blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-10-760-765blackmet-1471Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПреимущества и риски работы доменных печей с высокой интенсивностьюBenefits and risks of blast furnaces with high intensityЗагайновС. А.ZagainovS. A.

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Металлургия железа и сплавов».

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

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

Ekaterinburg

zagainovsky@mai1.ruФилатовС. В.FilatovS. V.

Управляющий директор.

398004, Липецк, пл. Металлургов, 2

Managing Director.

Lipetsk

Fi1atov_sv@n1mk.comМясоедовС. В.MyasoedovS. V.

Начальник доменного цеха.

398004, Липецк, пл. Металлургов, 2

Head of the Blast Furnace Shop.

Lipetsk

myasoedov_sv@n1mk.comГилеваЛ. Ю.GilevaL. Yu.

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

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Cand Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Metallurgy of Iron andAlloys”.

luy.gileva@urfu.ruТитовВ. Н.TitovV. N.

Главный специалист по оптимизации руднотермических технологий.

398004, Липецк, пл. Металлургов, 2

Chief Specialist in Optimization of Ore-Thermal Technologies.

Lipetsk

titov_vn@nlmk.comУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian FederationНоволипецкий металлургический комбинат, ОАОРоссияNovolipetsk Metallurgical Plant, JSCRussian Federation2018131120186110760765Copyright © Загайнов С.А., Филатов С.В., Мясоедов С.В., Гилева Л.Ю., Титов В.Н., 20182018Загайнов С.А., Филатов С.В., Мясоедов С.В., Гилева Л.Ю., Титов В.Н.Zagainov S.A., Filatov S.V., Myasoedov S.V., Gileva L.Y., Titov V.N.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/1471

Рост интенсивности плавки на доменных печах ОАО «НЛМК», который достигнут путем повышения качества кокса и железорудных материалов, повышения давления под колошником и обогащении дутья кислородом, сопровождается увеличением скорости косвенного восстановления вюстита и снижением удельных потерь тепла с охлаждающей водой. Однако при высокой интенсивности существенно увеличиваются риски возникновения расстройств схода шихты. Установлено, что наряду с изменением качества шихтовых материалов причиной нарушения схода шихты может служить изменение распределения рудной нагрузки по радиусу печи. Разработан новый метод диагностики причин, которые приводят к расстройству схода шихтовых материалов. С использованием метода математического моделирования выполнен анализ влияния изменения рудной нагрузки и крупности железорудных материалов на изменение температуры периферийных газов и степень использования монооксида углерода. Метод основан на анализе совместного изменения температуры газов и степени использования монооксида углерода в периферийной области. Анализ изменения температуры периферийных газов и степени использования соединения СО позволяет выявлять причины изменения перепадов давления по высоте печи. В результате анализа динамики изменения перепадов давления по высоте печи найдены признаки, по которым можно судить о вероятности расстройства схода шихты. Рассмотрены возможность снижения перепада давления за счет перераспределения рудной нагрузки по радиусу печи и количества газов. Показано, что различные способы снижения количества газов сопровождаются различными изменениями расхода кокса и производительности печи. Разработана математическая модель для выбора наилучшей, в конкретных условиях, комбинации изменения параметров комбинированного дутья.

Increase in the intensity of blast furnace smelting at NLMK JSC is achieved by improving quality of coke and iron ore materials, by increasing pressure under the blast furnace mouth and by oxygen enrichment. It is accompanied by an increase in the rate of wustite indirect reduction and decrease in specific heat losses with cooling water. However, the risks of burden yield problems are significantly lower with high intensity. It has been established that with the change in quality of charge materials, reason for burden yield problems can be also the variation in ore load ratio along the furnace radius. A new method for diagnosing causes of burden yield problems was developed. Using method of mathematical modeling, effect of change in ore load and size of iron-ore materials on peripheral gases temperature change and the degree of CO use were analyzed. The method is based on analysis of joint change in gas temperature and degree of CO use in peripheral area. Analysis of peripheral gases temperature variation and degree of CO use makes it possible to identify reasons of pressure drops along the furnace height. As a result of analysis of pressure drops dynamics changes along the furnace height, there have been found signs that can be used to judge the probability of burden yield problems. The possibility of reducing pressure drops due to redistribution of ore load along the furnace radius and the amount of gases is considered. It is shown that various methods of reducing the amount of gases are accompanied by different changes in coke consumption and furnace productivity. Mathematical model has been developed to select the best combination of parameters changing of the fuel-enriched blast in specific conditions.

доменная печьинтенсивностьстепень использования газаудельный расход углерода топливагазодинамикасход шихтовых материаловперепады давления по высоте печиblast furnaceintensitydegree of gas usespecific fuel carbon consumptiongas dynamicsburden yieldpressure differences along the furnace heightReferencesКурунов И.Ф., Филатов С.В., Тихонов Д.Н., Басов В.И. Интенсивность доменной плавки и эффективность косвенного восстановления // Сталь. 2016. № 8. С. 26 - 31.Kurunov I.F., Filatov S.V., Tikhonov D.N., Basov V.I. Indirect reduction in blast-furnace smelting. Steel in Translation. 2016, vol. 46, no. 8, pp. 583-588.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.).Товаровский И.Г., Лялюк В.П. Эволюция доменной плавки. - Днепропетровск: Пороги, 2001. - 424 с.Tovarovskii I.G., Lyalyuk V.P. Evolyutsiya domennoi plavki [Evolution of blast furnace smelting]. Dnepropetrovsk: Porogi, 2001, 424 p. (In Russ.).Товаровский И.Г., Бондаренко В.И. Интенсивность хода и удельный расход кокса в современных и перспективных условиях доменной плавки // Сталь. 1978. № 3. С. 203 - 206.Tovarovskii I.G., Bondarenko V.I. Intensity of course and specific consumption of coke in modern and advanced conditions of blast furnace smelting. Stal’. 1978, no. 3, pp. 203-206. (In Russ.).Adeline Morcel, Lena Sundqvist Okvist, Joel Orre, Bo Bjorkman, Per Lagrerwall. Low CO2 Ironmaking in the Blast Furnace. Proceedings of the 7th European Coke and Ironmaking Congress -ECIC 2016. - 2016. P. 274 - 283.Adeline Morcel, Lena Sundqvist Okvist, Joel Orre, Bo Bjorkman, Per Lagrerwall. Low CO2 Ironmaking in the Blast Furnace. In: Proceedings of the 7th European Coke and Ironmaking Congress -ECIC 2016, pp. 274-283.Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. - М.: Металлургия, 1990. - 215 с.Tarasov V.P. Gazodinamika domennogo protsessa [Gas dynamics of blast furnace process]. Moscow: Metallurgiya, 1990, 215 p. (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 exchange in blast furnace]. Moscow: Metallurgiya, 1966, 355 p. (In Russ.).Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов и др. - М.: Металлургия, 1978. - 248 с.Kitaev B.I., Yaroshenko Yu.G., Sukhanov E.L. etc. Teplotekhnika domennogo protsessa [Heat engineering of blast furnace process]. Moscow: Metallurgiya, 1978, 248 p. (In Russ.).Металлургия чугуна: Учеб. для вузов., 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Ю.С. Юсфина. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 774 с.Metallurgiya chuguna: Ucheb. dlya vuzov [Cast iron metallurgy: Proc. for universities]. Yusfin Yu.S. ed. Moscow: Akademkniga, 2004, 774 p. (In Russ.).Основы теории и технологии доменной плавки / А.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 545 с.Dmitriev A.N., Shumakov N.S., Leont’ev L.I., Onorin O.P. Osnovy teorii i tekhnologii domennoi plavki [Fundamentals of theory and technology of blast furnace smelting]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2005, 545 p. (In Russ.).Теплообмен и повышение эффективности доменной плавки / Н.А. Спирин, Ю.Н. Овчинников, В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко; под ред. Ю.Г. Ярошенко. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 1995. - 243 с.Spirin N.A., Ovchinnikov Yu.N., Shvydkii V.S., Yaroshenko Yu.G. Teploobmen i povyshenie effektivnosti domennoi plavki [Heat transfer and increasing efficiency of blast furnace smelting]. Yaroshenko Yu.G. ed. Ekaterinburg: UGTU-UPI, 1995, 243 p. (In Russ.).Zagainov S.A., Filatov S.V., Gileva L.Y., Lozovich A.V., Jimoh S.O. Controlling the peripheral temperature of the blast furnace // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 6. P. 378 - 383.Zagainov S.A., Filatov S.V., Gileva L.Y., Lozovich A.V, Jimoh S.O. Controlling the peripheral temperature of the blast furnace. Steel in Translation. 2016, vol. 46, no. 6. pp. 378-383.Разработка структурированного математического обеспечения для решения комплекса технологических задач организации и управления доменным процессом / Л.Ю. Гилева, С.А. Загай-нов, В.Н. Титов, А.В. Галкин. - В кн.: Современные сложные системы управления. Материалы XII Международной научнопрактической конференции. Т. 1. - Липецк: изд. Липецкого государственного технического университета, 2017. С. 205 - 209.Gileva L.Yu., Zagainov S.A., Titov V.N., Galkin A.V. Development of structured software for solving a set of technological problems of organizing and managing of blast furnace process. In: Sovremen-nye slozhnye sistemy upravleniya. Materialy XII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, t. 1 [Modern Complex Control Systems. Materials of 12th Int. Sci.-Pract. Conf. Vol. 1]. Lipetsk: izd. Lipetskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2017, pp. 205-209. (In Russ.).Korshikov G.V., Titov V.N., Mikhailov V.G., Karpov A.V. Fuel consumption and reduction kinetics in blast furnaces // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 2. P. 125 - 131Korshikov G.V., Titov V.N., Mikhailov V.G., Karpov A.V. Fuel consumption and reduction kinetics in blast furnaces. Steel in Translation. 2016, vol. 46, no. 2, pp. 125-131.Bokovikov B.A., Moikin V.I., Gordon Y.M., Spirin N.A., Shvid-kii V.S., Yaroshenko Y.G., Lavrov V.V. Analysis of Transient Processes in Blast Furnace. AISTech Proceedings. 4 - 7 May 2015 -Cleveland. Oh. USA, 2015. P. 237 - 244.Bokovikov B.A., Moikin V.I., Gordon Y.M., Spirin N.A., Shvid-kii V.S., Yaroshenko Y.G., Lavrov V.V. Analysis of Transient Processes in Blast Furnace. AISTech Proceedings. 4 -7 May 2015. Cleveland. Oh. USA. P. 237-244.Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев и др. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2005. - 301 с.Onorin O.P., Spirin N.A., Terent’ev V.L. etc. Komp’yuternye metody modelirovaniya domennogo protsessa [Computer simulation of blast furnace process]. Ekaterinburg: UGTU-UPI, 2005, 301 p. (In Russ.).Улахович В.А., Райх Е.И., Шоленинов В.М. и др. Исследование динамики доменного процесса // Сталь. 1975. № 1. С. 9 - 14.Ulakhovich V.A., Raikh E.I., Sholeninov V.M. etc. Study of the dynamics of blast furnace process. Stal’. 1975, no. 1, pp. 9-14. (In Russ.).Похвиснев А.Н., Курунов И.Ф., Завидонский В.А. и др. Экспериментальное определение динамических характеристик доменной печи. - В кн.: Подготовка доменного сырья к плавке: сб. трудов МИСиС. № 69. - М.: Металлургия, 1971. С. 118 - 121.Pokhvisnev A.N., Kurunov I.F., Zavidonskii V.A. etc. Experimental determination of dynamic characteristics of blast furnace. In: Pod-gotovka domennogo syr’ya k plavke: Sb. trudov MISiS [Preparation of blast furnace materials for smelting: Coll. of MISiS proc.]. Moscow: Metallurgiya, 1971, no. 69, pp. 118-121. (In Russ.).Авдеев В.П., Даниелян Т.М., Белоусов П.Г. Идентификация промышленных объектов с учетом нестационарностей и обратных связей. - Новокузнецк: изд. СМИ, 1984. - 88 с.Avdeev V.P., Danielyan T.M., Belousov P.G. Identifikatsiya pro-myshlennykh ob”ektov s uchetom nestatsionarnostei i obratnykh svyazei [Identification of industrial facilities with regard to nonsta-tionarity and feedback]. Novokuznetsk: SMI, 1984, 88 p. (In Russ.).Kurunov I.F., Dobroskok V.A., Isteev A.I., Fursova L.A., Plesh-kov V.I., Shcherbakov P.I. Determining dynamic characteristics of 5000 m3 blast furnace // Steel USSR. 1977. Vol. 7. No. 9. P. 496 - 497.Kurunov I.F., Dobroskok V.A., Isteev A.I., Fursova L.A., Plesh-kov V.I., Shcherbakov P.I. Determining dynamic characteristics of 5000 m3 blast furnace. Steel USSR. 1977, vol. 7, no. 9, pp. 496-497.Serov V.V., Mikhalevich A.G. The Dynamics of the quality of pig iron in blast furnaces // Metallurgist. 1983. No. 1. Р. 14 - 17.Serov V.V., Mikhalevich A.G. Dynamics of formation of the composition of conversion pig iron in blast furnaces. Metallurgist. 1983, vol. 27, no. 1, pp. 9-13.Jun-ichiro Y. Matematical model of blast furnace, Progress and Application to New Technology Development, 6th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking. - Rio de Janeiro, Brazil, 2012. Р. 1660 - 1673.Jun-ichiro Y. Mathematical model of blast furnace, Progress and Application to New Technology Development, 6th Int. Congress on the Science and Technology of Ironmaking, Rio de Janeiro, Brazil, 2012, pp. 1660-1673.Flierman G.A., Oderkerk H. Numerical simulation of the blast furnace process, Math. Process Models, Iron and Steelmak. - Amsterdam, 1973. Р. 40 - 50, London, Discussion, 1975. Р. 37 - 50.Flierman G.A., Oderkerk H. Numerical simulation of the blast furnace process. Math. Process Models, Iron and Steelmak. Amsterdam, 1973, pp. 40-50; London, Discussion, 1975, pp. 37-50.

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