blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-3-260-269blackmet-2729Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESРазработка и внедрение технологических мероприятий по продлению кампании доменной печи № 5 ПАО «Северсталь»Development and implementation of technological measures to extend the campaign of blast furnace No. 5 of PJSC SeverstalКалькоА. А.Kal’koA. A.

Андрей Александрович Калько, руководитель центра технологического развития Upstream

Россия, 162608, Вологодская область, Череповец, ул. Мира, 30

Andrei A. Kal’ko, Head of Technological Development Center Upstream

30 Mira Str., Cherepovets, Vologda Region 162608, Russian Federation

aakalko@severstal.comВиноградовЕ. Н.VinogradovE. N.

Евгений Николаевич Виноградов, заместитель генерального директора по производству – генеральный директор дивизиона «Северсталь Российская Сталь» и ресурсных активов

Россия, 162608, Вологодская область, Череповец, ул. Мира, 30

Evgenii N. Vinogradov, Deputy General Director of Production – Gene­ral Director Severstal Russian Steel Division and Mining Assets

30 Mira Str., Cherepovets, Vologda Region 162608, Russian Federation

envinogradov@severstal.comhttps://orcid.org/0000-0001-8158-5626КалькоО. А.Kal’koO. A.

Оксана Александровна Калько, к.т.н., доцент кафедры хими­ческих технологий

Россия, 162600, Вологодская область, Череповец, пр. Луначарского, 5

Oksana A. Kal’ko, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Chemical Technologies

5 Lunacharskogo Ave., Cherepovets, Vologda Region 162600, Russian Federation

oakalko@chsu.ruКалькоА. А.Kal’koA. A.

Алексей Андреевич Калько, газовщик доменной печи; магистрант кафедры металлургии, машиностроения и технологического оборудования

Россия, 162608, Вологодская область, Череповец, ул. Мира, 30

Россия, 162600, Вологодская область, Череповец, пр. Луначарского, 5

Aleksei A. Kal’ko, Gas Operator of Blast Furnace; MA Student of the Chair “Metallurgy, Mechanical Engineering and Technological Equipment”

30 Mira Str., Cherepovets, Vologda Region 162608, Russian Federation

5 Lunacharskogo Ave., Cherepovets, Vologda Region 162600, Russian Federation

akalko@chsu.ruПАО «Северсталь» Череповецкий металлургический комбинатРоссияPJSC Severstal, Cherepovets Steel MillRussian FederationЧереповецкий государственный университетРоссияCherepovets State UniversityRussian FederationПАО «Северсталь» Череповецкий металлургический комбинат; Череповецкий государственный университетРоссияPJSC Severstal, Cherepovets Steel Mill; Cherepovets State UniversityRussian Federation202416062024673260269Copyright © Калько А.А., Виноградов Е.Н., Калько О.А., Калько А.А., 20242024Калько А.А., Виноградов Е.Н., Калько О.А., Калько А.А.Kal’ko A.A., Vinogradov E.N., Kal’ko O.A., Kal’ko A.A.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/2729

В работе представлен обобщенный опыт по разработке и внедрению на ПАО «Северсталь» технологических мероприятий по продлению кампании доменной печи № 5. Авторы провели анализ, выявили и описали проблемные зоны, обобщили принципы обеспечения сохранности футеровки шахты, заплечиков и металлоприемника доменной печи. Также представлены результаты исследования рабочего пространства доменной печи № 5 в 2006 г. Выявленные технологические факторы обеспечивают увеличение длительности кампании агрегата. Приведены технологические мероприятия по промывкам горна доменной печи, снижению химической эрозии углеродистых блоков горна и лещади, формированию защитного гарнисажа в шахте доменной печи, особым приемам загрузки твердых заменителей кокса и организации эффективной структуры столба шихты в доменной печи. Для оперативного управления технологией доменной плавки необходимо использовать цифровые модели, объединенные в экспертную систему доменной печи. Авторы провели сравнение результатов текущей кампании доменной печи с предыдущими и доказали, что системное применение всех элементов разработанной технологии позволяет достигать высоких экономических показателей при превышении нормативной продолжительности кампании в 1,75 раза. Опыт развития технологии позволил увеличить длительность кампании печи до 17,46 лет, достигнуть снижения удельного расхода кокса на 15,9 %, увеличить удельный расход природного газа на выплавку чугуна на 46,4 % и сократить удельный расход углерода на выплавку чугуна на 6,3 %.

The work presents generalized experience in the development and implementation at PJSC Severstal of technological measures to extend the campaign of blast furnace No. 5. The authors carried out an analysis, identified and described the problem areas, generalized the principles for ensuring the safety of the shaft lining, boshes and metal receiver of the blast furnace. The results of a study of the working space of blast furnace No. 5 in 2006 are also presented. The identified technological factors ensure an increase in duration of the unit campaign. Technolo­gical measures are given for: washing the blast furnace hearth, reducing chemical erosion of the carbon blocks of the hearth and flange, forming a protective skull in the blast furnace shaft, special methods for loading solid coke substitutes, and organizing an effective structure of the charge column in the blast furnace. It is necessary to use digital models integrated into the blast furnace expert system for operational control of blast furnace technology. The results of the current blast furnace campaign were compared with previous ones. It was proven that the systematic use of all elements of the developed technology makes it possible to achieve high economic indicators while exceeding the standard duration of the campaign by 1.75 times. Experience in technology development made it possible to increase the furnace campaign duration to 17.46 years, achieve a reduction in specific coke consumption by 15.9 %, and increase the specific consumption of natural gas for cast iron smelting by 46.4 %; reduce the specific carbon consumption for cast iron smelting by 6.3 %. 

доменная печьпродолжительность кампанииПАО «Северсталь»горншахтатотерманпромывка горнагарнисаже­образованиеудельный расход природного газарасход твердого топлива на тонну чугунацифровая модельжелезорудные материалыкокспоказатель CSRblast furnacecampaign durationPJSC Severstalblast-furnace hearthshafttotermanhearth washingskull formationspecific consumption of natural gassolid fuel consumption per ton of cast irondigital modeliron ore materialscokeCSRReferencesLiu Z., Zhang J., Zuo H.-B., Yang T.-j. Recent progress on long service life design of Chinese blast furnace hearth. ISIJ International. 2012;52(10):1713–1723. https://doi.org/10.2355/isijinternational.52.1713Liu Z., Zhang J., Zuo H.-B., Yang T.-j. Recent progress on long service life design of Chinese blast furnace hearth. ISIJ International. 2012;52(10):1713–1723. https://doi.org/10.2355/isijinternational.52.1713Анализ работы металлоприемника с целью увеличения продолжительности кампании доменной печи и безопасной ее эксплуатации. Новости черной металлургии за рубежом. 2003;(4):32–36.Analysis of metal receiver operation in order to increase the duration of blast furnace campaign and its safe operation. Novosti chernoi metallurgii za rubezhom. 2003;(4):32–36. (In Russ.).Рютер П., Петерс М. Условия продления более чем на 20 лет кампании доменной печи № 2 компании Thyssen Krupp Steel Europe. Черные металлы. 2015;(10):59–66.Ruther P., Peters M. Requirements for a campaign life of more than 20 years at the blast furnace 2 of Thyssen Krupp Steel Europe. Chernye metally. 2015;(10):59–66. (In Russ.).Большаков В.И., Иванча Н.Г., Нестеров А.С. и др. Разработка мероприятий по продлению кампании доменных печей путем усовершенствования технологии загрузки, шлакового режима и автоматизированного контроля параметров доменной плавки в условиях нестабиль­ности качества шихтовых материалов. В сборнике научных статей Института электросварки им. Е.О. Патона: Проблемы ресурса и безопасности эксплуатации конструкций, сооружений и машин. Днепропетровск: ИЧМ им. З.И. Некрасова НАН Украины; 2015:628–634.Bol’shakov V.I., Ivancha N.G., Nesterov A.S., etc. Development of measures to extend the blast furnace campaign by improving loading technology, slag mode and automated control of blast furnace parameters in conditions of unstable quality of charge materials. In: Proceedings of the Institute of Electric Welding named after E.O. Paton. Problems of Service Life and Operational Safety of Structures, Structures and Machines. Dnepropetrovsk: Z.I. Nekrasov Institute of Ferrous Metallurgy, National Academy of Sciences of Ukraine; 2015:628–634.Можаренко Н.М., Канаев В.В., Панчоха Г.В. Влияние технологии плавки на футеровку металлоприемника доменных печей. Metallurgical and mining industry. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003;(5):5–8.Mozharenko N.M., Kanaev V.V., Panchokha G.V. Influence of smelting technology on lining of metal receiver of blast furnaces. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’. 2003;(5):5–8. (In Russ.).Курунов И.Ф., Логинов В.Н., Тихонов Д.Н. Методы прод­ления кампании доменной печи. Металлург. 2006;(12): 34–39.Kurunov I.F., Loginov V.N., Tikhonov D.N. Methods of extending a blast-furnace campaign. Metallurgist. 2006;50: 605–613. https://doi.org/10.1007/s11015-006-0131-5Влияние производительности доменной печи на продолжительность ее кампании. Новости черной металлургии за рубежом. 2005;(1):21–24.The influence of blast furnace productivity on duration of its campaign. Novosti chernoi metallurgii za rubezhom. 2005;(1):21–24. (In Russ.).Шульте М., Клима Р., Рингель Д., Фосс М. Контроль износа горна доменной печи с помощью датчиков теплового потока. Черные металлы. 1998;(4):17–22.Shul’te M., Klima R., Ringel’ D., Foss M. Monitoring the wear of blast furnace hearth using heat flow sensors. Chernye metally. 1998;(4):17–22. (In Russ.).Ковальски В., Люнген Х.Б., Штриккер К.П. Стойкость доменных печей: современный уровень, развитие и мероприятия по развитию компании. Черные металлы. 1999;(9):26–35.Koval’ski V., Lyungen Kh.B., Shtrikker K.P. Durability of blast furnaces: current level, development and company development measures. Chernye metally. 1999;(9):26–35. (In Russ.).Каплун Л.И., Малыгин А.В., Онорин О.П., Пархачев А.В. Устройство и проектирование доменных печей: Учебное пособие. Екатеринбург: УрФУ; 2016:217.Kaplun L.I., Malygin A.V., Onorin O.P., Parkhachev A.V. Construction and Design of Blast Furnaces: Tutorial. Ekaterinburg: URFU; 2016:217. (In Russ.).Близнюков А.С., Фещенко С.А., Курунов И.Ф. и др. Исследование футеровки горна доменной печи. Сообщение 1. Черная металлургия. Бюллетень научно-техни­ческой и экономической информации. 2010;(9):31–36.Bliznyukov A.S., Feshchenko S.A., Kurunov I.F., etc. Study of the blast furnace hearth lining. Report 1. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2010;(9):31–36. (In Russ.).Большаков В.И., Можаренко Н.М., Муравьева И.Г. Обеспечение безопасности и сохранности футеровки доменных печей при выдувке и задувке. Металл и литье Ук­раины. 2009;(7–8):75–80.Bol’shakov V.I., Mozharenko N.M., Murav’eva I.G. Ensuring the safety and integrity of blast furnace linings during blowing-down and blowing-in. Metall i lit’e Ukrainy. 2009;(7–8):75–80. (In Russ.).Большаков В.И., Гладков Н.А., Муравьева И.Г. и др. Структура нижней части столба шихты и роль ее элементов в организации процессов плавки. Сборник научных трудов ИЧМ. Фундаментальные и прикладные проб­лемы черной металлургии. 2004;(8):112–119.Bol’shakov V. I., Gladkov N. A., Murav’eva I. G., etc. The structure of the lower part of the charge column and the role of its elements in the organization of smelting processes. In: Proceedings of IFM. Fundamental and Applied Problems of Ferrous Metallurgy. 2004;(8):112–119. (In Russ.).Большаков В.И., Бузоверя М.Т., Строменко В.А. и др. Экспериментальное исследование машин для отбора проб газа и шахты доменной печи объемом 5000 м3. В сборнике: Интенсификация процессов доменной плавки и освоение печей большого объема. Москва: Металлургия; 1980;(7):75–80.Bol’shakov V.I., Buzoverya M.T., Stromenko V.A., etc. Experimental study of gas sampling machines and a 5000m3 blast furnace shaft. In: Intensification of Blast Furnace Processes and Development of Large-Volume Furnaces. Moscow: Metallurgiya; 1980;(7):75–80. (In Russ.).Пат. 2251575 RU. 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., Нестеров А.С., Можаренко Н.М., Якушев В.С.; заявлено 21.04.2004; опубликовано 10.05.2005. Бюллетень № 13.Loginov V.N., Sukhanov M.YU.., Gurkin M.A., Vasil’­­ev L.E., Karimov M.M., Bol’shakov V.I., Nesterov A.S., Mozharenko N.M., Yakushev V.S. Method for creating a protective skull in a blast furnace shaft. Patent RF no. 2251575. МPКЯрошевский С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. Москва: Металлургия; 1988:166.С21В 5/00. Byulleten’ izobretenii. 2005;(13). (In Russ.).Лейтцель Д., Хунгер Й., Крюгер В. и др. Процессы при вдувании угольных пылей в доменную печь. Черные металлы. 1999;(5):20–28.Yaroshevskii S.L. Iron Smelting using Pulverized Coal Fuel. Moscow: Metallurgiya; 1988:166. (In Russ.).Чижиков В.М., Бачинин А.А., Нестеренко С.В. Вязкость гетерогенных шлаков, содержащих топливо. Известия вузов. Черная металлургия.1987;30(5):145–146.Leittsel’ D., Khunger I., Kryuger V., etc. Processes during injection of coal dust into a blast furnace. Chernye metally. 1999;(5):20–28. (In Russ.).Лялюк В.П., Товаровский И.Г., Демчук Д.А. и др. Антрацит и термоантрацит в шихте доменной плавки. Днепропетровск: Пороги; 2008:245.Chizhikov V.M., Bachinin A.A., Nesterenko S.V. Viscosity of heterogeneous slags containing fuel. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1987;30(5):145–146. (In Russ.).Рогиненко С.А., Шевелев Л.Н. Парижское соглашение и Российская металлургия: время снижать риски и стимулировать энергосбережение. Сталь. 2018;(12):61–66.Lyalyuk V.P., Tovarovskii I.G., Demchuk D.A., etc. Anthracite and Thermoanthracite in Blast Furnace Charge. Dnepropetrovsk: Porogi; 2008:245. (In Russ.).Пат. 2709318 RU. Способ ведения доменной плавки / Виноградов Е.Н., Калько А.А., Волков Е.А., Заводчиков М.В.; заявлено 24.04.2019; опубликовано 17.12.2019. Бюллетень № 34.Roginenko S.A., Shevelev L.N. The Paris Agreement and Russian metallurgy: time to reduce risks and stimulate energy saving. Stal’. 2018;(12):61–66. (In Russ.).Пат. 2786283 RU. Способ загрузки промывочных и рабочих подач в доменную печь / Калько А.А., Волков Е.А., Каримов М.М., Теребов А.Л.; заявлено 01.03.2022; опубликовано 19.12.2022. Бюллетень № 35.Vinogradov E.N., Kal’ko A.A., Volkov E.A., Zavodchikov M.V. Method of blast furnace smelting. Patent RF no. 2709318. МPК С21В 5/00. Byulleten’ izobretenii. 2019;(34). (In Russ.).Виноградов Е.Н., Калько А.А., Чикинов С.В., Волков Е.А., Калько О.А. Разработка и внедрение технологии замещения кокса природным газом для снижения расхода твердого топлива на классических доменных печах ПАО «Северсталь». Металлург. 2024;(1):11–16.Kal’ko A.A., Volkov E.A., Karimov M.M., Terebov A.L. Method of loading washing and working feeds into a blast furnace. Patent RF no. 2786283. МPК С21В 3/00. Byulleten’ izobretenii. 2022;(35). (In Russ.).Vinogradov E.N., Kal’ko A.A., Chikinov S.V., Volkov E.A., Kal’ko O.A. Development and implementation of coke substitution technology with natural gas to reduce solid fuel consumption at the classic blast furnaces of PJSC Severstal. Metallurg. 2024;(1):11–16. (In Russ.).Vinogradov E.N., Kal’ko A.A., Chikinov S.V., Volkov E.A., Kal’ko O.A. Development and implementation of coke substitution technology with natural gas to reduce solid fuel consumption at the classic blast furnaces of PJSC Severstal. Metallurg. 2024;(1):11–16. (In Russ.).

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