blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-8-637-642blackmet-1185Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESАНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА В ДОМЕННЫХ ПЕЧАХ НЛМКANALYSIS OF ENERGY EFFICIENCY INCREASE OF CAST IRON SMELTING IN NLMK BLAST FURNACESФилатовС. В.FilatovS. V.

управляющий директор. 

398004, Россия, Липецк, площадь Металлургов, 2. 

Managing Director. 

 Lipetsk.

filatov_sv@nlmk.ruЗагайновС. А.ZagainovS. A.

доктор технических наук,профессор, зав. кафедрой «Металлургия железа и сплавов».  

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 28.

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Metallurgy of Iron and Alloys”.

 Ekaterinburg.

zagainovsky@mail.ruГилеваЛ. Ю.KurunovI. F.

кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлургия железа и сплавов». 

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 28.

 Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Blast Furnaceman. 

 Lipetsk.

ly.gileva@gmail.comКуруновИ. Ф.TitovV. N.

доктор технических наук, профессор, главный доменщик. 

398004, Россия, Липецк, площадь Металлургов, 2. 

Head of the Agglomeration and Blast Furnace Division of the Technical Department. 

 Lipetsk.

kurunov_if@nlmk.comТитовВ. Н.GilevaL. Y.

начальник аглодоменного отдела Технического управления.

398004, Россия, Липецк, площадь Металлургов, 2. 

Cand. Sci. (Eng.) Assist. Professor of the Chair “Metallurgy of Iron and Alloys”. 

 Ekaterinburg.

titov_vn@nlmk.comПАО «Новолипецкий металлургический комбинат».РоссияJSC “Novolipetsk Metallurgical Plant” .Russian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin.Russian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.РоссияJSC “Novolipetsk Metallurgical Plant” .Russian FederationПАО «Новолипецкий металлургический комбинат».РоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin.Russian Federation201702122017608637642Copyright © Филатов С.В., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю., Курунов И.Ф., Титов В.Н., 20172017Филатов С.В., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю., Курунов И.Ф., Титов В.Н.Filatov S.V., Zagainov S.A., Kurunov I.F., Titov V.N., Gileva L.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1185

Анализ эффектов и рисков основных мероприятий, направленных на снижение энергозатрат показал, что изменение какого-либо  одного параметра, направленного на снижение энергозатрат малоэффективно, наибольший эффект достигается при совместном изменении  нескольких переменных. Теоретический анализ позволил выявить основные комбинации изменения режимных параметров, которые обеспечивают наибольший эффект от действия того или иного фактора. Влияние гранулометрического состава агломерата на эффективность  доменной плавки рассматривается через влияние среднего диаметра кусков на скорость восстановления и газодинамику верхней зоны  печи. Показано, что колебания затрат тепла во многом определяются колебаниями восстановительной работы газового потока, которая, в  свою очередь, зависит от гранулометрического состава агломерата. Установлено, что при приближении реакции FeO  +  CO  =  Fe  +  CO2 к  равновесию, снижение затрат тепла на выплавку чугуна достигается путем повышения интенсивности плавки. Проанализированы конкретные пути снижения затрат тепла на выплавку чугуна в доменных печах на примере ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат».  Показаны основные мероприятия, обеспечивающие снижение затрат тепла в условиях комбината: оптимизация качества железорудных  материалов за счет снижения доли фракции +45  мм; повышение интенсивности работы доменных печей до удельной производительности 75  –  90  т/сут с квадратного метра горна печи; работа доменных печей на повышенном до предельно допустимых (по конструкции  засыпного аппарата ) значений давления; повышение горячей прочности кокса до 60 – 62 %; вдувание пылеугольного топлива до 140 кг/т  чугуна и оптимизация распределения рудной нагрузки по радиусу печи. В результате реализации указанных мероприятий в 2013  –  2016  гг.  достигнуто снижение удельного расхода кокса более чем на 10 кг/т чугуна. При этом снижается не только удельный расход кокса, но и  расход суммарного углерода топлива.

The analysis of effects and risks of the main measures aimed at  reducing energy costs has shown that the change in any one parameter  is ineffective. The greatest effect can be achieved by the joint change of  several variables. Theoretical analysis made it possible to identify the  main combinations of changes in the regime parameters, which provide the greatest effect on the particular activity factor. The influence  of the granulometric composition of the agglomerate on the efficiency  of blast furnace smelting was examined through the influence of average diameter of the pieces, both on the rate of recovery and on the gas  dynamics of furnace upper zone. It is shown that the variations in heat  costs are largely determined by the fluctuations in recovery work of  gas flow, which, in turn, depends on granulometric composition of the  agglomerate. It was established that when the FeO  +  CO  =  Fe  +  CO2  reaction is approached to balance, the heat loss reduction for cast iron  smelting is achieved by increasing the melting intensity. The specific  ways of reducing the heat costs for cast iron smelting in blast furnaces were analyzed on the example of PAO NLMK. It is shown that  the main activities providing the reduction of heat losses in the plant  conditions are: quality optimization of the iron ore materials due to  the fraction decrease of +45  mm; increasing the intensity of the blastfurnace operation to relative production of 75  –  90  tons per day from  square meter of the blast-furnace hearth; blast-furnace operation at the  alarm pressure (according to the design of charging equipment); increasing the coke strength reactivity up to 60  –  62  %; pulverized coal  injection up to 140  kg per ton of cast iron and optimization of the ore  load distribution on the furnace’s radius. As a result of these measures  implementation in 2013  –  2016, the coke rate reduction by more than  10  kg per ton of cast iron was achieved. In this case, not only the specific consumption of coke, but also the consumption of total carbon of  fuel is reduced.

 доменная печь расход кокса суммарный расход углерода интенсивность плавки повышенное давление скорость восстановления оксидов железа энергозатраты потери тепла качество шихтовых материалов тепловой баланс blast-furnace coke consumption carbon total consumption  melting intensity high-top pressure reduction ratio of carbon oxides  energy consumption heat losses quality of the raw materials heat  balanceReferencesRammer B., Millner R., Boehm C. Comparing the CO2 еmission of different ironmaking rout // Proceedings of the VII European Coke and Ironmaking Congress – ECIC. 2016. P. 284 – 291.Rammer B., Millner R., Boehm C. Comparing the CO2 emission of  different ironmaking rout. Proceedings of the 7th European Coke and Ironmaking Congress – ECIC. 2016, pp. 284–291.Schmole P. The blast furnace – fit for future // Proceeding of the VII Europeaen Coke and Ironmaking Congress – ECIC. 2016. P. 3 – 12.Schmole P. The blast furnace – fit for future. Proceeding of the 7th Europeaen Coke and Ironmaking Congress – ECIC. 2016, pp. 3–12.Товаровский И.Г. Процессы доменной плавки. Т. 2. Проблемы и перспективы. Изд. дом LAP LAMBERT Akademic Publishing, 2012. – 406 с.Tovarovskii I.G. Protsessy domennoi plavki. Tom 2. Problemy i perspektivy: monografiya [Blast furnace processes. Vol.2. Problems  and perspectives: Monograph]. Izdatel’skii dom LAP LAMBERT  Akademic Publishing, 2012, 406 p. (In Russ.).Товаровский И.Г. Доменная плавка. – 2-е изд. – Днепропетровск: Пороги, 2009. – 768 с.Tovarovskii I.G. Domennaya plavka: monografiya [Blast furnace  smelting: Monograph]. Dnepropetrovsk: Porogi, 2009, 768 p. (In  Russ.). Математическое моделирование металлургических процессов в АСУ ТП / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев и др.; Под ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2014. – 558 с.Spirin N.A., Lavrov V.V., Rybolovlev V.Yu. etc. Matematicheskoe modelirovanie metallurgicheskikh protsessov v ASU TP [Mathematical modeling of metallurgical processes in automated process  control system]. Spirin N.A. ed. Ekaterinburg: OOO “UIPTs”, 2014,  558 p. (In Russ.).Загайнов С.А., Онорин О.П., Гилева Л.Ю. Разработка и внедрение математического и программного обеспечения для гибких технологических режимов работы доменных печей // Сталь. 2000. № 9. С. 12 – 15.Zagainov S.A., Onorin O.P., Gileva L.Yu. Volkov D.N., Tleugobulov B.S. Software for flexible blast-furnace operation. Steel in Translation. 2000, vol. 30, no. 9, pp. 9–11. Модельные системы поддержки принятия решений в АСУ ТП доменной плавки / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев и др. – Екатеринбург: ФГАОУ ВПО УрФУ, 2011. – 462 с.Spirin  N.A.,  Lavrov V.V.,  Rybolovlev V.Yu.,  Krasnobaev A.V.,  Ono rin O.P. Model’nye sistemy podderzhki prinyatiya reshenii v ASU TP domennoi plavki [Model decision support systems in the  automated process control system of blast furnace smelting]. Ekaterinburg: UrFU, 2011, 462 p. (In Russ.).Филатов С.В., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю., Пыхтеева К.Б. Разработка методики анализа процессов восстановления оксидов железа // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. № 9. С. 658 – 661.Filatov S.V., Zagainov S.A., Gileva L.Yu., Pykhteeva K.B. Development of the analysis of iron oxide reduction processes. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy.  2015, no. 9, pp. 658–661. (In Russ.).Шварцман А.А., Жуховицкий А.А. Начала физической химии для металлургов. – М.: Металлургия, 1991. – 208 с.Shvartsman A.A., Zhukhovitskii A.A Nachala fizicheskoi khimii dlya metallurgov [Fundamentals of physical chemistry for metallurgists]. Moscow: Metallurgiya, 1991, 208 p. (In Russ.).Шаврин С.В. Закономерности восстановления оксидов железа и моделирование металлургических процессов // Физическая химия и технологии в металлургии: Сб. науч. тр. – Екатеринбург: УрО РАН, 1966. С. 239 – 248.Shavrin S.V . Regularities of reduction of iron oxides and modeling  of metallurgical processes. In: Fizicheskaya khimiya i tekhnologii v metallurgii: sbornik nauchnykh trudov [Physical chemistry and  technologies in metallurgy: Coll. of sci. papers]. Ekaterinburg: UrO  RAN, 1966, pp. 239-248. (In Russ.).Фролов Ю.А., Птичников А.Г., В.Х. Баринов В.Х., Горшков Н.Н. Методика расчета и анализ факторов, влияющих на расход кокса и производительность доменных печей ОАО «ЧМК» // Металлург. 2013. № 3. С. 42 – 49.Frolov Yu.A., Ptichnikov A.G., Barinov V.Kh., Gorshkov N.N.  Method of calculating and analyzing the factors that affect the  coke consumption and productivity of blast furnaces at the Chelyabinsk Metallurgical Combine. Metallurgist. 2013, vol. 57, no. 3-4,  pp.  183–193.Тирьон К., Суворов М., Шмит Л. О комплексном подходе при вдувании ПУТ в доменные печи // Доменное производство – ХХI век: Тр. Междунар. конгресса доменщиков. – М., 2014. С. 80 – 91.Tir’on K., Suvorov M., Shmit L. On integrated approach for pulverized coal fuel blowing into blast furnaces. In: Domennoe proiz vodstvo – XXI vek: trudy mezhdunarodnogo kongressa domenshchikov [Blast  furnace production – 21th century: Papers of Int. Congress of Blast  Furnacemen]. Moscow: 2014, pp. 80–91. (In Russ.).Коксозамещающие технологии в доменной плавке / В.П. Лялюк, И.Г. Товаровский, Д.А. Демчук и др. – Днепропетровск: Пороги, 2006. – 276 с.Lyalyuk V.P., Tovarovskii I.G., Demchuk D.A. etc. Koksozameshchayushchie tekhnologii v domennoi plavke [Coke-substituting  technologies in blast furnace smelting]. Dnepropetrovsk: Porogi,  2006, 276 p. (In Russ.).Готлиб А.Д. Доменный процесс. – М.: Металлургия, 1966. – 503 с.Gotlib A.D. Domennyi protsess [Blast furnace process]. Moscow:  Metallurgiya, 1966, 503 p. (In Russ.). Филатов С.В., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю. Влияние повышенного давления в доменной печи на эффективность ее работы // Сталь. 2015. № 4. С. 11 – 14.Filatov S.V., Zagainov S.A., Gileva L.Yu., Kurunov I.F., Titov V.N.  Influence of elevated pressure on blast-furnace performance. Steel in Traslation. 2015, vol. 45, no. 4, pp. 275–278.Мищенко И.М., Кузин А.В. Качество кокса и другие важнейшие факторы обеспечения эффективной выплавки чугуна с применением пылеугольного топлива // Черная металлургия. Бюлл. ин-та «Черметинформация». 2014. № 5. C. 26 – 32.Mishchenko I.M., Kuzin A.V . Quality of coke and other important  factors for ensuring effective smelting of cast iron using pulverized  coal. Chernaya metallurgiya. Byul. in­ta “Chermetinformatsiya”. 2014, no. 5, pp. 26–32. (In Russ.).Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Д. Теплообмен в доменной печи. – М.: Металлургия, 1966. – 355 с.Kitaev B.I., Yaroshenko Yu.G., Lazarev B.D. Teploobmen v domennoi pechi [Heat transfer in blast furnace]. Moscow: Metallurgiya,  1966, 355 p. (In Russ.).Тепло- и массообмен в плотном слое / Б.И. Китаев, В.Н. Тимофеев, Б.А. Боковиков Б.А. и др. – М.: Металлургия, 1972. – 432 с.Kitaev B.I., Timofeev V.N., Bokovikov B.A. etc. Teplo­ i massoobmen v plotnom sloe [Heat and mass transfer in a dense layer]. Moscow: Metallurgiya, 1972, 432 p. (In Russ.). (In Russ.).Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов и др. – М.: Металлургия, 1978. – 248 c.Kitaev B.I., Yaroshenko Yu.G., Sukhanov E.L. etc. Teplotekhnika domennogo protsessa [Thermal engineering of blast furnace process]. Moscow: Metallurgiya, 1978, 248 p. (In Russ.).Введение в системный анализ теплофизических процессов металлургии / Н.А. Спирин, В.С. Швыдкий, В.И. Лобанов, В.В. Лавров. – Екатеринбург: УГТУ, 1999. – 205 с.Spirin N.A., Shvydkii V.S., Lobanov V.I., Lavrov V.V. Vvedenie v sistemnyi analiz teplofizicheskikh protsessov metallurgii [Introduction to the system analysis of thermophysical processes of metallurgy]. Ekaterinburg: UGTU, 1999, 205 p. (In Russ.).Катунин В.В., Петракова Т.М., Иванова И.М. Основные показатели работы черной металлургии России в 2015 г. // Черная металлургия. Бюлл. ин-та «Черметинформация». 2016. № 3. С. 3 – 24.Katunin V.V., Petrakova T.M., Ivanova I.M. Main performance indicators of the Russian ferrous metallurgy in 2015. Chernaya metallurgiya. Byul. in­ta “Chermetinformatsiya”. 2016, no. 3, pp. 3–24.  (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.