Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Металлургия цветных металлов

Диссертационная работа:

Голубев Владимир Олегович. Оптимизация режима работы и конструкции шахтной печи известкового производства черной металлургии : диссертация... кандидата технических наук : 05.16.02 Санкт-Петербург, 2007 166 с. РГБ ОД, 61:07-5/3376

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 13

  1. Свойства сырьевых материалов и продуктов обжига 13

  2. Особенности процесса шахтного обжига известняка и разновидности шахтных печей 20

  3. Методы теплотехнического расчета шахтных печей 34

  4. Постановка задач исследования 50

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОФИЗИКИ
ШАХТНОЙ ПЕЧИ ОБЖИГА ИЗВЕСТНЯКА 52

2.1. Синтез математической модели тепломассообмена

в шахтной печи с осевой симметрией 52

  1. Математическая модель диссоциации одиночной гранулы карбоната кальция 61

  2. Алгоритм решения модели и его программная реализация 68

2.4. Идентификация и оценка адекватности математической модели 77
ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСШИХ МАРОК
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ИЗВЕСТИ В ШАХТНОЙ ПЕЧИ 80

  1. Анализ химического состава известняков 80

  2. Исследование кинетики обжига тонкодисперсного известняка 81

  3. Изучение кинетики обжига крупнокускового известняка 83

  4. Оценка лимитирующих стадий обжига гранулы 87

  5. Анализ реакционной способности извести 92

  6. Численный расчет обжига известняка в типовой шахтной

газовой печи 99

  1. Исследование влияния высоты печи и положения горелочных поясов на тепловую работу печи 104

  2. Исследование влияния режимных параметров

на тепловую работу печи 106
ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННОГО

ОФОРМЛЕНИЯ И РЕЖИМНАЯ НАСТРОЙКА ШАХТНЫХ ПЕЧЕЙ 109

4.1. Результаты теплотехнического обследования шахтных печей

с прямым профилем футеровки 109

4.2. Оптимизация обжига известняка в шахтной печи

ОАО «МЗ «Петросталь» 113

4.3. Исследование процесса движения материала

в шахтной печи ФГУП «ЛПЗ» 122

4.4. Исследование условий возникновения кольцевого тока газов

на примере шахтной печи ФГУП «ЛПЗ» 126

  1. Обоснование преимуществ прямоточно-противоточной схемы теплообмена 128

  2. Расчет условий функционирования шахтной печи с прямоточно-противоточным принципом теплообмена и нижним контуром рециркуляции газов 133

ВЫВОДЫ 139

ЛИТЕРАТУРА 141

ПРИЛОЖЕНИЯ 149

Введение к работе:

Актуальность. Производственные мощности отечественных заводов черной металлургии наращиваются темпом 8-9 % ежегодно. Устойчивый восходящий тренд мирового производства стали, которое за последние 10 лет возросло на 165 %, позволяет прогнозировать дальнейший рост спроса на сырье и оборудование как для основного, так и для вспомогательных производств.

В сталеплавильном и ферросплавном процессах важное место занимает известь, которая применяется в составе твердых шлакообразующих смесей и служит для удаления из расплава фосфора, серы, кремния, марганца. Для производства качественных сталей в установках типа печь-ковш, электропечах и конвертерах требуется известь, отличающаяся высокой активностью, малым временем гашения и низкой зольностью. Отечественные заводы нуждаются в эффективном печном оборудовании с низким энергопотреблением и невысокой стоимостью, позволяющем производить известь, соответствующую мировым стандартам качества.

Многочисленные исследования посвящены улучшению старых и разработке новых конструкций шахтных печей. В этом преуспели крупные зарубежные инжиниринговые компании, такие как: "Maerz" («Мерц», Германия), "Cimprogetti" («Симпрогетти», Италия), "Chisaki" («Чисаки», Япония). Заметная роль в развитии теории и практики шахтного обжига известняков принадлежит отечественным ученым: А.В. Монастыреву, Н.П. Табунщикову, Я.М. Гордону, Е.В. Максимову и другим. В области оборудования и способов производства извести зарегистрировано около 150 действующих российских патентов, но не смотря на это отечественные шахтные печи уступают зарубежным как в уровне энергопотребления, так и качестве выпускаемой извести. Причина этого кроется, по-видимому, в недостаточном использовании возможностей шахтного обжига. Мало изученными до сих пор остаются некоторые вопросы, касающиеся кинетики диссоциации известняка, аэродинамики шахты, условий движения материала, особенностей сжигания топлива, режимной оптимизации.

Исследования выполнялись в соответствии с грантом СПГГИ (ТУ) «Подготовка диссертации на соискание ученой степени кандидата наук» (2004 год), госбюджетной тематикой 6.30.00 «Исследование теоретических основ, разработка ресурсосберегающих безопасных технологий с применением компьютерного моделирования в производстве металлов» (I кв. 2005 – IV кв. 2007 г.г.) и хоздоговором ХД 11/2005 «Изучение состава, физико-химических и теплофизических свойств металлургических известняков». Работа соответствует перечню критических технологий РФ в областях «компьютерное моделирование» и «энергосбережение».

Цель работы. Разработка эффективных теплотехнических и аппаратных решений для реализации процесса обжига металлургического известняка в шахтной печи с получением извести сталеплавильной по стандарту ИС-1.

Методы исследований. В работе были использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. При проведении анализов химического состава известняков и извести применялись физические, физико-химические и химические методы изучения свойств: атомно-абсорбционный анализ, гравиметрия, титриметрия. Кинетика обжига известняка изучалась методом термогравиметрии. При выводе аналитических зависимостей применены положения теории математического моделирования и системного анализа. В основу режимной настройки печи положен метод многопараметрической оптимизации с ограничениями. При постановке и проведении лабораторных и опытно-промышленных испытаний реализованы методы планирования эксперимента и статистического анализа, использованы заводские методы технологического контроля.

Научная новизна работы

– в математической модели шахтной печи обжига известняка учтены процессы тепломассообмена между газами и материалом, кинетика химического разложения известняка и выгорания газообразного топлива, гидродинамика газового потока и механика движения дисперсной твердой фазы, что позволяет решать задачу оптимизации печи;

– в математическом описании обжига гранулы карбоната кальция приняты во внимание: внутренний тепломассообмен, кинетика диссоциации карбоната кальция, нестационарный характер внешних условий;

– определены условия получения в шахтной печи быстрогасящейся извести с низким содержанием CO2 по стандарту ИС-1;

– установлена теплотехническая целесообразность применения на шахтной печи известкового производства прямоточно-противоточной схемы теплообмена в сочетании с нижним контуром рециркуляции газов.

Практическая значимость и реализация результатов работы

– предложены принципиальные технические решения для реализации прямоточно-противоточной схемы теплообмена, исполнению узла отвода печных газов и воздуха в нижней части зоны обжига, обходного борова и камер сгорания верхнего пояса;

– выполнен расчет гидродинамики и выгорания топлива для шахтной печи ОАО «МЗ «Петросталь», производительностью 12-20 т/сут, разработаны рекомендации по совершенствованию ее конструкции и режима работы; в 2006 г печь реконструирована, в период пусконаладочных работ проведена ее режимная оптимизация; за счет конструктивных и режимных изменений расход газа снижен со 140-145 до 66-73 м3/час, содержание полезных оксидов повышено с 63-70 до 75-80 % при прежней производительности;

– при разработке проекта строительства шахтной печи производительностью 36-40 т/сут на ФГУП «Литейно-прокатный завод» реализован, предложенный в работе, способ периферийной разгрузки печи через дефлектор с отверстиями; использована методика пуска и разогрева шахтной печи с выводом на оптимальные параметры работы; применен алгоритм регулирования температуры обжига с поддержанием максимума теплового к.п.д.; по результатам опытно-промышленных испытаний в 2007 г установлено, что содержание активных оксидов в извести составляет не менее 88 %.

Достоверность результатов работы. Приводимые результаты, выводы и рекомендации обоснованы путем сопоставления результатов численных расчетов, лабораторных анализов, экспериментальных и производственных данных. Эффективность предложенных мероприятий подтверждена в ходе опытно-промышленных испытаний и по итогам внедрения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной конференции «Металлургические технологии и экология» (ВО «РЕСТЭК», Санкт-Петербург, 2005); отраслевом семинаре производителей извести (ОАО «УИК», пос. Угловка, Новгородская обл., 2005); семинаре «Промышленные печи и высокотемпературные реакторы» (ВО «РЕСТЭК», Санкт-Петербург, 2006); конференции «Асеевские чтения» (Санкт-Петербург, 2006); научно-технических конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007); семинарах кафедр печей, контроля и автоматизации металлургического производства, а также автоматизации технологических процессов и производств СПГГИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей.

Автор диссертационной работы выражает благодарность директору ЗАО «Концерн «Струйные технологии» С.И. Жигач, заместителю директора – В.Е. Никольскому, начальнику отдела 96012 ЗАО «Металлургический завод «Петросталь» В.А. Русавскому, зам. генерального директора ФГУП «Литейно-прокатный завод» В.П. Стаину за помощь в организации и проведении исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста (в том числе 35 рис., 23 табл., 3 прил.) и включает введение, четыре главы, выводы, библиографический список из 136 литературных источников.

Подобные работы
Легостаев Геннадий Семенович
Совершенствование конструкции и режима работы сверхмощных дуговых сталеплавильных печей
Лисаков Юрий Николаевич
Исследование и разработка технологии производства пеноникеля методами карбонильной металлургии
Андреев Сергей Михайлович
Оптимизация режима нагрева металла в методических печах
Ахметов Урал Булякбаевич
Интенсификация плавления шихты в дуговых сталеплавильных печах путем оптимизации управления энергетическим режимом
Кривцов Алексей Юрьевич
Исследование и разработка методов повышения эффективности режимов работы доменных воздухонагревателей с учетом их индивидуальных теплотехнических характеристик
Найденов Роман Эдуардович
Внедрение усовершенствованных режимов работы методических печей на основе развития методов и средств информационной технологии промышленного эксперимента
Рябчиков Михаил Юрьевич
Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс]
Мишин Юрий Петрович
Совершенствование теплового режима доменной плавки с целью повышения технико-экономических показателей работы печи
Дик Марк Иосифович
Совершенствование работы и конструкции горна доменной печи большой мощности с целью повышения эффективности плавки
Третьяков Ярослав Александрович
Анализ конструкций алюминиевого электролизера методами компьютерного моделирования с целью улучшения показателей работы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net