Спосіб контролю ходу доменної печі

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії. Спосіб контролю ходу доменної печі полягає в тому, що як параметр оцінки змін у тепловій роботі та "розладу" печі використовують сумарні теплові втрати в системі охолодження, при цьому розраховують витрату коксу на покриття теплових втрат, при збільшенні/зменшенні величини зовнішніх теплових втрат протягом однієї години та більш ніж у межах 8 годин на 1 МВт і більше, формують попереджуючий сигнал про розігрів/похолодання, "розлади" у тепловій роботі печі, використовують інформацію про розподіл поля температур (термограма) за показниками стаціонарних термопар у футерівці, тілі холодильників і кожусі печі, при цьому витрата коксу на покриття теплових втрат визначають за відповідною залежністю. UA 104228 C2 (12) UA 104228 C2 UA 104228 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до доменного виробництва й може бути використаним при виплавці чавуну в доменній печі. Відомий спосіб [1], у якому на підставі експериментальних даних запропонована формула для розрахунку в математичній моделі доменного процесу для прогнозування технікоекономічних показників плавки в різних умовах експлуатації. Ця характеристика дозволяє враховувати вплив на питомі теплові втрати розмірів печі й характеру газорозподілу. Питома витрата коксу, розрахована по математичній моделі, змінюється зі зміною об'єму доменної печі пропорційно зміні втрат тепла. Недоліком відомого способу є те, що запропонована формула вимагає вказівки характеру газорозподілу (центральний/периферійний); коефіцієнтів, що враховують особливості системи охолодження, зони когезії відносно заплечиків, не дозволяючи оперативно оцінити "розлади" в роботі печі. Крім того, цей спосіб може давати істотне викривлення загальної картини про раціональність вибраного режиму плавки, тому що базується на часткових змінах величини теплових втрат в окремих зонах печі й вимагає введення вихідних даних, оперативний контроль яких відсутній. Відомий спосіб керування роботою доменної печі [2], що включає завантаження шихти, визначення величини теплового потоку на основі контролю перепаду температури й витрати охолоджувача на холодильниках заплечиках, підтримання цієї величини в заданих межах 10-15 2 тис. ккал/м ·год., контроль і зміну перепаду тиску "гаряче дуття - колошниковий газ". При відхиленні величини теплового потоку на холодильниках заплечиках від заданої межі 2 (наприклад 12,5 тис. ккал/м тод) більш ніж на ±10 % виконують коректування перепаду тисків "гаряче дуття - колошниковий газ" відповідно знаку відхилення на 0,05-0,15 атм до досягнення величиною теплового потоку значення в діапазоні 0,9…1,1 від заданого. Відхилення величини теплового потоку визначають на основі контролю перепаду температури й витрат охолоджувача на холодильниках заплечиках. Недоліком відомого способу є відсутність інформації про величину, сумарних теплових втрат у системі охолодження печі. Це не дозволяє судити про раціональність вибраного режиму роботи печі з погляду перевитрат коксу на покриття зовнішніх теплових втрат, не відображує зміни в тепловому стані печі в цілому, а тільки по її зонах. Розглянутий режим відносно стабільний, однак відхилення теплового потоку убік високих значень близько до критичного значення, що може спричинити за собою вихід з ладу холодильників. Однак, зазначені границі теплового потоку, як показує численний дослідний та експериментальний матеріал ІЧМ НАНУ [3], можуть значно відхилятися на практиці у два й більше рази. Відомий також спосіб [4], що включає циклічне завантаження шихтових матеріалів, у тому числі гарнісажоутворюючого матеріалу, введення його в периферійну зону печі, контроль теплових навантажень на холодильниках шахти. При наближенні теплових навантажень до встановленої припустимої величини або перевищенні її введення гарнісажоутворюючого матеріалу здійснюється в кожну подачу. До недоліків відомого способу належать: 1. Теплові навантаження шахти закладені як такі, що мають рівномірний характер розподілу, однак, як показують дані термографічного аналізу [5] у процесі експлуатації температура на одному горизонті у різних точках може зазнавати зміни, що не знайшло свого відображення. 2. Зміна режиму завантаження, якості шихти, параметрів і складу дуття, підтримка в певному діапазоні на заданому рівні величини теплових втрат для певних зон печі затримує об'єм виробництва й не дозволяє об'єктивно оцінювати втрати коксу на покриття зовнішніх теплових втрат. 3. Даний спосіб сприяє подовженню міжремонтного періоду печі, але не забезпечує попередження "розладу" її ходу й оперативного керування при сході гарнісажу й збільшенні теплових навантажень на шахту. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається способом, що заявляється, є відомий спосіб [6], який полягає в тому, що як параметр оцінки змін у тепловій роботі й "розладу" печі використовуються сумарні теплові втрати в системі охолодження. Зокрема, нижнє значення втрат визначається тривалою зупинкою печі, а верхнє - при гарячому ході печі й нестійкому гарнісажі. При різкому зростанні втрат тепла відзначено похолодання в районі фурм, поява в зоні фурмених вогнищ непідготовлених матеріалів, шлаку на фурмах. До недоліків найближчого аналога належить відсутність обліку витрат коксу на покриття зовнішніх теплових втрат і їх вплив на процес. Відзначений тільки окремий випадок використання теплових втрат для контролю сходу гарнісажу й теплового стану печі за вмістом кремнію в чавуні. Не наведені кількісні характеристики зв'язку теплового режиму й втрат тепла в 1 UA 104228 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 системі охолодження, а також відсутня комплексна оцінка аналізу теплового стану печі за результатами вимірювань. В основу запропонованого винаходу поставлена технічна задача створення способу контролю теплової роботи доменної печі, що забезпечує: - облік величини зовнішніх теплових втрат й витрат коксу на їхнє покриття при плануванні норм витрат коксу; - оцінку ефективності тепло- та газодинамічного режиму при зміні характеристик дуття, тиску на колошнику, програми завантаження печі; - пошук раціонального режиму й виявлення умов розладу ходу печі. Вирішується поставлена задача за рахунок того, що як параметр оцінки змін у тепловій роботі й "розладу" печі використовують сумарні теплові втрати в системі охолодження, розраховують витрати коксу на покриття теплових втрат, при збільшенні/зменшенні величини зовнішніх теплових втрат протягом однієї години й більше в межах 8-ми годин на 1 МВт і більш, визначають загальний попереджуючий сигнал про розігрів/похолодання, "розлад" у тепловій роботі печі, використовують інформацію про розподіл поля температур (термограма) за показниками стаціонарних термопар у футерівці, у тілі холодильників і кожусі печі, при цьому витрати коксу на покриття зовнішніх теплових втрат визначають за формулою [5]: Qпрп 1 К пт   Qр  с к   Р , (1) н де: Кпт - витрата коксу на покриття теплових втрат, кг/т чав;  - коефіцієнт використання р теплоти палива; Qн - повна теплота згоряння вуглецю коксу, кДж/кг; с к - вміст вуглецю в Q сухому коксі, прп - зовнішні теплові втрати, МВт; Р - продуктивність печі, що визначається за кількістю чавуну на випусках або за кількістю залізорудної сировини, що завантажується в піч, т чав/рік. Для виявлення характеру змін у тепловій роботі печі використовують наступні теплоенергетичні характеристики: тепловий дефіцит (ΔJ), теплова потужність (М), коефіцієнт використання теплоти палива - КВТ (  ), у тому числі тепловий дефіцит - у витратах енергії на нагрівання й напруженості процесу, теплова потужність - у ступені використання кисню й нарощування виробництва, коефіцієнт використання теплоти палива в характері розподілу та його використанні. Технічний результат від використання заявленого способу полягає в тому, що економічний ефект досягається за рахунок виявлення на ранніх стадіях (за 2-8 год.) характеру "розладу" у тепловій роботі печі й вживання заходів з їх ліквідації шляхом впливу на параметри газового потоку, розподіл шихтових матеріалів (відповідно до технологічної інструкції), що дозволяє зменшити витрати коксу (зменшення теплових втрат на 1 МВт скорочує витрати коксу до 0,6 % залежно від вихідної величини витрат коксу на виплавку чавуну), зменшити ймовірність створення аварійної ситуації, підвищити стабільність якості виплавленого чавуну по кремнію й ресурс роботи футеровки й холодильників доменної печі. Винахід пояснюється кресленням, де на фіг. 1 показана залежність витрат коксу на втрати (Кпт) від питомих втрат теплоти (qпт): (-)- статична обробка інформації по печах різного об'єму; (-3 ) - статична обробка інформації по ДП 5000 м ; 3 □ - ДП V=1000 м ; 3 ○ - ДП V=2000 м ; 3 Δ - ДП V=250 м ; 3 - ДП V=5000 м (2007 р.); 3 • - ДП V=5000 м (2011 р.); 3 - ДП V=3200 м (2012 р.); 3 50 - ДП V=4300 м (2012 р.); на фіг. 2 представлена термограма кожуха шахти й кладки горна ДП9 ПАТ "АМКР" за показниками стаціонарних термопар у кожусі шахти й у кладці горна й на фіг. 3 відображена динаміка зміни витрат коксу на втрати й величини зовнішніх теплових втрат, що виконується по теплових втратах у системі водяного охолодження й показнику витрат коксу на компенсацію цих втрат. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. Поряд з контролем параметрів і складу дуття, параметрів і складу колошникового газу, кількості, чавуну на випуску й сировини, що завантажується у піч, здійснюється контроль витрат води в системі охолодження печі і її 2 UA 104228 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 температури. Виконується й заноситься в базу даних АСУ розрахунок зовнішніх теплових втрат у системі охолодження. Отриманий статистичний матеріал є вихідним для розрахунку другого порівнюваного параметра - витрат коксу на втрати. Взаємні тренди зазначених величин дозволяють оцінити нормальний, нераціональний режим і перехід на центральний хід печі, розігрів або похолодання печі. При досягненні зазначених технологічних режимів система видає інформаційне повідомлення, що пояснює ситуацію, а також прогноз її розвитку. Оцінивши характер змін, а також можливих тенденцій їхнього розвитку, визначаються їх причини. Для цього порівнюється динаміка зміни величини зовнішніх теплових втрат і витрат коксу на їхнє покриття зі змінами тепло- та газодинамічного режиму доменної плавки й розподілом температурно-теплових навантажень на кожух, холодильники й футерівку по висоті й периметру печі. Спільне використання інформації, що зберігається в базі даних АСУ печі, про зміни зовнішніх теплових втрат, витрати коксу на їхнє покриття, величини КВТ, загальної й засвоєної теплової потужності, теплового дефіциту дозволяє визначити та проаналізувати тенденції "розладу" (похолодання, розігрів, і т.п.) у роботі доменної печі. У разі виявлення характеру "розладу" у тепловій роботі печі коректування режиму її роботи здійснюється персоналом відповідно до діючої технологічної інструкції. Визначимо основну функціональну залежність для витрат коксу на покриття-зовнішніх теплових втрат. Вона визначається витратами теплоти, що виділилась при спалюванні коксу, на технологічний процес теплової обробки шихтових матеріалів і відновлення заліза, а також на накладні витрати - покриття зовнішніх теплових втрат, які вимагають витрати теплоти високого енергетичного потенціалу. З урахуванням сказаного витрати коксу на покриття зовнішніх теплових втрат визначаються, виведеною стосовно доменного виробництва, залежністю (1). Дія загального попереджуючого сигналу про похолодання/розігрів печі при різкому коливанні величини зовнішніх теплових втрат на 1 МВт і більше визначається протягом 1 год. оскільки процес має інерційний характер. Це забезпечує можливість виключення випадкових обурень, які не відображають динаміку системи в цілому, а визначаються особливостями технології, наприклад, циклічністю завантаження, переходом з одного повітронагрівача на інший, відкриванням льоток. На систему охолодження доменної печі припадає 90-95 % всіх теплових втрат робочого простору печі. Тому, теплове навантаження на охолоджуючі елементи є одним з інтегральних параметрів роботи як доменної печі в цілому, так і окремих її периферійних зон. Ця інформація дозволяє контролювати хід печі й попереджати про "розлади" в її роботі завчасно, наприклад, до одержання даних про хімічний склад чавуну та шлаку. Форсування доменної плавки, що супроводжується збільшенням витрат й температури дуття, концентрації кисню в дутті, витрат природного газу, підвищенням тиску під колошником або загальним перепадом тиску приводить до збільшення об'єму виробництва й зовнішніх теплових втрат, зниженню їхньої питомої величини на тонну виплавлюваного чавуну й витрат коксу на покриття зовнішніх теплових втрат. Зміни в зазначену тенденцію можуть внести радіальний перерозподіл газового потоку, складу шихти й "розлади", що пов'язані зі сходом гарнісажу. Формула винаходу заснована на взаємозв'язку величини зовнішніх теплових втрат і витрат коксу на їх покриття з теплоенергетичними показниками теплової роботи печі. Для зовнішніх втрат тепла залежність має вигляд [5]: , 45 3 50 55 де mв і Vв - масова й об'ємна витрата води в системі водяного охолодження, кг/год. и м /год.; 3 ρв і св - щільність і теплоємність води, кг/м і Дж/(кг°С); tвих і tвx - температура вихідної й вхідної води на охолодження печі, °C; Qвип. - теплові втрати у випарній системі охолодження, МВт. В змінних шихтових й дуттьових умовах теплові втрати печі нестабільні. Втрати теплоти в одному агрегаті залежно від стану огородження печі, розподілу газового потоку й інших факторів змінюються в 2-3 і більше разів, що впливає на стійкість доменного процесу й показники роботи печі. Розподіл теплових навантажень і характер зносу футерівки печі контролюється по полю температур (термограмам) кожуха, футерівки або тіла холодильних плит. Крім того, термограма кожуха дозволяє визначити проблемні ділянки з підвищеними тепловими навантаженнями на піч або місця формування зайвого гарнісажу, таким чином характеризує розподіл газового потоку в шахті й викривлення профілю печі а також дозволяє врахувати розподіл теплових навантажень по периметру й висоті печі та величину зовнішніх теплових втрат 3 UA 104228 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 випромінюванням й конвективним теплообміном між піччю й навколишнім середовищем, що складає 5 % і більше загальної величини теплових втрат. Спосіб контролю ходу доменної печі, що заявляється, з використанням зовнішніх теплових втрат, витрат коксу на їхнє покриття й теплоенергетичних параметрів пройшов дослідне промислове випробування й реалізований на ДП9 ПАТ "АМКР". При нормальному режимі доменної плавки збільшення загальної теплової потужності (М) й виробництва чавуну (Р) супроводжуються збільшенням абсолютної величини зовнішніх теплових втрат, зменшенням питомої їхньої величини на тонну виплавлюваного чавуну й витрат коксу на їхнє покриття. Розрахунок теплового дефіциту (ΔJ), коефіцієнта використання теплоти палива (η), теплової потужності (М) разом з зовнішніми втратами теплоти i витратою коксу на їх покриття дозволить давати кількісні рекомендації по коректуванню теплового й газодинамічного режиму ведення доменної плавки. Стійкість динаміки зміни величин коефіцієнта використання теплоти палива (η) відображує стабільність розподілу й використання теплоти палива в доменній печі. При нормальному режимі доменної плавки збільшення середньої величини KBT вказує на підвищення ефективності теплової й відновлювальної роботи газів по висоті печі. Збільшення теплових втрат, що не супроводжується зменшенням величини витрат коксу на їх покриття, є індикатором нераціонального вибору режиму доменної плавки й, можливого розладу в тепловій роботі печі. Це пояснюється тим, що ріст теплових втрат прямо пов'язаний з інтенсивністю ведення доменної плавки, що супроводжується збільшенням продуктивності й зменшенням питомої величини теплових втрат і, як наслідок, зниженням питомих витрат коксу на їх покриття. Якщо цього не відбувається, то на зростання теплових втрат, при тому же складі шихти, впливає перерозподіл газового потоку до периферії або зміна якості шихти, що може приводити до перевитрати коксу й розладам у роботі печі, пов'язаним зі сходом гарнісажу, руйнуванням футерівки й холодильників, горінням фурм. Зворотна тенденція одночасного зменшення теплових втрат й витрат коксу на їхнє покриття може вказувати на перерозподіл газового потоку до осі або збільшення гарнісажного шару. Допомогти розпізнати ці тенденції дозволяють залежності величини витрат коксу на покриття зовнішніх теплових втрат від їх абсолютної й питомої величини на тонну виплавленого чавуну. Різка стрибкоподібна середньочасова зміна витрат коксу на покриття зовнішніх теплових втрат пов'язана з нерівномірністю кількості чавуну на випусках, і сигналізує про проблеми з видачею продуктів плавки, погіршенні дренажної здатності горна. Одночасна, протягом двох і більше годин, тенденція синхронного збільшення (зменшення) величини зовнішніх теплових втрат і витрат коксу на їх покриття може бути сигналом, що вказує на розігрів (похолодання) печі. Виявлення з використанням інформації про теплові втрати й попередження на ранніх стадіях, до 4-8 год. і вище "розладів" у тепло- газодинамічному режимі роботи печі, коли вони ще не виявлені по інших ознаках, дозволить заощаджувати енергетичні ресурси, підтримувати необхідний обсяг виробництва чавуну заданої якості, буде сприяти підвищенню експлуатаційної надійності печі. Оцінити чи пов'язаний розігріву (похолодання) печі зі зміною у тепло- та газодинамічному режимі ведення доменної плавки дозволяють допоміжні характеристики. Зміни величин КВТ відображує стабільність розподілу й використання теплоти палива у доменній печі. Збільшення (зменшення) теплової потужності печі відповідає збільшенню (зменшенню) кількості кисню, що надходить у доменну піч і, як наслідок, при нормальному режимі роботи печі супроводжується збільшенням (зменшенням) виробництва. При виході на стабільний режим роботи печі система контролю теплових втрат і витрат коксу на їхнє покриття може бути використана в наступних напрямках: - визначення раціонального діапазону величини зовнішніх теплових втрат i, у випадку їхнього виходу за цей діапазон значень, коректування розподілу рудного навантаження по радіусу колошника й параметрів дуття; - використання інформації про тенденцію, що намітилася, збільшення (зменшення) величини зовнішніх теплових втрат як сигналу про знос футерівки шахти й заплечиків (утворення зайвого гарнісажу); - використання інформації про середньочасове збільшення (зменшення) величини зовнішніх теплових втрат як сигналу про порушення у тепловій і газодинамічній роботі печі: схід гарнісажу, розігрів (похолодання) печі, перерозподіл газового потоку до периферії (осі), канальний хід печі; - використання інформації про величину зовнішніх теплових втрат і витрат коксу на їхнє покриття для оцінки ефективності існуючого й пошуку раціонального технологічного режиму ведення доменної плавки. 4 UA 104228 C2 5 10 15 20 Як видно з вищесказаного використання заявленого способу контролю ходу доменної печі дозволяє вирішити поставлену задачу й одержати технічний результат. Заявлений спосіб контролю ходу доменної печі може бути реалізований на сучасних доменних печах України, зокрема ПАТ "АМКР", ПАТ "Алчевський металургійний комбінат", ПАТ "Запоріжсталь", ПАТ "ЄМЗ", ПАТ "Азовсталь", ПАТ "ММК ім. Ілліча", у перспективі, на доменних печах Росії - ВАТ "НЛМК", ВАТ "Северсталь" та інших. Джерела інформації: 1. Расчет потерь тепла в доменных печах при математическом моделировании процесса / Курунов И.Ф., Лавани С., Фурсова Л.А., Истеев А.И., Гангев А.В. // Пр-во чугуна / Магнитогорский горно-металлург, ин-т. - Магнитогорск, 1992. - С. 35-42. - Рус. РЖ Металлургия. 1992 9В179 5 2. А.с. 1604857 СССР, МКИ С 21 В 5/00 Способ управления работой доменной печи / Капорулин В.В., Чернобривец Б.Ф., Емельянов В.Л., Альтер М.А., Козодеров В.И., Урбанович Г.И., Севастьянов Ю.В.; Новолипец, металлург, комб. - № 4268808/27; заявл. 21.04.87; опубл. 07.11.90, бюл. № 41 3. Доменное производство "Криворожстали" / Под ред. В.И. Большакова. - Кривой Рог: СП "Мира", 2004, - 378 с. 7 4. А.с. 2251575 С1, МКИ С 21 В 5/00 Способ создания защитного гарнисажа в шахте доменной печи / Логинов В.Н., Суханов М.Ю., Гуркин М.А., Васильев Л.Е., Каримов М.М., Большаков В.И., Нестеренко А.С, Можаренко Н.М., Якушев B.C.; ОАО "Северсталь". - № 2004112226/02; заявл. 21.04.2004; опубл. 10.05.2005, бюл. № 13 5. Домна в энергетическом измерении / А.В. Бородулин, А.Д. Горбунов, В.И. Романенко, Г.И. Орел.- Кривой Рог - 2004, 436 с. 6. Кожух В.Я. Контроль потерь тепла в доменной печи // Сталь. - 1965. - № 4. - с. 298-301. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Спосіб контролю ходу доменної печі полягає в тому, що як параметр оцінки змін у тепловій роботі та "розладу" печі використовують сумарні теплові втрати в системі охолодження, який відрізняється тим, що розраховують витрату коксу на покриття теплових втрат, при збільшенні/зменшенні величини зовнішніх теплових втрат протягом однієї години та більш ніж у межах 8 годин на 1 МВт і більше, формують попереджуючий сигнал про розігрів/похолодання, "розлади" у тепловій роботі печі, використовують інформацію про розподіл поля температур (термограма) за показниками стаціонарних термопар у футерівці, тілі холодильників і кожусі печі, при цьому витрата коксу на покриття теплових втрат визначають за залежністю: К пт  Q прп 1 ,  Q  ск   Р р н де Кпт - витрата коксу на покриття сумарних теплових втрат в системі охолодження, кг/т·чавуну, р Q н - повна теплота згоряння вуглецю коксу, кДж/кг; ск - вміст вуглецю в сухому коксі; Qпрп 40 сумарні теплові втрати в системі охолодження, МВт, η - коефіцієнт використання теплоти палива, Р - продуктивність доменної печі, т·чавун/год. 5 UA 104228 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6