 29895 Фіг.