Анотація до роботи:

Чайка О.Л. Аналітичне дослідження та вдосконалення процесів у фурменій зоні доменної печі. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.16.02 – “Металургія чорних металів”, ІЧМ НАНУ ім. З.І. Некрасова НАН України, м. Дніпропетровськ, 2003.

У дисертації подано системне дослідження ФО, факторів, які впливають на формування, теплову і газодинамічну роботу потоку фурменого газу.

Розроблено науково-теоретичні основи та метод розрахунку температурного потенціалу горнових газів під час виплавки різних марок чавуну. Дана енергетична оцінка випаровування елементів чавуну і вплив цього процесу на тепловий баланс ФО, складений з урахуванням довжини ФО й інших факторів.

На підставі наукових узагальнень створено математичний апарат оперативного аналізу й прогнозування очікуваних результатів розвитку струминних і процесів спалювання палива у ФО, процесів випаровування елементів чавуну при зміні дуттьового режиму.

Розроблена блокова (модульна) оптимізаційна модель ФО, що дає змогу використовувати розрахункові формули енергетики, аеродинаміки і термохімії процесів ФО для вибору раціональних параметрів роботи фурменої зони, у якій використовується блок балансових температур, що дозволяє удосконалювати теорію доменної виплавки спеціального чавуну і може бути використана в системах АСУ.

Оцінена можлива, газодинамічна робота ФО за інжекцією горнового газу.

1. З аналізу газодинамічної і теплової роботи ФО, визначена важливість формування газового потоку у фурменій зоні, який забезпечує необхідний потенціал горнового газу, узгодження роботи низу і верху доменної печі, підвищення стійкості шахт, фурмених приладів та економію коксу, що вимагає подальшого розвитку аналітичних досліджень ФО. Наукову базу дослідження складають загальні закони гідроаеродинаміки, закономірності теплової роботи фурменої зони, термохімічна модель ФО А.Г. Байбуза, і результати зондування горна доменної печі № 9 КДГМК “Криворіжсталь”, отримані раніше в ІЧМ НАН України.

2. Розроблено науково-теоретичні основи й метод розрахунку енергетичних характеристик фурменої зони доменної печі під час виплавки різних марок чавуну з урахуванням випаровування технологічних матеріалів, розмірів ФО та інших факторів. Для контролю і керування тепловими процесами в горні запропоновано критерій енергетичного потенціалу фурмених газів, який складається з балансової температури і витрат тепла на випаровування технологічного матеріалу у фурменому осередку.

3. Уточнена і розширена термохімічна модель ФО, що, водночас з процесами горіння палива, враховує окислення компонентів чавуну, газодинамічні явища, які протікають у ФО, і параметри шару коксу, у якому формується зона горіння. На цій основі розроблено метод розрахунку складу, температури, а також тиску, швидкості, витрат газу, кількості випаруваного матеріалу вздовж ФО при зміні складу, параметрів дуття й діаметра фурм.

4. Розроблено й реалізовано принцип побудови оптимізаційної задачі ФО, що, дає змогу формалізованими методами вибрати склад, параметри дуття й конструкцію фурм, використовуючи розрахункові формули для визначення енергетичних, газодинамічних, конструктивних, технологічних і інших параметрів ФО, у рамках обмежень, накладених на робочі характеристики процесу, і може використовуватися в АСУ ТП доменної печі.

5. Ефективна виплавка доменного феромарганцю можлива на існуючих доменних печах. Для скорочення випаровування марганцю рекомендовано збільшувати поверхню ФО, “пасивувати” енергетичний і окисний потенціал дуття вдуванням у ФО порошкових марганцевмісних матеріалів і паливних добавок. Збільшення тиску газів з 0,2 до 0,4 МПа дозволяє більш ніж у 1,5 рази знизити витрати теплоти на випаровування технологічного матеріалу при високих температурах у ФО. Ці рекомендації дають змогу забезпечити ефективну роботу доменної печі на феромарганці при високих параметрах комбінованого дуття: температурі понад 1300⁰С і вмісті кисню понад 30 %. Інтенсивність випаровування ванадію, навпаки, мала, що не дозволяє впевнено говорити про значні його втрати і небаланси в печі через випаровування.

6. Дослідженнями технологічних режимів у двох однотипних печах підприємств КДГМК “Криворіжсталь” і ВАТ “Північсталь” виявлена роль тиску, кінетичної та внутрішньої енергії дуття в забезпеченні раціональних параметрів газового потоку по довжині фурменого осередку. Внутрішня енергія визначає температуру газів, розташування фокуса горіння, розміри ФО, відзеркалює теплову потужність доменної печі і є основним показником інтенсивності доменної плавки. Керуючи кінетичною енергією (швидкістю газового потоку) можна змінювати розташування фокуса горіння і глибину проштовхування газу до центра печі.

7. Освоєння режиму з центральним розподілом газу доцільно починати з задування печі взаємозв’язаними прийомами знизу й зверху печі. Для забезпечення центрального газорозподілу швидкості витікання доменного дуття, приведені до нормальних умов, повинні складати 180 – 200 м/с на малих печах і 200 – 220 м/с на великих печах, величину коксової подачі рекомендовано розраховувати за принципом В.І. Гулиги. Для формування центрального ходу (вихід на швидкості дуття 170 м/с і вище) ефективного прогрівання центральної зони доменної печі, узгодження газодинамічної й теплової роботи верху і низу печі рекомендовано під час задування доменних печей збагачення дуття азотом.

8. На основі уявлень теорії інжекції запропонована методика оцінювання газодинамічної роботи струменя дуття щодо залучення горнового газу в ФО і відзначені перспективи подальшого експериментального дослідження й управління цим явищем. Установлено, що інтенсифікувати процес інжекції горнового газу і його вплив на параметри ФО можна шляхом зменшення діаметра фурм, зберігаючи витрати дуття або збільшуючи витрати дуття, не зменшуючи діаметр.

Публікації автора:

1. Совершенствование тепловой модели фурменной зоны доменной печи / А.Л. Чайка, А.В. Бородулин, Г.Т. Цыганков и др // Производство чугуна на рубеже столетий: Труды V Междунар. конгресса доменщиков. – Днепропетровск: Пороги, 1999. – С. 332 – 334.

2. К вопросу о температурном потенциале горновых газов шахтных печей / А.Л.Чайка, А.Г. Байбуз, А.В. Бородулин и др. // Вопросы химии и химической технологии. Спец. Выпуск. Материалы Междунар.-науч. конф. – Днепропетровсквск, 2000. – № 1. – С. 338 – 342.

3. Системный подход к процессам в фурменной зоне доменной печи: становление и развитие / Ю.Я. Абраменков, А.Г. Байбуз, А.Л. Чайка и др. // Металлургическая теплотехника: Сб. науч. тр. – Днепропетровск: НМетАУ, 2000. –Т. 3. – С. 3 –20.

4. Уральский марганец: прошлое, настоящее и будущее / В.В. Бабанаков, А.В. Бородулин, Е.Ф. Шкурко, А.Л. Чайка // Теплофизика и информатика в металлургии: достижения и проблемы: Материалы Междунар. конф. к 300-летию металлургии Урала, 80-летию металлургического факультета и кафедры “Теплофизика и информатика в металлургии”. – Екатеринбург, 2000. – С.83 –88.

5. Бабанаков В.В., Бородулин А.В., Чайка А.Л. Тепловые потери доменных печей при выплавке различных марок чугуна // Известия вузов. Черная металлургия. – 2000. – № 11. – С.62 – 63.

6. Оптимизационная модель фурменной зоны доменной печи / Ю.Я.Абраменков, А.Г. Байбуз, А.Л. Чайка и др. // Материалы VI Междунар. науч.-технич. конф. “Тепло- и массообменные процессы в металлургических системах”, Мариуполь. – 2000. – С. 227 –232.

7. О рациональном использовании марганцевых ресурсов Украины / А.В.Бородулин, Н.М. Можаренко, А.Л. Чайка и др. // Сучасні проблеми металургії: Матеріали наук.-практич. конф. “Проблеми і перспективи одержання конкурентоздатної продукції в гірничо-металургійному комплексі України”. – Днепропетровск: НметАУ, 2001. – Т. 3. – С.208 – 219.

8. Применение системного анализа при исследовании процессов в фурменной зоне доменной печи / А.Г. Байбуз, А.П. Васильев, А.Л. Чайка и др. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. науч. тр. – Киев: Наукова думка, 2001. – Вып. 4. – С.59 – 62.

9. Использование оптимизационных моделей в доменном производстве / А.Г. Байбуз, А.В. Бородулин, А.Л. Чайка и др. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. науч. тр. – К.: Наукова думка, 2001. – Вып. 4 – С. 55 – 58.

10. Байбуз А.Г., Васильев А.П., Чайка А.Л. Аналитическое исследование фурменной зоны доменной печи // Известия вузов. Черная металлургия. – 2002. – №7. – С.72 – 73.

11. Исследование процессов в фурменной зоне доменной печи методами математического моделирования / А.Г. Байбуз, А.Л. Чайка, Г.Т. Цыганков и др. // Металлургическая теплотехника: Сб. науч. тр. – Днепропетровск: НметАУ, 2002. – Т. 5. – С. 33 – 40.

12. Применение теории инжекции к исследованию газодинамических процессов в горне доменной печи / А.Л. Чайка, А.В. Бородулин, П.Г. Васильев и др. // Металлургическая теплотехника: Сб. науч. тр. – Днепропетровск: НметАУ, 2002. – Т. 6. – С.8 – 14.

Особистий внесок здобувача в публікаціях: [1, 2] – уточнено метод розрахунку балансової температури у ФО під час виплавки різних марок чавуну; [10, 11] – розроблено метод розрахунку і виконано аналіз спільного розвитку газодинамічних термохімічних процесів у ФО; [4, 5, 7] – зазначені напрямки удосконалення вибору дуттьового і теплового режиму роботи ФО, технології виплавки спеціальних марок чавуну; [3, 6, 8, 9] – запропонована класифікація моделей ФО і реалізовано принцип побудови оптимізаційної задачі ФО; [12] – складено математичний опис і проведено оцінку роботи ФО за інжекцією горнового газу.