ОБЗОР СИСТЕМ ШИХТОПОДАЧИ В ДОМЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

OVERVIEW OF FEEDING SYSTEMS IN BLAST-FURNACE PRODUCTION

Aleksandr Korchagin

3rd year student of the institute of energy and automated systems chairn of automated control systems, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Russia, Magnitogorsk

Elena Mukhina

Senior Lecturer of the Department of ACS, ^{1, 2} Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Russia, Magnitogorsk

АННОТАЦИЯ

Для достижения максимальной производительности доменной печи (ДП) при заданном качестве и составе чугуна и для минимизации расхода исходных материалов необходимо как можно эффективнее использовать тепловую и химическую энергию ресурсов. Система управления загрузкой шихтовых материалов в ДП представляет собой сложную распределенную во времени и пространстве структуру, которая позволяет решать две основные задачи: управление доставкой, набором и взвешиванием шихтовых материалов; управление загрузкой материалов в рабочее пространство печи с использованием различных способов подачи шихты. Решение этих задач позволяет обеспечить нормальную высокопроизводительную работу ДП.

ABSTRACT

To achieve the maximum productivity of a blast furnace (BF) with a given quality and composition of cast iron and to minimize the consumption of raw materials, it is necessary to use the thermal and chemical energy of resources as efficiently as possible. The control system for loading charge materials in the blast furnace is a complex structure distributed in time and space, which allows solving two main tasks: managing the delivery, recruitment and weighing of charge materials; control of the loading of materials into the working space of the furnace using various methods of feeding the charge. The solution of these problems allows to ensure the normal high-performance work of the BF.

Ключевые слова: шихтоподача, доменная печь, дозирование, транспортировка, регулирование.

Keywords: charge feeding, blast furnace, dosing, transportation, regulation.

Введение

Доменный цех является основным подразделением современного металлургического предприятия. Незначительные отклонения от стабильной работы любой из печей цеха оказывают значительное влияние на работу других цехов. Восстановление из железных руд сплава железа с углеродом (чугуна) является конечной целью доменной плавки. Промышленным агрегатом для проведения такой плавки служит доменная печь (ДП). Соответствующий выбор системы управления загрузкой шихтовых материалов в ДП обеспечивает эффективное использование тепловой и химической энергии ресурсов и заданный режим работы ДП.

1. Система с вагонами-весами

Довольно устаревшая система, применяемая на печах малого объема (~1500 м³). Дозирование и транспортировка шихтовых материалов к скипам происходит при помощи вагонов-весов, что представляет собой простую и распространенную систему, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема загрузки с применением вагонов-весов

Набор и взвешивание осуществляется вагонами-весами 4, которые загружают скип 6 через течку 5. Кокс из бункера 1 транспортируется в весовую воронку 3 грохотом 2. В настоящее время такая схема применяется очень редко, так как имеет два существенных недостатка: в ней затруднен отсев мелочи кокса и тяжелые условия работы машиниста вагонов-весов [4].

2. Система с конвейерным транспортированием шихтовых материалов к скипам

В системах с конвейерным транспортированием шихтовых материалов (рисунок 2) подача материалов из бункеров к скипам осуществляется двумя парами конвейеров: пластинчатыми 1, 2 и ленточными 3, 4. Добавки и агломерат подаются с помощью электровибрационных питателей 10 – 13 на соответствующие конвейеры (добавки дозируются в весовых воронках 7, 8), которые доставляют материалы в рудные весовые воронки 6. Поступление материала происходит с помощью перекидного лотка 14, кокс транспортируется грохотами 9 в весовые воронки 5 [2].

Рисунок 2. Система шихтоподачи с конвейерным транспортированием

Представляет собой технически сложную систему, в которой подача агломерата и добавок происходит из отдельных специальных бункеров через множество промежуточных механизмов благодаря четырем конвейерам. Также предусмотрены оптимизирующие системы: система промежуточных бункеров для одновременной подачи добавок с агломератом в скипы; система довеса агломерата для повышения точности дозирования. Применяется на печах средних размеров ~2500 м³ [3, 7].

3. Система с непосредственной выдачей шихтовых материалов в весовые воронки

Система с непосредственной шихтоподачей (рисунок 3) характеризуется тем, что каждая группа механизмов обслуживает один скип. Подача кокса осуществляется из двух бункеров кокса грохотами 5 (6) на сборные конвейеры 1, 3 (2, 4) и после взвешивания в весовых воронках 9 (10) по течкам 11 (12) кокс поступает в скипы 30. Агломерат из центральных бункеров подается в весовые воронки 18 (19), транспортируется грохотами 15 и далее конвейерами 16 (17). Добавки питателями 24 (25) конвейерами 26 (27) подаются в весовые воронки 28 (29) и после взвешивания транспортируются конвейерами 16 (17) в весовые воронки агломерата 18 (19). Коксовая мелочь и мелочь агломерата транспортируется конвейерами 7 (8) и 22 (23) на сборные конвейеры и далее в железнодорожные вагоны [6].

Рисунок 3. Система непосредственной выдачей шихтовых материалов

В отличие от системы шихтоподачи рассмотренной выше, эта система имеет три грузопотока: трассу дозирования кокса, трассу дозирования агломерата из центральных бункеров и трассу дозирования агломерата и добавок из боковых бункеров. Фактически, эта система является более современной и модернизированной системой шихтоподачи с конвейерным транспортированием, исключающей некоторые ее недостатки, также применяется для печей среднего объема. Производительность оборудования выбрана из условия нормальной загрузки печи при работе одной группы механизмов шихтоподачи [11, 12].

4. Система конвейерной подачи шихтовых материалов на колошник печи

Применяются на сверхмощных ДП объемом 5000 м³. Технологическая схема подачи шихтовых материалов (рисунок 4) состоит из 18 каналов выгрузки шихтовых материалов на сборные горизонтальные конвейеры, по 9 с каждой стороны наклонного конвейера [10]. Окатыши, кокс и добавки подаются на двухрядную эстакаду печи железнодорожными вагонами. Агломерат подают непосредственно с горно-обогатительного комбината системой ленточных конвейеров [5].

Рисунок 4. Система конвейерной шихтоподачи на колошник печи

Подача материалов по каждому каналу (кроме добавок) осуществляется по следующей схеме: бункер 2 – два параллельно работающих питателя 5. Питатели подают материал на сборные горизонтальные конвейеры 6, которые перегружают шихту на наклонный конвейер 1. По окончании разгрузки весовой воронки 4 производится включение грохота 3 и заполнение воронки новой дозой материала. Загрузка и разгрузка работают по заранее заданной программе загрузки печи [8].

5. Заключение

Шихтоподача является важнейшим звеном в процессе доменной плавки, поэтому особое внимание уделяется надежности и долговечности как всей конструкции в целом, так и отдельных деталей - это может быть достигнуто либо изначальной установкой высоконадежного оборудования, либо резервированием отдельных механизмов подсистемы. Изначальной целью проектирования и разработки систем шихтоподачи является создание такой системы, при которой бы при высоких характеристиках производительности и надежности были бы малые капитальные затраты на сооружение и небольшие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт. Баланс между этими факторами (эффективностью и надежностью) обеспечивает продуктивное и бесперебойное функционирование доменной печи [1,9].

Список литературы:

1. Парсункин, Б.Н. Автоматизация и оптимизация управления процессом выплавки чугуна в доменных печах: учеб. пособие / Б.Н. Парсункин, С.М. Андреев, Т.Г. Сухоносова. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2018. — 215 с. — ISBN 978-5-9967-1208-3. – Текст: непосредственный.
2. Устройство и проектирование доменных печей: учебное пособие / Л. И. Каплун, А. В. Малыгин, О. П. Онорин [и др.]: — Екатеринбург: УрФУ, 2016. — 219 с. — ISBN 978-5-321-02486-7. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/98921 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
3. Основы металлургического производства: учебник / В. А. Бигеев, К. Н. Вдовин, В. М. Колокольцев [и др.]; под общей редакцией В. М. Колокольцева. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2020. — 616 с. — ISBN 978-5-8114-4960-6. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/129223 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
4. Лялюк, В. П. Технология подготовки шихты при производстве качественного кокса для доменной плавки: монография / В. П. Лялюк. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2020. — 212 с. — ISBN 978-5-9729-0429-7. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/148347 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
5. Шевелев, Л. Н. Анализ энергоэффективности черной металлургии России и основные направления ее повышения на период до 2020 г. / Л. Н. Шевелев, А. А. Бродов. – Москва: Электрометаллургия, 2012. – 2 - 10 с.
6. Васильев, К. А. Транспортные машины и оборудование шахт и рудников: учебное пособие / К. А. Васильев, А. К. Николаев, К. Г. Сазонов. — Санкт-Петербург: Лань, 2021. — 544 с. — ISBN 978-5-8114-1245-7. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/168369 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
7. Большаков, В. И. Опыт освоения современной доменной печи, оборудованной БЗУ, в условиях изменяющегося качества шихтовых материалов. / В. И. Большаков, Ю. С. Семенов, А. М. Кузнецов. – Днепр: Металлургическая и горнорудная промышленность, 2013. – 82 - 86 с.
8. Исследование влияния параметров колошникового газа и конструкции колошника на вынос колошниковой пыли / Б. В. Корнилов, А. Л. Чайка, А. А. Сохацкий, В. Ю. Шостак // Экология и промышленность. – 2014. – №2. – С.54-58
9. Бородулин, А. В. Теплотехнические аспекты сокращения затрат энергии в металлургии чугуна: проблемы и перспективы. / А. В. Бородулин, А. А. Сохацкий, А. Л. Чайка. – Екатеринбург: Теория и практика тепловых процессов в металлургии. Сб. докл. Международной научно – практ. конференции УрФУ, 2012. – 57 - 66 с.
10. Качество кокса и перспективы доменной плавки / Д. А. Мучник, Д. А. Кассим, В. П. Лялюк, Е. О. Шмельцер. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2020. — 228 с. — ISBN 978-5-9729-0489-1. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/148358 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
11. Парсункин, Б. Н. Система визуализации при создании адаптивного комплекса локального уровня управления в АСУ ТП промышленного производства / Б. Н. Парсункин, А. Р. Бондарева, Е. И. Полухина // Электротехнические системы и комплексы. – 2015. – № 2(27). – С. 44-47.
12. Непрерывный контроль температуры жидкой стали в технологических агрегатах металлургического производства / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, А. Р. Бондарева, У. Б. Ахметов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. – 2018. – Т. 18. – № 3. – С. 33-41. – DOI 10.14529/met180304.