Совершенствование методики оценки риска аварийности доменных фурм

1.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “МИСИС”
Институт экотехнологий и инжиниринга
Кафедра техносферной безопасности
Совершенствование методики оценки риска аварийности
доменных фурм
Аспирант гр. АТБ-19-ТБ: Т.С. Лазарева
Научный руководитель:
Москва 2023
А.Э. Филин
Е.П. Потоцкий

2.

Актуальность
Прогар
13%
Течи во фланцах и сварных
швах
11%
Отказ фурменных приборов –
распространенный вид
аварий и неполадок в
52%
24%
Естественный износ
доменном производстве,
вызванный различными
Прочие причины
причинами
По данным отчета ПАО НЛМК за последний год фурмы доменных печей вышли из
строя более 200 раз.
Большой вклад в исследовании этой проблемы внес НИТУ МИСИС в лице
Жеребина Б. Н., Вегмана Е. Ф., Похвиснева А.Н., Паренькова А.Е.
2

3.

Цель и задачи работы
Цель: совершенствование методических основ оценки риска аварийности
доменных фурм с учетом образования тотермана.
Задачи:
1) Проанализировать причины образования тотермана в фурменной зоне.
2) Оценить влияние тотермана на аварийность фурменных приборов.
3) Адаптировать методические основы оценки риска аварийности фурменных
приборов с учетом образования тотермана; реализовать их для доменных печей
различного объема.
4) Предложить мероприятия по предупреждению прогара фурм в зависимости от
объема доменной печи и температуры фурменной зоны.
3

4.

Объект и предмет исследования и идея работы
Объектом исследования настоящей работы является аварийность
фурм доменной печи, ее причины и последствия.
Предметом исследования является оценка аварийности фурм
путем определения температуры фурменной зоны в зависимости от
объема доменной печи (с учетом образования тотермана).
Идея работы заключается в адаптации методических основ оценки
риска аварийности фурм с учетом образования тотермана в
фурменной зоне.
4

5.

Научная новизна
Научная новизна работы заключается в разработке методических основ
расчета перегрева фурменной зоны с отклонением эллипсоида разрыхления
доменной печи, приводящее в последующем к прогару носка фурменного
прибора и нарушению нормального хода доменной печи.
5

6.

Научные положения
• 1) Впервые разработаны методические основы (математическая
модель), которые позволят оценить температуру фурменной зоны при
наличии тотермана.
• 2) Результаты моделирования позволяют спрогнозировать аварийность
фурмы из-за прогара носка.
• 3) Разработанный комплекс мероприятий позволит снизить
аварийность фурм.
6

7.

Виды неполадок и расстройств в работе доменных
печей
К основным расстройствам хода доменной печи относят:
Нарушение нормального газораспределения в печи:
- Развитие периферийного хода;
- Образование канального хода;
- Развитие осевого хода.
Нарушение нормального схода шихты:
- Неровный ход;
- Перекос уровня засыпи;
- Зависание шихты;
- Загромождение горна;
- Похолодание и разогрев в доменных печах.
Создание условий взрыва ввиду прогара фурм и холодильного
оборудования
7

8.

Дерево событий «Развитие периферийного хода доменной
печи»
8

9.

Дерево событий «Прогар фурм»
9

10.

Причины образования тотермана
Тотерман - это рудно-коксовый
спек, образующийся в фурменной
зоне доменной печи, в результате
похолодания ее центра.
Причины образования:
Шихта плохого качества;
Слабые воздуходувные средства;
Наличие в шихте тугоплавких
элементов.
10

11.

Методические основы. Изменение
гидродинамики фурменной зоны под влиянием
тотермана
Режим истечения газо-угольного потока в фурменную зону (критерий
Глинкова)
г wг2
Gn
ж g hж
где рг –эффективная плотность потока, кг/м3;
wг - рабочая скорость газов на выходе из фурмы, м/с;
pж – плотность расплава в фурменной зоне, кг/м3;
hж- расстояние от оси фурмы до распара , м;
g- ускорение свободного падения, м/с2.
В доменных печах реализуются два устойчивых гидродинамических
режима продувки: струйный и пузырьковый.
Если Gn<1, то режим истечения газо-угольного потока - пузырьковый.
Если Gn>1, то режим истечения газо-угольного потока - струйный.
11

12.

Определение теплового потока
Тепловой поток на носок фурмы под влиянием тотермана формируется
из разности теплового потока под воздействием тотермана и теплового
потока за счет охлаждения фурм
q эф 0 (Т Т )
p
4
2
4
1
где εэф - эффективная степень черноты среза фурмы;
σ0 - постоянная Стефана - Больцмана, равная 5,67·10-8 Вт/(м2·К4);
Т2- температура внутренней зоны продувки, К;
Т1- температура выходных параметров фурмы, К.
12

13.

Температура фурменной зоны с учетом
образования тотермана
где
Tf – теоретическая температура горения, ºС;
Vbost – объем газа в заплечиках, мм3/мин;
dh – диаметр горна, м;
B – расход топлива, кг/т;
Tж – индекс жидкотекучести шлака;
ηсо – содержание СО в центре печи (из шахты);
dproke – диаметр кокса в тотермане, мм.
13

14.

График зависимости температуры фурменной
зоны при изменении объема доменной печи.
14

15.

Причины аварийности в работе воздушных фурм
• Рост тотермана в фурменной зоне доменной печи;
• Повышение температуры фурменной зоны ввиду образования
тотермана;
• Образование пузырькового режима истечения газо-угольного
потока из-за изменения термодинамики фурменной зоны;
• Развитие периферийного хода за счет увеличения теплового
потока от тотермана;
• Образование трещин в фурме за счет изменения температурного
режима работы фурменного прибора.
15

16.

Основные способы прогноза прогара фурменных
приборов
• автоматизированный анализ по ретроспективным данным
статистических свойств перепада расхода охлаждающей воды;
• визуальный контроль работы фурм через смотровое отверстие
воздушной фурмы доменной печи, снабженного видеодатчиком;
• анализ содержания кремния в чугуне.
16

17.

Мероприятия по предупреждению прогара фурм
п/п
1
Температура
Объем
доменной
печи, м3
№
фурменной зоны,
До 2700
До 2100
0С
2700 2
2100 - 2300
3500
3500 3
2300-2400
5560
Мероприятия
1) автоматизированный анализ по ретроспективным данным статистических свойств перепада расхода охлаждающей воды;
2) анализ содержания кремния в чугуне.
1) автоматизированный анализ по ретроспективным данным статистических свойств перепада расхода охлаждающей воды;
2) анализ содержания кремния в чугуне;
3) рыльную часть воздушной фурмы (носок фурмы) необходимо защищать огнеупорными материалами, в том числе
плазменным напылением;
4) внутренний стакан фурмы необходимо изготавливать из стального листа вместо медного с дополнительной футеровкой
огнеупорными материалами.
1) автоматизированный анализ по ретроспективным данным статистических свойств перепада расхода охлаждающей воды;
2) анализ содержания кремния в чугуне;
3) рыльную часть воздушной фурмы (носок фурмы) необходимо защищать огнеупорными материалами, в том числе
плазменным напылением;
4) внутренний стакан фурмы необходимо изготавливать из стального листа вместо медного с дополнительной футеровкой
огнеупорными материалами.
5) режим подачи охлаждающей воды в фурму:
скорость технической воды до 11,6 м/с (обычный расход воды- 4-5 м/с);
расход воды - 30 м3/ч (обычный расход воды- 12-16 м3/ч );
давление воды - 15 ати (обычный расход воды- 5-6 ати).
Такой режим требует установки насосов высокого давления и более прочной аппаратуры.
6) толщина носка фурмы должна быть не менее 40-50 мм.;
17
7) вязкость шлаков не более 4-5 пуазов, исключать загрузку кислых окатышей.

18.

Выводы
1) Определено, что нарушение нормального газораспределения и загромождение горна
приводит к образованию тотермана доменной печи, который провоцирует массовое горение
фурменных приборов и холодильников доменной печи.
2) Качественный анализ построенного дерева событий для аварийного события «Развитие
периферийного хода доменной печи» выявил 7 сценариев развития аварийной ситуации, самый
негативный – «Загромождение горна доменной печи».
3) Качественный анализ построенного дерева событий для аварийного события «Прогар фурм»
свидетельствует о 5 сценариях развития аварийной ситуации, самый негативный – «Взрыв
доменной печи».
4) Разработанные методические основы (математическая модель) позволяют оценить
максимальную температуру фурменной зоны и результирующий тепловой поток на носок фурмы
при наличии тотермана.
5) Показано, что в доменных печах большого объема преобладает пузырьковый поток истечения
газо-угольного потока, способствующий росту тотермана, который может привести к
аварийности фурменных приборов.
6) На основании проведенного расчета температуры фурменной зоны предложены мероприятия
18
по предупреждению прогара фурм в зависимости от объема доменной печи.

19.

Спасибо за внимание
19