Реализация новых подходов к разработке технологического оборудования для окускования железорудных ма...
Министерство
образования и науки Украины
Криворожский
технический университет
Кафедра металлургии
черных металлов и литейного производства
РЕФЕРАТ
Тема
Реализация новых подходов к разработке
технологического оборудования для окускования железорудных материалов
Подготовил:
ст.гр.МЧМ 04-1
Строганов
А.В.
Принял : Губин
Г.В
Кривой Рог
2008 г.
Реализация
новых подходов к разработке технологического оборудования для окускования
железорудных материалов
Вяткин
А.А., Головырин С.С., Доронин Д.Н., Жилкин В.П., Скачкова С.С.
ООО
«Уралмаш–Металлургическое оборудование»
Последние
годы фирма «Уралмаш-Метоборудование» стремится к организации комплексных
поставок оборудования, как при реконструкции существующих производств, так и
строительстве новых комплексов подготовки доменного сырья. При этом
предполагаются следующие основные этапы работы:
–
проведение
всестороннего обследования объекта внедрения, организация натурных и
лабораторных испытаний, расчетно-теоретический анализ, позволяющий сформировать
комплекс технических предложений;
–
выбор
оптимального плана реконструкции и конструктивных и режимных параметров
объектов проектирования и систем управления этими объектами; формирование
технико-коммерческого предложения;
–
разработка и
комплексная поставка оборудования и систем управления;
–
проведение
пуско-наладочных работ и сертификация оборудования;
–
организация
сервисного обслуживания.
Осуществляемый подход позволяет Заказчику обеспечить
максимальную эффективность вложений в приобретаемое оборудование.
На
разных этапах привлекаются ведущие организации или отдельные специалисты и
ученые. Например, по обжиговому оборудованию специалисты фирмы много лет успешно
работают совместно с ООО «НПВП ТОРЭКС». Это позволило создать типоразмерный ряд
обжиговых машин, соответствующих современным требованиям, снабженных
автоматизированными системами управления. Последние разработки предусматривают
подсистему управления машиной по условиям безопасности режимов работы обжиговых
тележек. К разработке, испытаниям, наладке и сертификации горновых горелочных
устройств привлекается специализированная организация НПФ «Горелочный центр».
Адаптация оборудования к новым технологиям производства агломерата и разработка
систем управления его качеством проводятся совместно с учеными ООО «Феррокс» и
Уральской государственной горной академии (проф. Зобнин Б.Б.) и др.
Работа
в команде со специализированными научными организациями и авторитетными учеными
позволяет фирме рационально организовать ведение научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ и достигать определенных результатов в создании
новой техники.
При
переходе на тонкоизмельченные концентраты особенно важной становится подготовка
агломерационной шихты: точное дозирование компонентов, смешение и окомкование,
а также равномерная укладка шихты на аглоленту, исключающая разрушение гранул и
понижение проницаемости слоя.
Учитывая
повышение требований к шихтоподготовке, фирма предлагает заказчикам широкий
спектр барабанных смесителей и окомкователей [1], а также комбинированные
смесители-окомкователи. Для улучшения процесса окомкования, уменьшения содержания
мелких фракций и повышения газопроницаемости аглошихты предлагаются окомкователи
на резиновых опорных роликах, а также окомкователи с центральным осевым
приводом, которые уменьшающих вибрацию, а следовательно, и саморазрушение
гранул при окомковании. По желанию заказчика агрегаты могут быть оборудованы
системами автоматического контроля и регулирования подачи воды для обеспечения
оптимальной влажности шихты. Возможна поставка агрегатов с регулируемым числом
оборотов барабана.
Для
загрузки предлагается новая конструкция распределителя шихты с непрерывной
рейкой, исключающая волновой характер укладки, а также загрузочные устройства с
регулировкой шибера по высоте и углу наклона, стабилизирующее загрузку и
повышающее проницаемость слоя вследствие специально организованной сегрегации
частиц.
Создана
конструкция малогабаритного горна с факельным зажиганием топлива
агломерационной шихты и сводовыми горелочными устройствами, расположенными на
минимальном расстоянии от поверхности слоя. Его преимуществами по сравнению с
радиационными камерными горнами с боковыми горелками являются:
– минимальные потери от лучистого теплообмена во
внутреннем пространстве горна, позволяющие получить необходимую температуру в
горне при большем избытке воздуха и, следовательно, большем содержании необходимого
для эффективного зажигания кислорода в продуктах сгорания;
– форсированный нагрев и зажигание поверхностного слоя
шихты за счет интенсивного конвективного теплообмена с факелом;
– небольшие габариты горна и, следовательно, меньшие
потери тепла в окружающую среду и затраты на металлоконструкции и огнеупоры;
– высокая эффективность использования газообразного
топлива;
– расход тепла на зажигание не более 100МДж на тонну
агломерата.
Работа проделана совместно со специалистами Уральским
государственным техническим университетом, ООО «Феррокс», НПФ «Горелочный
центр» а также лабораториями и техническими службами аглопроизводства ОАО
«Северсталь».
Горелочное
устройство горна представлено на рис. 1.
Рис.1.
Схема горелочного устройства ГУП-2,8/1,5: 1 – воздухоподводящая коробчатая
балка; 2 – плоскопламенная горелка [2]; 3 – экранирующий элемент (колосник); 4
– перфорированный лист; 5 –патрубок подвода газа; 6 – то же, воздуха.
Горелочное
устройство работает следующим образом. Холодный воздух от вентилятора через
патрубки 6 поступает в нагнетательные полости балок 1. Из нагнетательных полостей
воздух с высокой скоростью выходит через отверстия в перфорированных листах
струйного охлаждения 4 в виде атакующих струй, омывающих нижнюю стенку балки,
охлаждая ее. Нагретый воздух вытекает в горн через завихрители горелок 2.
Топливо подается через газовые сопла горелок, смешивается с воздухом, выходящим
из завихрителей, и сгорает в рабочем пространстве горна вблизи свода.
Устройства дают рассредоточенный факел с равномерным распределением температур
по площади слоя и устойчиво работает без специальных горелочных камней.
Одновременно
с конструкторскими работами поводились экспериментальные исследования на
стендах и действующих агломашинах, проводился расчетно-теоретический анализ
процесса зажигания.
В
результате разработана модель расчета зажигания и методика оптимизации
конструктивных и режимных параметров горнов [3], опробованы в промышленных условиях
ОАО «Северсталь» сводовые плоскопламенные горелочные устройства ГУП-2,8/1,5
[4], отработаны экономичные режимы зажигания.
В
настоящее время, наряду с горнами, оборудованными горелками описанной конструкции,
фирма предлагает заказчикам малогабаритные горны, оснащенные сводовыми
многосопловыми турбулентными горелками с регулируемой длиной факела конструкции
ВНИИМТ. Предлагаемая система отопления позволяет использовать для сжигания газа
воздух, подогретый в охладителе агломерата до 250-300 °С.
Фирма «Уралмаш-Металлургическое оборудование»
располагает методиками проведения термопрочностных расчетов, опытом
проектирования и поставок тележек с бортами и корпусами из графитизированного
чугуна, имеющих несомненные преимущества перед стальными:
–
чугун обладает
лучшими литейными свойствами, что позволяет изготавливать корпус тележки не из
2-х или 3-х частей, а цельнолитым. Благодаря этому, уменьшается вес, снижаются
трудозатраты на изготовление, обусловленные исключением механообработки
торцевых поверхностей частей корпуса и болтовых соединений;
–
чугун практически
не содержит легирующих добавок, поэтому стоимость его ниже, чем сталей
применяемых в настоящее время для изготовления тележек;
–
чугунные корпуса
тележек не подвержены в процессе эксплуатации появлению прогибов в средней
части, что позволяет сэкономить средства на ремонтах и продлить срок
эксплуатации.
Химический
состав, характер микроструктуры и механические свойства графитизированных
чугунов, используемых для отливки элементов спекательных тележек (корпусов и
бортов) приведены в таблицах 1, 2 и на рис.2.
Таблица
1
Марка
|
Массовая доля элементов, %
|
Назначение
|
Структура
|
C
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Cr
|
Ni
|
Ti
|
Mg
|
ВЧ45
|
3,4
|
3,12
|
0,5
|
0,007
|
0,005
|
0,31
|
0,02
|
0,03
|
0,07
|
Борт
|
ВЧ50
|
3,2 3,8
|
2,6 3,1
|
0,3 0,7
|
до 0,01
|
до 0,02
|
до 0,10
|
|
|
|
Борт
Корпус
|
феррито-перлитная,
|
ВЧ60
|
3,2 3,6
|
2,4 3,0
|
до 0,5
|
до 0,10
|
до 0,02
|
до 0,10
|
0,02 0,07
|
до 0,05
|
0,06 0,10
|
Корпус
|
Перлито-ферритная
|
Таблица 2*
Материал
|
ВЧ-60
|
ВЧ-45
|
aЕ, кг/(мм*°С)
|
0,19
|
0,2
|
Твердость, НВ
|
187-255
|
159
|
Относительное удлинение d, %
|
3,0-14,4
|
5,7-14,6
|
*Механические
свойства материалов даны при t = 200C
Рис. 2.
Механические свойства материалов
С 1996
года на аглофабрике №2 Руркельского метзавода (Индия) работает машина площадью
спекания 192 м2, оснащенная тележками с чугунными корпусами и бортами,
изготовленными фирмой «Симплекс» из чугуна аналогичного марке ВЧ60 по чертежной
документации, конструкторами фирмы. Проектированию предшествовали промышленные
испытания опытных образцов, изготовленных Уралмашзаводом, на комбинате «Южуралникель»,
г. Орска, а также испытания опытных тележек, изготовленных фирмой «Симплекс»,
на аглофабрике №1 Руркельского метзавода. Полученные результаты послужили
основой для проектирования автоматизированной системы защиты агломашины в аварийных
ситуациях, предотвращающей перегрев тележек во время остановок.
Пять
опытных цельнолитых корпусов тележек шириной 3,0м находятся в эксплуатации с
июля 2002 года на машине АКМ-75 ОАО «ММК». Осуществлена поставка 100 корпусов
для машины АКМ-92 №6 аглопроизводства ОАО «Северсталь». Данная машина, оснащенная
новыми тележками, реконструирована и пущена в эксплуатацию в декабре 2002 года.
В 2003 году изготовлено 40 спекательных тележек шириной 4,0м с цельнолитыми чугунными
корпусами высотой 0,39м и весом 3450 кг для агломашины АКМ-312 № 11 того же комбината.
Расширяя
объемы внедрения и диапазон типоразмеров спекательных тележек с элементами из
высокопрочного чугуна, специалисты ООО «Уралмаш - Металлургическое
оборудование» и стараются назначить их конструктивные параметры и подобрать
свойства материала, оптимально соответствующие конкретным условиям
эксплуатации, обеспечить заданный срок службы.
Для этого в течение всего периода опытно промышленной
эксплуатации осуществляется авторский надзор за работой тележек, производится
оценка температурных режимов. В стадии разработки находится система
непрерывного мониторинга состояния элементов спекательных тележек.
Специалистами фирмы разрабатываются методики
моделирования комплексов и отдельных технологических агрегатов, основанные на
совместном использовании физических и математических моделей и позволяющие
решать задачи разработки новых конструкций технологических агрегатов,
определения оптимальных технологических параметров проектируемого оборудования
и создания систем управления оборудованием. Совместно с ОАО «Северсталь», ООО «Феррокс» и Уральским
государственным горным университетом разработана аналитико-экспериментальная
модель прогнозирования свойств и управления качеством агломерата, учитывающая
динамику процесса агломерации и информационных потоков. Разработан программный
продукт, позволяющий оперативно анализировать технологическую ситуацию и
вырабатывать управляющие воздействия по стабилизации состава и свойств
агломерата путем корректировки расхода компонентов шихты, включая твердое топливо.
Предложенная и реализованная система управления
качеством агломерата включает блок подготовки исходных данных, блок расчета и
прогнозирования, а также блок статистической адаптации модели к реальному
процессу.
Базовым расчетным блоком системы является балансовая
модель расчета шихты, дополненная уравнением зависимости содержания FeO в
агломерате от свойств шихты, содержания в ней углерода и параметров процесса
спекания:
FeOa= φ(Cш; FeOш; В; Пс ),
где Сш, – содержание углерода в шихте, %;
FeOш - содержание монооксида железа в шихте, %;
В – заданная основность агломерата, ед.;
Пс – параметры процесса спекания.
Решение системы уравнений позволяет определить расходы
железорудных материалов, флюса и твердого топлива для получения агломерата
заданного состава и дает возможность прогнозировать ряд показателей спекания,
включая удельную производительность агломашин, общую пористость,
восстановимость, температурный интервал плавления агломерата и др.
Сопоставление значений прогноза содержания FeO в
агломерате, с его фактическими значениями, полученными на основании анализа
отобранных проб, представлено на рис. 3. Среднее квадратическое отклонение
прогнозного значения монооксида железа в агломерате от фактического составляет
0,45%, основности - 0,03, MgO – 0,03%.
Рис. 3. Сопоставление прогнозного значения содержания
монооксида железа в агломерате с фактическим
Предложенный новый
алгоритм управления и математическая модель позволяют прогнозировать химический
состав агломерата, включая массовую долю FeO, по фактическим значениям расходов
и химическому составу компонентов шихты и оперативно корректировать состав
шихты с целью достижения требуемых параметров качества агломерата. Разработан и
адаптирован к условиям АГП ОАО «Северсталь» программный продукт для реализации
новой модели управления. Его использование позволяет стабилизировать
физико-химические свойства агломерата.
Комплектация агломерационного оборудования,
выпускаемого фирмой, описанной системой управления технологическим процессом
позволит формировать высокопроизводительные производственные комплексы нового
поколения, повысить качество продукта, снизить энергозатраты и улучшить условия
работы персонала.
В настоящее время фирмой проводятся работы по
комплектной поставке ОАО «НТМК» оборудования шихтоподачи для доменной печи №5.
Всего в поставку входит более тридцати позиций технологического оборудования
(питатели, весодозаторы, дозирующее и конвейерное оборудование). Благодаря
работе с заказчиками и соисполнителями в интерактивном режиме, удалось в
короткие сроки максимально адаптировать весь комплекс оборудования к крайне
стесненным условиям. Конструкторами фирмы для комплекса разработаны грохота
агломерата ГСТ-71 (17 шт.) и грохота кокса ГИСЛ-52 (5 шт.). Оба грохота
являются новой номенклатурой. При проектировании была пересмотрена традиционная
концепция компоновки грохотов, что позволило существенно уменьшить габариты при
сохранении поверхности грохочения. Так, габарит грохота по ширине уменьшен с
4,8м до 2,8 м, а по высоте – с 2,3м до 1,9м.
Оперативное решение
поставленных задач было бы весьма затруднительным без применения современных
компьютерных технологий. Основная задача при создании нового грохота - это
определение центра масс качающейся части и успешного размещения привода с
вынуждающей силой, проходящей через центр масс. Также очень важна
характеристика момента инерции грохота для правильного размещения опор.
Программа трёхмерного моделирования Solid Edge позволила в короткие сроки
создать модель грохота и анализировать собираемость узлов.
Таким образом, в настоящее время деятельность фирмы в
области поставок оборудования для подготовки железорудных материалов
ориентирована на полное удовлетворение требований заказчиков к эксплуатационным
характеристикам машин и качеству производимого продукта.
Опыт проектирования оборудования
для реализации металлургических технологий специалисты фирмы успешно используют
для создания агрегатов переработки не железорудных видов сырья. В текущем году
по заданию, головной организации - «Механобр-Техника» специалистами фирмы «Уралмаш-Металлургическое
оборудование» выполнен технический проект мусоросжигательного оборудования -
смесителя-сушилки твердых
бытовых отходов и
конвейерной мусоросжигательной машины.
Список использованных источников
1. Производство агломерата. Технология, оборудование,
автоматизация. В.П. Жилкин, Д.Н. Доронин. Под общ. ред. Г.А. Шалаева.
Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2004, 292 с.
2. Пат. 2183798 РФ, 20.06.2002. Горелочное устройство/
А.И. Зыскин, С.С. Скачкова.
3. Применение математической модели для оптимизации
процесса зажигания / Е.Г. Дмитриева, В.П. Жилкин, А.В. Малыгин, С.С. Скачкова
// Бюл. «Черная металлургия», 2005, №3. С. 34 – 36.
4. Пат. 2229665 РФ, 27.05.2004. Зажигательный горн
агломерационной машины/ А.И. Баринов, А.А. Винтовкин, Д.Н. Доронин и др.
Статья опубликована в
Сборнике трудов конференций и семинаров Недели металлов в Москве 14-18 ноября 2005 г.