blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-2-148-154blackmet-2704Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОценка аварийности доменных фурмEstimation of accident rate of blast furnace tuyeresСтукТ. С.StukT. S.

Татьяна Сергеевна Стук, ведущий специалист по охране труда, аспирант кафедры техносферной безопасности

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Tat’yana S. Stuk, Leading Specialist on Occupational Safety, Postgraduate of the Chair of Technosphere Safety

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

lazareva.ts@misis.ruПотоцкийЕ. П.PototskiiE. P.

Евгений Павлович Потоцкий, к.т.н.

Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4

Evgenii P. Pototskii, Cand. Sci. (Eng.)

4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation

pep@disto.misis.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian Federation202419042024672148154Copyright © Стук Т.С., Потоцкий Е.П., 20242024Стук Т.С., Потоцкий Е.П.Stuk T.S., Pototskii E.P.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/2704

В современном доменном производстве даже кратковременное нарушение технологического процесса связано с большими потерями производительности. В практике ведения доменной плавки нередко встречаются значительные отклонения от оптимального режима. Они могут приводить не только к расстройствам хода доменной печи, но и к авариям. В работе доменной печи к типичным отклонениям от нормального распределения потока газа и шихтовых материалов относят: периферийный, осевой, канальный ходы; перекос уровня засыпи; различной степени и вида подвисания шихты. Вследствие этого происходят похолодание или излишний перегрев печи, нарушение ровности хода. Тяжелым последствием длительного периферийного движения газов являются не только интенсивный износ кладки, слабое использование тепловой и химической энергии газов, но и стабильное загромождение горна с образованием тотермана. Тотерман – это рудно-коксовый спек, образующийся в фурменной зоне доменной печи в результате похолодания ее центра. Данная работа посвящена исследованию и анализу нарушений работы доменной печи, анализу причин возникновения тотермана, оценке аварийности фурм доменной печи. Нарушение газораспределения и загромождение горна приводят к образованию тотермана, который провоцирует массовое горение фурм и холодильников доменной печи. Разработанные методические основы (математическая модель) позволяют оценить максимальную температуру фурменной зоны и результирующий тепловой поток на носок фурмы при наличии тотермана. Показано, что в доменных печах большого объема преобладает пузырьковый поток истечения газо-угольного потока, способствующий росту тотермана доменной печи.

In modern blast furnace production, even a short-term disruption of the technological process is associated with large productivity losses. In the practice of conducting blast furnace melting, there are often significant deviations from the optimal mode. They can lead not only to disruptions of the blast furnace, but also to accidents. In the operation of a blast furnace, typical deviations from the normal distribution of gas flow and charge materials include: peripheral, axial, channel passages; skewing of the backfill level; varying degrees and types of charge suspension. As a result, there are a cooling or excessive overheating of the furnace and violation of the melting operation. A serious consequence of the prolonged peripheral movement of gases is not only intensive wear of the lining, poor use of thermal and chemical energy of gases, but also stable cluttering of the hearth with formation of a deadman. Deadman is an ore-coke sinter formed in the tuyere zone of a blast furnace, as a result of cooling of its center. The paper describes the study and analysis of violations of blast furnace operation, analysis of the deadman causes and assessment of the accident rate of blast furnace tuyeres. Violation of gas distribution and hearth cluttering lead to formation of a deadman, which provokes mass burning of tuyeres and blast furnace refrigerators. The developed methodological foundations (mathematical model) allow us to estimate the maximum temperature of the tuyere zone and the resulting heat flow to the tuyere toe in presence of a deadman. It is shown that in large-volume blast furnaces, bubble outflow of the gas-coal flow prevails, contributing to growth of a deadman in the blast furnace.

черная металлургиядоменное производстводоменная печьфурматотерманфурменная зонаповышение температурырезультирующий тепловой потокпрогарferrous metallurgyblast furnace productionblast furnacetuyeredeadmantuyere zonetemperature increaseresulting heat flowburnoutReferencesЖеребин Б.Н., Пареньков А.Е. Неполадки и аварии в работе доменных печей. Новокузнецк; 2001:275.Zherebin B.N., Paren’kov A.E. Malfunctions and Accidents in the Operation of Blast Furnaces. Novokuznetsk; 2001:275. (In Russ.).Потоцкий Е.П., Лазарева Т.С. Анализ устойчивости и технологического процесса доменной печи. В кн.: Труды IX Международной научно-практический конференции «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология». Москва: МИСиС; 2018:169–173.Pototskii E.P., Lazareva T.S. Analysis of stability and technological process of a blast furnace. In: “Energy-Efficient and Resource-Saving Technologies in Industry. Furnace Units. Ecology”. Proceedings of the IX Int. Sci. and Pract. Conf. 2018, Moscow. Moscow: MISIS; 2018:169–173. (In Russ.).Тарасов В.П., Хайретдинова О.Т., Томаш А.А. О газопроницаемости зоны размягчения в условиях доменной плавки. Известия вузов. Черная металлургия. 2002;45(4):64–66.Tarasov V.P., Khairetdinova O.T., Tomash A.A. On gas permeability of softening zone in conditions of blast furnace melting. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2002;45(4):64–66. (In Russ.).Дмитриев А.Н., Шумаков Н.С., Леонтьев Л.И., Онорин О.П. Основы теории и технологии доменной плавки. Екатеринбург: УрО РАН; 2005:547.Dmitriev A.N., Shumakov N.S., Leont’ev L.I., Onorin O.P. Fundamentals of Theory and Technology of Blast Furnace Melting. Yekaterinburg: UB RAS; 2005:547. (In Russ.).Тарасов В.П., Тарасов П.В., Быков Л.В. Газодинамичес­кие параметры и показатели работы доменных печей с загрузкой БЗУ к ТЗУ. Сталь. 2005;(1):6–9.Tarasov V.P., Tarasov P.V., Bykov L.V. Gas-dynamic para­me­ters and performance indicators of blast furnaces with loading of BLT to carrier-loader. Stal’. 2005;(1):6–9. (In Russ.).Григорьев Б.А., Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен. Москва: МЭИ; 2005:93.Grigor’ev B.A., Tsvetkov F.F. Heat and Mass Transfer. Moscow: MEI; 2005:93. (In Russ.).Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях в природно-техногенной сфере. Прогнозирование последствий. Москва: ИЦ Академия; 2015:368.Mastryukov B.S. Safety in Emergency Situations in Natural and Man-Made Sphere. Forecasting the Consequences. Moscow: Academy; 2015:368. (In Russ.).Hatano M.I. Influence of the method of loading the furnace profile, surface of the liquid phase on the gas flow in the blast furnace. Moscow: From Science; 2004:168.Hatano M.I. Influence of the method of loading the furnace profile, surface of the liquid phase on the gas flow in the blast furnace. Moscow: From Science; 2004:168.Power D.J. Web-based and model-driven decision support systems: concepts and issues. In: AMCIS 2000, America’s Con­ference on Information Systems. California; 2000:173–186.Power D.J. Web-based and model-driven decision support systems: concepts and issues. In: AMCIS 2000, America’s Con­ference on Information Systems. California; 2000:173–186.Аносов В.Г., Фоменко А.П., Крутас Н.В., Цаплина Т.С. О технологии доменной плавки при использовании пылеугольного топлива. Металургія. Наукові праці ЗДІА. 2009;(20):37–43.Anosov V.G., Fomenko A.P., Krutas N.V., Tsaplina T.S. On technology of blast furnace melting using pulverized coal fuel. Metalurgіya. Naukovі pratsі ZDІA. 2009;(20):37–43. (In Ukr.).Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н., Юс­­фин Ю.С., Курунов И.Ф., Пареньков А.Е., Черноусов П.И. Металлургия чугуна. Москва: Академкнига; 2004:774.Vegman E.F., Zherebin B.N., Pokhvisnev A.N., Yusfin Yu.S., Kurunov I.F., Paren’kov A.E., Chernousov P.I. Ironmaking. Moscow: Akademkniga; 2004:774. (In Russ.).Gorban A.N., Zinovyev A.Y. Principal graphs and manifolds. In: Handbook of Research on Machine Learning Applications and Trends: Algorithms, Methods, and Techniques. Chapter 2. Hershey, PA; 2009:28–59. https://doi.org/10.4018/978-1-60566-766-9.ch002Gorban A.N., Zinovyev A.Y. Principal graphs and manifolds. In: Handbook of Research on Machine Learning Applications and Trends: Algorithms, Methods, and Techniques. Chapter 2. Hershey, PA; 2009:28–59. https://doi.org/10.4018/978-1-60566-766-9.ch002Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Сидорова Т.Ю. Моделирование теплового состояния воздушных фурм доменных печей. Известия вузов. Черная Металлургия. 2016;59(9):622–627. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-9-622-627Radyuk A.G., Titlyanov A.E., Sidorova T.Y. Modeling of the thermal state of air tuyeres of blast furnaces. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016;59(9):622–627. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2016-9-622-627Долинский В.А., Никитин Л.Д., Коверзин А.М., Портнов Л.В., Бугаев С.Ф. Использование промывочных брикетов для улучшения работы горна доменной печи. Известия вузов. Черная Металлургия. 2013;56(2):33–36. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-2-33-36Dolinskii V.A., Nikitin L.D., Koverzin A.M., Portnov L.V., Bugaev S.F. Use of washing briquettes for improvement of the blast-furnace hearth operation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2013;56(2):33–36. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2013-2-33-36Dai B., Long H.­M., Ji Y.­L., Rao J.­T., Liu Y.­C. Theoretical and practical research on relationship between blast air condition and hearth activity in large blast furnace. Metallurgical Research and Technology. 2020;117(1):113–117. https://doi.org/10.1051/metal/2020007Dai B., Long H.­M., Ji Y.­L., Rao J.­T., Liu Y.­C. Theoretical and practical research on relationship between blast air condition and hearth activity in large blast furnace. Metallurgical Research and Technology. 2020;117(1):113–117. https://doi.org/10.1051/metal/2020007Pototskiy E. P., Lazareva T. S. Investigation of factors affecting the safety of a blast furnace operation. CIS Iron and Steel Review. 2022;(1):15–18. https://doi.org/10.17580/cisisr.2022.01.03Pototskiy E. P., Lazareva T. S. Investigation of factors affecting the safety of a blast furnace operation. CIS Iron and Steel Review. 2022;(1):15–18. https://doi.org/10.17580/cisisr.2022.01.03Song L., Xiaojie L., Qing L., Xusheng Z., Yana Q. Study on the appropriate production parameters of a gas-injection blast furnace. High Temperature Materials and Processes. 2020;39(1):10–25. https://doi.org/10.1515/htmp-2020-0005Song L., Xiaojie L., Qing L., Xusheng Z., Yana Q. Study on the appropriate production parameters of a gas-injection blast furnace. High Temperature Materials and Processes. 2020;39(1):10–25. https://doi.org/10.1515/htmp-2020-0005Левицкий И.А., Радюк А.Г., Титлянов А.Е., Сидорова Т.Ю. Влияние способа подачи природного газа на газодинамику и теплообмен в воздушной фурме доменной печи. Известия вузов. Черная металлургия. 2018;61(5):357–363. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-5-357-363Levitskii I.A., Radyuk A.G., Titlyanov A.E., Sidorova T.Yu. Influence of the method of natural gas supplying on gas dynamics and heat transfer in air tuyere of blast furnace. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(5):357–363. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-5-357-363Yasuo O. Blast Furnace Phenomena and Modelling. New York: Elsevier Applied Science; 1987:631.Yasuo O. Blast Furnace Phenomena and Modelling. New York: Elsevier Applied Science; 1987:631.Feng Q., Wang L. Blast furnace hoist charging control system based on ActiveX technology. WIT Transactions on Information and Communication Technologies. 2014;46:1853–858.Feng Q., Wang L. Blast furnace hoist charging control system based on ActiveX technology. WIT Transactions on Information and Communication Technologies. 2014;46:1853–858.

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