Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи
Разработана методика численного анализа распределения шихты и газа по радиусу доменной печи.
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143767 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи / В.А. Петренко, В.Н. Ковшов, П.А. Заблоцкий, Д.П. Карауш // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 19-22. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-143767 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1437672018-11-11T01:23:23Z Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи Петренко, В.А. Ковшов, В.Н. Заблоцкий, П.А. Карауш, Д.П. Разработана методика численного анализа распределения шихты и газа по радиусу доменной печи. Розроблено методику чисельного аналізу розподілу шихти та газу по радіусу доменної печі. A method of numerica lanalysis of the distribution of the charge and radial gas in blast furnace 2013 Article Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи / В.А. Петренко, В.Н. Ковшов, П.А. Заблоцкий, Д.П. Карауш // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 19-22. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143767 669.162.24:51 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Разработана методика численного анализа распределения шихты и газа по радиусу доменной печи. |
| format |
Article |
| author |
Петренко, В.А. Ковшов, В.Н. Заблоцкий, П.А. Карауш, Д.П. |
| spellingShingle |
Петренко, В.А. Ковшов, В.Н. Заблоцкий, П.А. Карауш, Д.П. Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи Металл и литье Украины |
| author_facet |
Петренко, В.А. Ковшов, В.Н. Заблоцкий, П.А. Карауш, Д.П. |
| author_sort |
Петренко, В.А. |
| title |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| title_short |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| title_full |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| title_fullStr |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| title_full_unstemmed |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| title_sort |
методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143767 |
| citation_txt |
Методика расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи / В.А. Петренко, В.Н. Ковшов, П.А. Заблоцкий, Д.П. Карауш // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 19-22. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT petrenkova metodikarasčetaraspredeleniâšihtyigazaporadiusudomennojpeči AT kovšovvn metodikarasčetaraspredeleniâšihtyigazaporadiusudomennojpeči AT zablockijpa metodikarasčetaraspredeleniâšihtyigazaporadiusudomennojpeči AT karaušdp metodikarasčetaraspredeleniâšihtyigazaporadiusudomennojpeči |
| first_indexed |
2025-07-10T17:56:56Z |
| last_indexed |
2025-07-10T17:56:56Z |
| _version_ |
1837283642142883840 |
| fulltext |
1� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’20131� 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013
УДК 669.162.24:51
В. А. Петренко, В. Н. Ковшов, П. А. Заблоцкий, Д. П. Карауш
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
Методика расчета распределения шихты и газа
по радиусу доменной печи
Разработана методика численного анализа распределения шихты и газа по радиусу доменной печи.
Ключевые слова: газовый поток, распределение шихты, методика расчета, математические модели,
комплексный коэффициент, сечение колошника
П
остановка проблемы. Высокопроизводительная
и экономичная работа доменной печи в значи-
тельной мере зависит от того, как организовано
движение и распределение газов и шихты в ее
рабочем пространстве�� Движение газов и распре-
деление их в печи определяется множеством фак-
торов, но главным из них является гранулометри-
ческий состав шихты�� И движущийся газовый поток,
в свою очередь, влияет на распределение шихты��
Рациональное распределение материалов и газов
в печи достигается дозированием и формировани-
ем порций шихтовых материалов, выбором режи-
мов загрузки шихты (метод управления сверху), вы-
бором параметров дутья (метод управления снизу)��
Управление сверху является основным приемом до-
стижения максимального использования тепловой
и восстановительной энергии газового потока при
интенсивном ведении плавки и ровном устойчивом
сходе материалов��
Анализ последних исследований и публикаций.
Методологический подход, основанный на аналити-
ческом описании газодинамического режима домен-
ной плавки, предполагает оценку изменения пере-
падов давления и степени уравновешивания шихты
в отдельных зонах печи при изменении параметров
загружаемой шихты�� Определение перепада давле-
ния в элементах структуры столба шихтовых мате-
риалов необходимо для обоснования выбора и кор-
ректировки программ загрузки [1]�� Такая методика
рассматривает лишь изменение перепада давления
на основе результатов эксплуатации радиолока-
ционного профилемера, показавшего, что при ис-
пользуемых на печи программе загрузки и газоди-
намическом режиме плавки на поверхности засы-
пи после выгрузки нескольких порций образуется
взвешенный слой материалов��
Задачей методики [2] является создание возмож-
ности количественного анализа процессов доменной
плавки в радиальных кольцевых сечениях по высоте
печи при заданном распределении материалов на
колошнике�� При создании методики использованы
ранее выполненные в ИЧМ разработки: модель рас-
пределения материалов на колошнике по заданным
параметрам программы их загрузки; расчетная схе-
ма многозонного анализа процессов теплопередачи
и восстановления по высоте доменной печи�� При
этом нет конкретных результатов о проведении рас-
четного анализа полученных данных о количестве
газа по радиусу колошника доменной печи, скоро-
сти движения шихты и об изменении массы подачи
с учетом основных факторов, влияющих на процесс��
Постановка задачи. В работе предложена ме-
тодика расчета распределения шихты и газа по ра-
диусу доменной печи с использованием формул на
основе существующих математических моделей рас-
пределения шихты и газа��
Изложение основного материала исследования.
Для более детального изучения данного вопроса
поперечное сечение колошника разбили на пять
равновеликих площадей (от центра до периферии)
и подсчитали количество газа, потери давления
в разных участках неравномерно распределенно-
го слоя шихты�� Необходимые данные для расчета
представлены в табл�� 1��
Количество газа в каждом участке определяется
по известной формуле [3] неравномерного распре-
деления газового потока в зависимости от сопро-
тивления в этих участках��
Комплексный коэффициент сопротивления, учи-
тывающий физические свойства газа и шихты, опре-
деляют по формуле
1,2 2
экв/ 2 ,−= µ γ εn n
iB A H d g (1)
где А – постоянная величина неустойчивого турбу-
лентного режима; ε – порозность слоя шихты; dэкв –
эквивалентный диаметр шихты, м; µ – коэффициент
кинематической вязкости, м/с2; γ – насыпная масса
шихтовых материалов, кг/м3; H – высота слоя ших-
ты, м��
Поскольку для расчета количества газа по сек-
торам необходимо применить формулу (1), а в ней
Таблица 1
исходные данные для расчета распределения шихты и газа по радиусу доменной печи
А n γ, т/м3 dэкв, м ε К1 К2 Q, м3/с p u µ,10-6 м/с2 Vср, м/с τп, с
3,80 0,20 1,30 0,0027 0,45 60 58 47,20 1,05 0,80 12 0,0011 420
20 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201320 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013
фигурируют соотношения комплексных коэффици-
ентов, то для удобства подсчитали их сразу:
0,556 0,667 0,556 1,6671 1 1 2 1 2
2 2 1 2 1
(1 )( ) ( ) ( ) ( ) ,
(1 )
− ε ε
=
− ε εi
B K d H
B K d H
(2)
где К1 и К2 – коэффициенты формы; d1 и d2 – сред-
невзвешенный диаметр агломерата и окатышей, м;
ε1 и ε2 – порозность агломерата и окатышей�� Далее
определяют радиальное распределение газового
потока:
1/ ( 2 ) 1/ ( 2 )
1 1 1 1( / ) / ( / ) ),− −= ∑n n
р j j i iQ Q B t B t B t B t , (3)
где Bj – комплексный коэффициент определения
физических свойств газа и шихты; j – номер участ-
ка, в котором определяется количество газа; ti –
температура газа в i-х участках колошника, °С, кото-
рую можно подсчитать по известным формулам [4]
м
0
г
(1 ),= −i
Wt t
W (4)
где Wм и Wг – водяные эквиваленты материала и
газа, Вт/град; t0 – максимальная температура шихты
верхней ступени теплообмена (~850 °С)�� Характер
теплообмена определяют соотношением водяных
эквивалентов шихты [4]��
Расход шихты и газа, а особенно их теплоемко-
сти непостоянны по высоте печи, в соответствии с
чем доменная печь условно делится на три ступени
теплообмена: верхнюю, где Wш < Wг , среднюю, где
Wш = Wг и нижнюю, где Wш > Wг�� В данном случае
расчет производят для верхней ступени теплообме-
на, поэтому Wш < Wг соблюдается��
Поскольку в комплексном коэффициенте В со-
держатся физические данные газового потока (кине-
матическая вязкость и удельная масса колошниково-
го газа), то они зависят от температуры и давления
по следующим формулам:
4(0,143 0, 0007 0, 097 ) 1 0 ,−= + − ⋅µi i kT P (5)
0 273 / ,= ⋅γ γi k iP T
(6)
где γ0 – плотность газа при нулевой темпера-
туре и 1 атм, кг/м3 (γ0 = 1,3 кг/м3)��
Следовательно вначале вычисляют распределе-
ние газа по формуле (1) без учета температур, за-
тем в первом приближении измеряют температуру
по отсекам, исходя из водяных эквивалентов в каж-
дом і-м отсеке, вносят в комплексные коэффициен-
ты Вi новые значения µі , γі и снова рассчитывают ко-
личество газа по отсекам Qi , определяют вновь во-
дяные эквиваленты и на их основании подсчитыва-
ют локальные температуры ti��
Для повышения точности количества газа и тем-
пературы в отсеках эту процедуру можно повторить
(метод итерации) до необходимой минимальной
ошибки��
Толщину слоя шихты определяют из ее локаль-
ных скоростей Vi , во время движения шихты τi , сле-
дующим образом:
сл п ,= τiН V (7)
где τп – время между загрузкой подач, с (τп ≈ 420 с)��
Верхнюю линию загружаемого железорудного
слоя определяют по положению гребня шихты, рас-
считываемого по траектории ссыпающейся шихты,
и углу откоса на колошнике [5]�� Нижнюю линию
слоя рассчитывают на основании теории движения
шихты в общем объеме доменной печи��
Зная температуру газа в каждом участке колош-
ника, просчитывают количество газа по попереч-
ному сечению доменной печи по формуле (3)��
Таблица 2
Результаты расчета для прямой системы загрузки
аакк↓
Пара-
метры
единицы
измере-
ния
кольцевые сечения колошника
0,2 0,4 0,6 0,8 Пери-
ферия
Qj м3/с 11,67 10,65 8,74 7,84 6,22
Bі – 1,83 2,66 3,09 5,32 6,15
B1/Bi – 1,00 0,97 0,65 0,53 0,34
Qр м3/с 9,31 9,01 8,87 8,74 8,52
Zш 10-3 м/с 1,101 1,140 1,150 1,250 1,300
Нсл м 0,4620 0,4805 0,4830 0,5270 0,5600
Wг – 345681 313862 297861 163263 123950
Wш – 243163 218762 173455 98345,3 72492
ti °С 384 221 160 114 85
x – 0,814 0,829 0,833 0,840 0,855
tgαот град 26,07 26,16 26,24 26,41 26,67
V м3 2,440 2,537 2,550 2,780 2,960
Qш кг 2927,32 3044,45 3060,30 3339,10 3548,20
QJ м3/с 15,84 12,76 8,03 6,18 4,06
Таблица 3
Результаты расчета для обратной системы загруз-
ки ккаа↓
Пара-
метры
единицы
измере-
ния
кольцевые сечения колошника
0,2 0,4 0,6 0,8 Пери-
ферия
Qj м3/с 14,28 11,79 8,78 7,36 5,61
Bі – 1,96 2,05 3,23 4,76 6,17
B1/Bi – 1,000 0,990 0,844 0,523 0,320
Qр м3/с 9,24 9,00 8,94 8,81 8,71
Zш 10-3 м/с 1,101 1,140 1,150 1,250 1,300
Нсл м 0,600 0,530 0,483 0,478 0,441
Wг – 345681 313862 297861 163263 123950
Wш – 243163 218762 173455 98345,3 72492
ti °С 384 221 160 114 85
x – 0,814 0,829 0,833 0,840 0,855
tgαот град 26,24 26,24 26,24 26,24 26,24
V м3 2,120 2,200 2,210 2,410 2,565
Qш кг 4055,0 3358,1 3065,1 2978,0 2598,0
QJ м3/с 16,12 12,87 8,48 6,90 5,23
20 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201320 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013
Используя комплексные коэффициенты по радиу-
су колошника, потери газа в неравномерно распре-
деленном слое вычисляют по формуле:
1/ ( 2 ) ( 2 )( / (1 / ) ) ,− −∆ = ∑ n n
iP Q B (8)
Для определения расхода шихты необходимо
знать ее обьем, который вычисляют по следующей
формуле:
,= i kV H S (9)
где Нi – толщина слоя шихты, м; Sk – площадь кольца
колошника (м2), которую определяют из выражения
2 2
23,14 5, 8 5, 28 ,
4 5 20
π ⋅
= = =
⋅
k
k
DS м (10)
где Dk – диаметр колошника, м (для доменной печи
Vп = 1033 м3; Dk = 5,8 м)��
Объем известен из формулы (9), и можно узнать
расход шихты в каждом сечении доменной печи:
ш ш ,= γQ V (11)
где γш – усредненная насыпная масса шихты, кг/м3
(γш= 1200 кг/м3)��
На основании данных табл�� 2 и 3 построены гра-
фики для двух систем загрузки, а именно – количе-
ство газа по поперечному сечению доменной печи,
отношение количества шихты к количеству газа в
каждом сечении колошника, изменение толщины
слоя шихты по радиусу колошника доменной печи��
Выводы
Предлагаемая методика дает возможность опре-
делить количество шихты, газа и его температуру
по кольцевым зонам колошника доменной печи��
Полученные данные позволят рассчитать степень
восстановления шихты и в дальнейшем определить
использование газового потока для любых систем
загрузки��
Рис. 3. Изменение толщины слоя шихты по радиусу колошника
доменной печи для систем загрузки: 1 – AAKK↓; 2 – KKAA↓
Rк , доли ед��
H
сл
��,
м
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Рис. 1. Распределение по радиусу колошника для системы за-
грузки ААКК↓: 1 – количества газа по поперечному сечению домен-
ной печи, QJ , м3/с; 2 – отношения количества шихты к количеству
газа в каждом сечении колошника, Qш / Qi , кг·м3/с
Rк , доли ед��
Q
ш
/ Q
i ,
кг
·м
3 /с
Q
J
, м
3 /с
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
600
500
400
300
200
100
0
1
2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Рис. 2. Распределение по радиусу колошника для системы за-
грузки ККАА↓: 1 – количества газа по поперечному сечению домен-
ной печи, QJ , м3/с; 2 – отношение количества шихты к количеству
газа в каждом сечении колошника, Qш / Qi , кг·м3/с
Rк, доли ед��
Q
ш
/ Q
i ,
кг
·м
3 /с
Q
J
, м
3 /с
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1 2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
ЛИТЕРАТУРА
1�� Методика численного анализа процессов доменной плавки в радиальных кольцевых сечениях по высоте доменной
печи / И�� Г�� Товаровский, В�� И�� Большаков, А�� П�� Иванов, Е�� А�� Белошапка // Фундаментальные и прикладные
проблемы черной металлургии�� – 2008�� – № 2�� – С�� 49-61��
2�� Большаков В. И., Лебедь В. В., Жеребецкий А. А. Исследование влияния распределения шихты на радиальное
распределение газового потока в верхней части доменной печи // Там же�� – 2005�� – № 4�� – С�� 63-69��
3�� Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред�� П�� Г�� Киселева�� Изд�� 4-е�� – М��: Энергия, 1972�� – 312 с��
22 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201322 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013
Петренко В. О., Ковшов В. М., Заблоцький П. О., Карауш Д. П.
Методика розрахунку розподілу шихти та газу
по радіусу доменної печі
Розроблено методику чисельного аналізу розподілу шихти та газу по радіусу доменної печі.
Анотація
gas flow, the distribution of the charge, method of calculation, mathematical model,
complex factor, section of the furnace throatKeywords
Petrenko V. A., Kovshov V. N., Zablotskiy P. A., Karaush D. P.
Method of calculation of the charge distribution and radial gas
in blast furnace
A method of numerica lanalysis of the distribution of the charge and radial gas in blast furnace
Summary
Поступила 19��11��13
газовий потік, розподіл шихти, методика розрахунку, математична модель, комп-
лексний коефіцієнт, перетин колошникаКлючові слова
4�� Китаев Б. И., Ярошенко Ю. Г., Лазарев Б. Л. Теплообмен в доменной печи�� – М��: Металлургия, 1966�� – 355 с��
5�� Ковшов В. Н., Заблоцкий П. А., Карауш Д. П. Теоретическое определение степени использования газового потока
с помощью математических моделей распределения шихты и газа по радиусу колошника доменной печи // Теория
и практика металлургии�� – 2013�� – Вып�� 1-2�� – С�� 56-60��
Продолжается подписка
на журнал «Металл и литье Украины»
на 2014 год.
Для того, чтобы подписаться на журнал через редакцию
необходимо направить письмо-запрос по адресу:
03680, г. Киев-142, ГСП, бул. Вернадского, 34/1, ФТИМС
или по факсу: (044) 424-35-15��
Счет-фактуру согласно запросу редакция высылает письмом или по факсу��
Стоимость одного журнала – 30 грн��
Годовая подписка – 360 грн�� (для Украины)��
Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $��
|