УДК 660.162.23.0025
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ШИХТЫ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ
© С.Ф.Бугаев, Л.Д.Никитин, Л.В.Портнов, В.В.Коляка, В.А.Долинский
ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат", Сибирский государственный индустриальный университет
Разработка и внедрение нового загрузочного устройства с дополнительным регулятором распределения - роторным распределителем потребовали дополнительного изучения принципов распределения им шихтовых материалов на поверхности колошника и разработки оптимальных режимов загрузки, обеспечивающих высокопроизводительную и экономичную работу доменной печи.
Управление радиальным распределением шихтовых материалов роторным загрузочным устройством (РЭУ) осуществляется путем изменения направления и частоты вращения роторного распределителя. Конструкция его лопастей обеспечивает незначительный разброс траекторий. Снижению эффекта перераспределения материалов при выгрузке на поверхность колошника способствует также более пологая (в сравнении с типовым загрузочным устройством) траектория их схода с поверхности лопастей и минимальная высота при движении до уровня засыпи шихты.
Как показали проведенные исследования [1, 2, 3] и длительный практический опыт работы доменных печей ОАО "ЗСМК", применение РЗУ позволяет осуществлять распределение шихтовых материалов по сечению колошника при максимальной полноте печи независимо от количества материалов в подаче, а также обеспечивать загрузку шихтовых материалов в любую заданную равновеликую кольцевую зону колошника как по общей массе, так и по отдельным компонентам при постоянном максимальном уровне засыпи шихты.
Помимо проведения модельно-макетных исследований особенностей и принципов распределения материалов РЗУ, на комбинате выполнена работа по систематизации взаимосвязей между параметрами загрузки и показателями работы печи. Для решения этой задачи была взята за основу работа [4], в которой выполнена оценка степени взаимного влияния распределения рудных нагрузок и расхода газа по радиусу печи. Установлено, что характер распределения рудных нагрузок, газопроницаемости и массы железосодержащих материалов по радиусу колошника качественно совпадает в случаях существенного увеличения рудных нагрузок в периферийной зоне печи. Однако достоверность анализа и выявление взаимосвязи в значительной мере зависят от объема и качества информации о точности реализации заданной программы загрузки, исходного профиля засыпи, распределения газопроницаемости и скорости схода шихты по радиусу
колошника, распределения полей температуры и расхода газа по его площади. Практическое использование на действующих доменных печах предложенного авторами работы [4] показателя затруднительно из-за отсутствия средств измерения расхода газа по радиусу колошника.
Неоднократно предпринимавшиеся на ЗСМК попытки использовать для анализа распределения температурных полей и расхода газа по поверхности колошника различных тепловизионных систем [5] не дали желаемого результата вследствие низкой надежности работы таких систем и отсутствия надлежащего программного обеспечения для обработки полученной информации.
При недостатке информации об изменениях перечисленных параметров целенаправленный поиск рациональных режимов загрузки осуществлялся выполнением анализа как расчетных показателей (распределения рудных нагрузок и удельных объемов шихты по радиусу колошника), так и косвенных показателей - распределения содержания С02 и температуры газа по радиусу колошника, параметров работы печи (удельный расход кокса и производительность, степень использования СО и т.д.).
Исследованиями установлено, что РЗУ потенциально может обеспечить близкое к заданному распределение рудных нагрузок в каждой подаче железорудных материалов и кокса. Однако такой способ требует разработки достаточно сложных алгоритмов для системы управления.
Реально применяется способ загрузки, при котором заданная зависимость распределения рудных нагрузок по радиусу колошника реализуется в рамках цикла загрузки, представляющего собой систематически повторяющуюся совокупность порций шихтовых материалов и кокса, загружаемых в определенной последовательности и по заданным траекториям на поверхность колошника.
В условиях ЗСМК цикл загрузки обычно состоит из 12-20 порций. Продолжительность набора и разгрузки каждой порции на поверхность колошника составляет в среднем 4 мин, в целом на отработку цикла загрузки уходит 0,8-1,5 ч. За это время загружается 600-1200 м3 шихты или 20-40% полезного объема печи. Заданный цикл реализуется системой управления, обеспечивающей загрузку железорудных материалов и кокса в определенной последовательности в задан-
ные кольцевые зоны колошника. Значения частоты вращения роторного распределителя для каждой кольцевой зоны (с учетом уровня засыпи) выбраны на основании экспериментальных данных. Они не предназначены для оперативного управления загрузкой и используются в алгоритме расчета распределения шихтовых материалов на поверхности колошника печи управляющей системой.
Дополнительное (плавное) регулирование радиального распределения шихтовых материалов и кокса осуществляется изменением толщины их слоев в отдельных равновеликих кольцевых зонах. Автоматическая система управления позволяет по нагрузке на привод роторного распределителя контролировать массовую скорость выхода шихтовых материалов и использовать эту информацию для управления распределением материалов по массе на поверхности колошника. Реализация режима выгрузки порции последовательно, в несколько равновеликих кольцевых зон колошника осуществляется изменением частоты вращения роторного распределителя в соответствии с заданием. При этом используются две возможности:
- неравномерное деление массы порции между смежными позициями в любом заданном соотношении;
- равномерное деление массы порции между заданными позициями.
Проведенные модельные и промышленные эксперименты показали, что заданное формирование распределения рудных нагрузок по радиальному сечению колошника возможно только в определенном цикле загрузки шихтовых материалов. Это достигается чередованием порций кокса (КК4-) и рудных материалов (РР1), причем рудные загружаются преимущественно в периферийную и промежуточную зоны, а кокс - в промежуточную и осевую.
Программа цикла загрузки, обеспечивающая заданное распределение рудных нагрузок по радиусу колошника печи, даже при 6-8 порциях в цикле, позволяет обеспечить достаточное сочетание различных наборов кольцевых равновеликих зон при выгрузке порций шихтовых материалов и кокса. Изменение их сочетания используется для управления газопроницаемостью столба шихтовых материалов по радиальному сечению печи. В качестве дополнительного средства корректирования газопроницаемости можно применять загрузку смешанных порций железорудных материалов и кокса (КР1), однако на практике от них отказались из-за недостаточной эффективности.
Для регулирования распределения материалов на поверхности колошника часто используется формирование заданного исходного профиля, исключающего пересыпание шихтовых материалов по поверхности засыпи. Этот прием применяют в основном при распределении на колошнике окатышей, имеющих повышенную текучесть, для исключения попадания их в периферийную зону печи. Формирование перед разгрузкой окатышей заданного профиля засыпи позволяет основную их массу уложить в средней зоне колошника
шириной до половины его радиуса и исключить смещение их к периферийной зоне. Распределение окатышей или руды по радиусу колошника используется также для управления формой зоны плавления (уровня корня зоны, формы, толщины и т.д.).
Закономерность распределения рудных нагрузок по сечению печи обычно стабильна, но может изменяться в некоторых пределах в зависимости от вида и качества используемых шихтовых материалов и кокса, а также параметров дутьевого режима. Основная задача подбора оптимального распределения шихтовых материалов - обеспечить ровный стабильный ход печи в условиях текущих (незначительных) колебаний качества и состава шихтовых материалов и кокса, а также минимальное вмешательство технологического персонала в распределение материалов для корректировки хода печи.
При загрузке шихтовых материалов с конуса траектория движения шихты практически неизменна, и для смещения в небольших пределах положения гребня используется изменение уровня засыпи. Распределение рудных нагрузок по радиусу печи в этом случае обеспечивается за счет смещения шихтовых материалов по скату воронкообразного профиля изменением чередования загрузки кокса и железорудных материалов на большой конус.
При загрузке роторным распределителем главным средством управления является изменение траекторий движения шихтовых материалов в рабочем пространстве печи, что позволяет максимально использовать ее рабочий объем и повысить степень использования энергии отходящих колошниковых газов.
РЗУ оборудовано системой автоматического управления, выполненной на программируемых контроллерах и обеспечивающей управление приводом роторного распределителя по заданной программе, контроль и управление всеми механизмами загрузки и включающей необходимые блокировки. В системе предусмотрена диагностика основных механизмов и системы управления, а также оперативное извещение технологического персонала о тех или иных отклонениях от заданного режима работы.
Система позволяет гибко настраивать режимы работы РЗУ, контролировать и анализировать результаты работы механизмов при выгрузке предшествующих порций материалов. Кроме того, ведется подробный рапорт загрузки печи, фиксируются параметры загрузки (что позволяет при необходимости анализировать работу программы), реальная циклограмма работы механизмов системы загрузки, нагрузочная и скоростная диаграммы работы привода роторного распределителя. Развитое автоматизированное информационное обеспечение работы системы загрузки существенно облегчает управление загрузкой и распределением шихтовых материалов и кокса.
Применение РЗУ, обеспечивающего глубокое радиальное регулирование распределения шихтовых м
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.