blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-5-520-530blackmet-2785Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESОценка результативности применения технологических мероприятий по продлению кампании доменной печи № 5 ПАО «Северсталь» 2006 – 2024 гг. при исследовании ее рабочего пространства в период проведения капитального ремонта I разрядаAssessment of the effectiveness of technological measures to extend the campaign of blast furnace No. 5 of PJSC Severstal (2006 – 2024) based on an examination of its working space during a first-category overhaulКалькоА. 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.comhttps://orcid.org/0000-0002-4343-914XЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

Леопольд Игоревич Леонтьев, академик, советник, Президиум РАН; советник генерального директора, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина

Россия, 105005, Москва, ул. Радио, 23/9

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 32а

Leopol’d I. Leont’ev, Academician, Adviser, Russian Academy of Sciences; Advisor to the General Director, I.P. Bardin Central Research Institute of Ferrous Metallurgy

23/9 Radio Str., Moscow 105005, Russian Federation

32a Leninskii Ave., Moscow 119991, Russian Federation

leo@presidium.ras.ruВолковЕ. А.VolkovE. A.

Евгений Александрович Волков, ведущий эксперт Центра технологического развития Upstream

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

Evgenii A. Volkov, Leading Expert of Technological Development Center Upstream

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

eavolkov@severstal.comПАО «Северсталь» Череповецкий металлургический комбинатРоссияPJSC Severstal, Cherepovets Steel MillRussian FederationЦентральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина; Президиум РАНРоссияI.P. Bardin Central Research Institute of Ferrous Metallurgy; Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences)Russian Federation202419102024675520530Copyright © Калько А.А., Леонтьев Л.И., Волков Е.А., 20242024Калько А.А., Леонтьев Л.И., Волков Е.А.Kal’ko A.A., Leont’ev L.I., Volkov E.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/2785

В работе представлен опыт изучения рабочего пространства доменной печи № 5 ПАО «Северсталь» по результатам кампании 2006 – 2024 гг. продолжительностью 17,46 лет, существенно превысившей нормативные сроки эксплуатации. Выполнена оценка результативности технологических мероприятий по продлению кампании доменной печи, применявшихся для защиты огнеупорной футеровки в критических зонах горна, нижней части шахты и верха заплечиков. Авторы провели анализ остаточной толщины огнеупорной футеровки шахты, горна и металлоприемника доменной печи, сформировали карты фактического разгара огнеупорной футеровки по различным сечениям. Измеренный максимальный износ огнеупорной футеровки шахты составил 344 мм или 37,4 % первоначальной величины, измеренный максимальный разгар углеродистых блоков в районе выгребных проемов – 313 мм или 23,4 % первоначального размера блока. В верхней части горна минимальная остаточная толщина огнеупоров с содержанием Al2O3 = 43 % составила 220 мм или 31,9 % исходной величины. Представлены способы безопасного дистанционного измерения фактического профиля шахты доменной печи с помощью лазерного 3D сканирования в процессе выгребки остатков шихтовых материалов. Время выполнения 3D сканирования в рабочем пространстве печи составило 50 мин. В работе проведен сравнительный анализ фактической остаточной толщины футеровки в районе углеродистых блоков горна и лещади и высокоглиноземистых огнеупоров фурменной зоны с результатами оценок с использованием технологии ультразвукового зондирования эхо-методом (AU-E), выполнявшихся в период работы доменной печи. Приведено описание технологии распространения волн напряжения с использованием анализа данных в временном и частотном домене для определения толщины футеровки или для обнаружения аномалий. Авторы провели сравнение результатов предыдущей и текущей кампаний доменной печи по объему произведенного чугуна, количеству вышедших из строя элементов системы охлаждения, износу огнеупоров по всему рабочему пространству доменной печи. Суммарное производство чугуна в кампании 2006 – 2024 гг., отнесенное к площади горна, составило 420,0 тыс. т/м2 и превысило показатель предыдущей кампании в 1,90 раза.

The paper presents the findings from the study of the working space of blast furnace No. 5 of PJSC Severstal during its first-category overhaul in 2024 lasting 17.46 years, which significantly exceeded the standard service life. The effectiveness of technological measures taken to extend the furnace’s campaign from 2006 to 2024, aimed at protecting the refractory lining in critical areas such as the hearth, lower shaft, and the upper bosh, was evaluated. The residual thickness of the refractory lining in the shaft, hearth, and metal receiver is analyzed, and maps showing the actual thickness of the lining across different sections are generated. The measured maximum wear of the shaft refractory lining is 344 mm (37.4 % of the original value); the measured maximum wear of carbon blocks in the area of cesspool openings – 313 mm (23.4 % of the original block size). In the upper part of the hearth, the minimum residual thickness of refractories with an Al2O3 content of 43 % is 220 mm or 31.9 % of the initial value. The paper also discusses safe remote measurement methods, including 3D laser scanning of the furnace shaft during the removal of residual charge materials. It highlights the advantages of ground-based laser scanners in capturing dense, high-quality 3D geometric data. Additionally, the paper describes the experience of remotely measuring the residual thickness of carbon blocks around the raking openings. Comparisons are made between the actual residual thickness of the refractory lining in the hearth, bottom carbon blocks, and high-alumina refractories of the tuyere zone, and the results obtained using ultrasonic echo-sounding technology (AU-E) during the furnace’s operation. The paper also includes a description of the stress wave propagation technology, which utilizes data analysis in the time and frequency domains to determine lining thickness and detect anomalies. The results of the current and previous blast furnace campaigns are compared in terms of pig iron production, the number of cooling system failures, and refractory wear across the entire working space of the furnace. The total production of pig iron in the 2006 – 2024 campaign, related to the furnace area, amounted to 420.0 thousand tons/m2 and exceeded the figure for the previous campaign by 1.90 times.

доменная печь3D сканированиеостаточная толщина футеровкиразгар горнапродолжительность кампанииПАО «Северсталь»горншахтатотерманпромывка горнагарнисажеобразованиеудельный расход природного газарасход твердого топлива на тонну чугунаультразвуковое зондирование эхо-методомжелезорудные материалыкокспоказатель CSRblast furnace3D scanningresidual lining thicknesshearth erosioncampaign durationPJSC Severstalhearthshafttottermanhearth washingskull formationspecific natural gas consumptionsolid fuel consumption per ton of pig ironultrasonic echo soundingiron ore materialscokeCSR indicatorReferencesКурунов 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/s11015-006-0131-5Vinogradov E., Karimov M., Dmitriev A., etc. Blast furnace campaign extension at CherMK, Severstal. In: AISTech 2018 Proceedings – Iron and Steel Technology Conference and Exposition. 2018:551–560.Vinogradov E., Karimov M., Dmitriev A., etc. Blast furnace campaign extension at CherMK, Severstal. In: AISTech 2018 Proceedings – Iron and Steel Technology Conference and Exposition. 2018:551–560.Можаренко Н.М., Канаев В.В., Панчоха Г.В. Влияние технологии плавки на футеровку металлоприемника доменных печей. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003;(5):5–8.Mozharenko N.M., Kanaev V.V., Panchokha G.V. Influence of smelting technology on metal receiver lining of blast furnace. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyshlennost’. 2003;(5):5–8. (In Russ.).Влияние производительности доменной печи на продолжительность ее кампании. Новости черной металлургии за рубежом. 2005;(1):21–24.The influence of blast furnace productivity on the 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 the blast furnace hearth using heat flow sensors. Chernye metally. 1998;(4):17–22. (In Russ.).Калько А.А., Виноградов Е.Н., Калько О.А., Калько А.А. Разработка и внедрение технологических мероприятий по продлению кампании доменной печи № 5 ПАО «Северсталь». Известия вузов. Черная металлургия. 2024;67(3):260–269. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2024-3-260-269Kal’ko A.A., Vinogradov E.N., Kal’ko O.A., Kal’ko A.A. Development and implementation of technological measures to extend the campaign of blast furnace No. 5 of PJSC Se­verstal. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2024;67(3): 260–269. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2024-3-260-269Medic M.Sc.T. Efficient calibration strategies for panoramic terrestrial laser scanners. Dissertation Zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr.–Ing.). Bonn: Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn; 2021.Medic M.Sc.T. Efficient calibration strategies for panoramic terrestrial laser scanners. Dissertation Zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr.–Ing.). Bonn: Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn; 2021.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. МPК С21В 5/00. Byulleten’ izobretenii. 2005;(13). (In Russ.).Gebski P., Sadri A., Ying W. Development of the system for furnace integrity monitoring based on real-time continuous acoustic emission data acquisition and analysis. In: Conf. of Metallurgists (COM), October 2–5, 2011, Montreal, Canada, 2011.Gebski P., Sadri A., Ying W. Development of the system for furnace integrity monitoring based on real-time continuous acoustic emission data acquisition and analysis. In: Conf. of Metallurgists (COM), October 2–5, 2011, Montreal, Cana­da, 2011.Vinogradov E., Kalko A., Chikinov S., Ivashov A., Balahonov D., Gurkin M., Karunova E., Gordon Y., Sadri A., Busser J. Development of strategy for sustaining, enhancement and cost reduction at Severstal’s primary end. In: Proceedings of the Iron & Steel Technology Conference. Association for Iron and Steel Technology; 2020:178–186.Vinogradov E., Kalko A., Chikinov S., Ivashov A., Balahonov D., Gurkin M., Karunova E., Gordon Y., Sadri A., Busser J. Development of strategy for sustaining, enhancement and cost reduction at Severstal’s primary end. In: Proceedings of the Iron & Steel Technology Conference. Association for Iron and Steel Technology; 2020:178–186.Vinogradov E., Karimov M., Dmitriev A. Careful control of refractory lining conditions to ensures prolonged campaign of blast furnace. In: 7th ECIC Proceedings, Linz, Austria, 2016.Vinogradov E., Karimov M., Dmitriev A. Careful control of refractory lining conditions to ensures prolonged campaign of blast furnace. In: 7th ECIC Proceedings, Linz, Austria, 2016.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. Message 1. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2010;(9):31–36. (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. В сборнике научных трудов ИЧМ: Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. 2004;(8):12–119.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.).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.).

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