Анализ стабильности показателей доменной плавки в условиях АО «Уральская Сталь»

УДК 669.162

Мелеусов А.И., Потапов М.Г., Потапова М.В.

АНАЛИЗ СТАБИЛЬНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ В УСЛОВИЯХ АО «УРАЛЬСКАЯ СТАЛЬ»

Аннотация. Выполнен анализ среднемесячных и среднесуточных данных о работе доменной печи №2 за период с 2011 по 2013 годы. Анализ производственных данных за исследуемый период свидетельствует о значительных колебаниях показателей работы доменной печи №2, особенно в зимние месяцы работы. Худшие показатели работы печи в зимние месяцы объясняются нестабильность химического состава агломерата из-за нарушений дозировки компонентов агломерационной шихты, повышением колебаний влажности кокса, а также проблемами с шихтоподачей и стабильностью загрузки материалов в печь.

Колебания качества сырья и стабильности его загрузки ведет к дестабилизации хода печи, что отражается как на качестве чугуна, так и на производительности печи и расходе кокса. В результате в летний период (с мая по октябрь) наблюдается более высокая производительность печи при меньшем расходе кокса и меньших колебаниях показателей этих параметров по сравнению с зимним периодом. Для устранения указанных колебаний необходимо в зимние месяцы работать с более высоким тепловым запасом горна, строго контролировать работу по дозировке шихтовых материалов, а также корректировать основность шлака.

Ключевые слова: доменная плавка, стабильность показателей, производительность, расход кокса, качество чугуна.

Эффективность доменной плавки как непрерывного процесса зависит от ровности хода печи, критериями которого являются стабильные технологические параметры работы, обеспечивающие высокую производительность при минимальном расходе кокса [1-3].

Для оценки эффективности и стабильности доменной плавки в условиях АО «Уральская Сталь» был выполнен анализ производственных данных о работе доменной печи №2 за 2011-2013 гг. (табл. 1).

Анализ производственных данных за исследуемый период свидетельствует о значительной колеблемости показателей работы доменной печи №2. Кроме того, наблюдается сезонность изменения основных параметров доменной плавки: в летний период (с мая по октябрь) наблюдается более высокая производительность печи при меньшем расходе кокса и меньших колебаниях показателей этих параметров по сравнению с зимним периодом. Основные результаты работы доменной печи №2, усредненные за зимние и летние месяцы (за период с 05.2010 по 08.2013), приведены в табл. 2.

Худшие показатели работы печи в зимние месяцы можно объяснить, главным образом, сезонными особенностями работы аглококсодоменного передела:

- снижение стабильности химического состава агломерата [4] из-за нарушений дозировки компонентов агломерационной шихты вследствие смерзания материалов или плохой работы питателей и др.;

- более высокие колебания влажности кокса и окатышей, что ведет к нарушению стабильности теплового уровня доменной печи (грузят по весу);

- смерзание материалов в бункерах эстакады и возможные проблемы с шихтоподачей.

© Мелеусов А.И., Потапов М.Г., Потапова М.В., 2016 22 -

Таблица 1

Показатели работы ДП № 2 АО «Уральская Сталь» по среднемесячным отчетным данным за 2010-2013 гг.

Показатели Значение показателя за период

Производство чугуна, т/сут 1401-2092 1635,24

Простои, % 0-4,78 1,15

Расход кокса (сухого), кг/т чугуна 460-512 482,1

Содержание железа в металлошихте с известью, % 53,58-59,67 55,49

Механическая прочность кокса М25, % 81,3-84,3 82,1

Истираемость кокса М10, % 9,7-11,4 10,41

Влажность кокса, % 2,1-6,4 4,8

Содержание фракции 5-0 мм в агломерате, % 13,7-17,2 16,4

Доля агломерата в рудной части шихты, % 41,2-77,9 64,2

Расход дутья, м3/т 1518-2279 1713,85

Температура дутья, оС 987-1066 1024,1

Расход, м3/т чугуна: природного газа 70-113 91,44

кислорода 11,74-179,4 95,81

Давление колошникового газа, атм 0,75-1,15 1,0

Содержание в чугуне, %: Si 0,54-0,87 0,57

Мп 0,1-0,46 0,18

Р 0,043-0,063 0,052

S 0,012-0,020 0,014

Примечание. В числителе интервал изменения; в знаменателе - среднее значение.

Теория и технология металлургического производства

Таблица 2

Усредненные по сезонам результаты работы доменной печи № 2 АО «Уральская Сталь с 2010 по 2013 гг.

Показатели Значение за период Среднеквадратическое отклонение показателя за период

зимний летний зимний летний

Производительность, т/сут 1447,68-1926,07 1616,16 1635,00-2092,44 1734,36 125,25 111,94

Расход кокса, кг/т 478,52-512,00 489,57 460,39-496,00 480,39 10,41 8,66

Содержание кремния в чугуне, % 0,57-0,87 0,70 0,54-0,76 0,66 0,10 0,06

Содержание серы в чугуне, % 0,012-0,020 0,014 0,012-0,018 0,014 0,0022 0,0018

Примечание. В числителе интервал изменения; в знаменателе - среднее значение.

Взаимосвязь показателей работы доменной печи представлена на рис. 1 и 2. Менее стабильные условия работы печи в зимние месяцы ведут к необходимости работать с большим тепловым уровнем горна [5, 6] за счет перерасхода кокса, что, в свою очередь, ведет к потере производительности.

о

2200

2000

1800

ч о со

со ^

о

СР 1=

1600

1400

460 480 500 520 Расход кокса, кг/т • Зима о Лето

Рис. 1. Взаимосвязь производительности и удельного расхода кокса

520

>

со

о ^

о ^

о

га о.

500

480

460

0,5

0,6

0,8

0,9

0,7 [БП. % Зима о Лето

Рис. 2. Взаимосвязь дельного расхода кокса с содержанием кремния в чугуне

Для оценки влияния колебания технологических факторов на производительность и расход кокса был выполнен анализ суточных данных о работе ДП №2 за 2014 год, которые приведены в табл. 3.

Усредненные среднесуточные показатели работы доменной печи №2 за 2014 г.

Таблица 3

Среднее значение Среднеквадратическое отклонение

Параметр за период за период

Зима Лето Зима Лето

Fe в агломерате, % 52,98 52,8 0,84 0,57

Fe в шихте, % 54,8 54,7 0,79 0,64

Выход шлака, кг/т 395,8 413,6 33,82 28,18

Основность шлака, ед. 1,06 1,08 0,039 0,023

^еО), % 0,31 0,29 0,075 0,058

Р], % 0,61 0,59 0,083 0,053

И, % 0,0160 0,0153 0,0029 0,0023

Производительность, т/сут 1755,3 1804,6 123,70 97,44

Расход кокса, кг/т 483,6 480,7 30,29 24,50

При анализе среднесуточных показателей работы доменной печи №2 были рассмотрены различные факторы, влияющие на показатели доменной плавки, такие как содержание железа в металлошихте, содержание кремния, серы и сезонные факторы, влияющие на них. Из представленных в табл. 3 данных видно, что в летние месяцы работы колебания параметров доменной плавки существенно ниже, чем в зимние. Колебания качества сырья и стабильности его загрузки ведет к дестабилизации хода печи, что отражается как на качестве чугуна, так и на производительности печи и расходе кокса.

Для иллюстрации влияния стабильности параметров плавки на результаты работы печи на рис. 3-5 показано влияние среднеквадратического отклонения содержания железа в доменной шихте на показатели работы доменной печи.

Из приведенных на рис. 3-5 данных следует, что повышение колебаний содержания железа в шихте доменной печи ведет к снижению суточной производительности и повышению расхода кокса. Это объясняется нарушением теплового состояние печи, что вызывает необходимость корректировки рудной нагрузки, параметров дутья и др. Дестабилизация теплового состояния подтверждается повышением колебаний содержания кремния в чугуне (см. рис. 5). Результатом нестабильного теплового состояния горна является работа с большим тепловым запасом, что ведет к перерасходу кокса (см. рис. 4).

_ 2 100

0,16

Т 2 000

о о. с

к го

X

т о

I->у

о

1 900

1 800

1 700

1 600

о У = -227,52х + 1908,6

°о R2 = 0,2494

о ° о

о > о ° „ О о в о

о СО О О \ о о

0,00

0,50

1,00

Среднеквадр. отклонение Fe ш, %

Рис. 3. Влияние колебаний содержания Fe в шихте на производительность печи

го о

ч о X о го о.

500 л 0 о

480 - о ° ° 0 о°

460 - о о

О^^ О о

440 - о. ' о

о О 8 о

420 - о° У = 54,68х + 432,39

о Р = 0,2285

400 -

0,00 0,50 1,00

Среднеквадр. отклонение Fe ш, %

Рис. 4. Влияние колебаний содержания Fe в шихте на расход кокса

СО

5 0,12 -

I-

о

а 0,08 А

го ш

ч ф

о 0,00

0,00

0,50

1,00

Среднеквадр. отклонение Ре ш, %

Рис. 5. Влияние колебаний содержания Fe в шихте на стабильность состава чугуна

Кроме производительности и расхода кокса большое значение имеет качество чугуна по сере. Как известно, ее содержание, главным образом, зависит от физико-химических свойств шлака и теплового состояния горна [1-3, 7]. В условиях АО «Уральская Сталь» для снижения содержания серы в чугуне целесообразно увеличивать основность шлака по показателю CaO/SiO2 до 1,10 [5, 8, 9-11]. При этом следует учитывать, что колебания основности шлака резко ухудшают результаты десульфурации (рис. 6, 7).

0,03

-О

с

О) . о ,

£ сТ0,02 -

О. т

О) ш Ч О

О

0,01

0

0,02

0,04

Среднеквадр. откл. основности

Рис. 6. Влияние колебаний основности шлака на содержание серы в чугуне

(Л

о. ч

<и

X

ч

<и

р

0,10 л

0,08 - ° о

о о о о ----о о

0,06 -

0,04 - ---О О о

0,02 - „°о о о у о = 0,7917х + 0,0368 Р = 0,2461

0,00 - -,-

0 0,02 0,04

Среднеквадр. откл. основности

Рис. 7. Влияние колебаний основности шлака на стабильность качества чугуна

24

Теория и технология металлургического производства

Из рис. 6 следует, что колебания основности ведут к ухудшению качества чугуна. Кроме того, рост колебаний основности (см. рис. 7) приводит к более высоким колебаниям содержания серы в чугуне, что может привести к получению некачественного чугуна.

Таким образом, колебания состава шихты и других параметров в зимние месяцы работы ведет к ухудшению ТЭП работы печи и качества чугуна. Для устранения указанных колебаний необходимо в зимние месяцы работать с более высоким тепловым запасом горна, строго контролировать работу по дозировке шихтовых материалов (в аглоцехе и на бункерной эстакаде), а также корректировать основность шлака для поддержания требуемого качества чугуна.

Список литературы

1. Бабарыкин Н.Н. Теория и технология доменного процесса: учеб. пособие. Магнитогорск ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. 257 с.

2. Металлургия чугуна / Е.Ф. Вегман, Б.Н. Жеребин, А.Н. Пох-виснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.

3. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. 768 с.

4. Панычев А.А., Никонова А.П. Параметры агломерации михайловских и лебединских концентратов // Вестник Магнитогор-

ского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. № 4. С. 18-22.

5. Шаповалов А.Н., Дружков В.Г. Повышение эффективности десульфурации чугуна. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 148 с.

6. Кропотов В.К., Дружков В.Г., Шаповалов А.Н. Анализ колеблемости показателей процесса обессеривания на доменных печах АО «ММК» // Производство чугуна: межвуз. сб. Магнитогорск: МГМА, 1997. С. 81-86.

7. Куликов И.С. Десульфурация чугуна. М.: Металлургиздат, 1962. 306 с.

8. Овчинникова Е.В., Горбунов В.Б., Шаповалов А.Н. Оценка шлакового режима доменной плавки в условиях ОАО «Уральская Сталь» // Наука и производство Урала, 2015. № 11. С. 35-39.

9. Шаповалов А.Н. Разработка сквозной технологии производства стали заданного качества в условиях ОАО «Уральская Сталь» // Металлург. 2012. № 2. С. 41-43.

10. Сближение технологий выплавки стали в кислородном конвертере и дуговой сталеплавильной печи / Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Федянин А.Н., Потапова М.В., Писчаскина А.В. // Теория и технология металлургического производства. 2015. №2 (17). С. 35-39.

11. О способах воздействия на процесс формирования стальной непрерывнолитой заготовки / Столяров А.М., Сомнат Басу, Потапова М.В., Дидович С.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1. С. 24-27.

Сведения об авторах

Мелеусов Алексей Иванович - горновой, АО «Уральская Сталь», Новотроицк, Россия.

Потапов Михаил Геннадьевич - канд. техн. наук, доц. кафедры литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел. (раб) 8(3519)29-85-30. E-mail: potapovmg@mail.ru

Потапова Марина Васильевна - канд. техн. наук, доц. кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. Тел. (раб) 8(3519)29-85-73. E-mail: marina_potapova8@mail.ru

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

ANALYSIS OF STABILITY INDICATORS OF BLAST FURNACE MELTING IN JSC "URAL STEEL"

Meleusov Aleksey Ivanovich - blast-furnace keeper, Ural Steel, Novotroitsk, Russia.

Potapov Mikhail Gennadyevich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor of Ferrous Metallurgy Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519)29-85-73. E-mail: potapovmg@mail.ru

Potapova Marina Vasilyevna - Ph.D. (Eng.), Associate Professor of Foundry and Material Science Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519)29-85-30. E-mail: marina_potapova8@mail.ru

Abstracts. Analysis of average monthly and average daily data on the blastfurnace №2 for the period from 2011 to 2013 carried out. Analysis of operational data for the monitoring period indicates significant fluctuations of operational parameters for blastfurnace № 2, especially during the winter months. The poor performance of the blast furnace operation during winter months can be explained by the instability of the chemical composition of the agglomerate caused by variations of burden dosage components, increased fluctuations of coke humidity, as well as problems with s charge supplying and the stability of material loading into the blastfurnace.

Fluctuations in raw material quality and stability of their loading leads to destabilization of furnace operation, that affects both an iron quality, and the furnace productivity and the coke consumption. As a result a higher productivity of blast furnace and lower coke consumption are observed during summer period in comparison to winter months. For elimination of these disadvantages it is necessary to conduct melting during winter months with higher heat reserve in blast furnace hearth, to control strictly burden dosage and to correct slag bastisity as well.

Keywords: blastfurnace melting, characteristic stability, output, coke consumption, iron quality.

♦ ♦ ♦