Премиум Инжиниринг | Premium Engineering - Главная

Премиум Инжиниринг - страница Контакты

Premium Engineering - Home

Премиум Инжиниринг - УСТАНОВКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НОВОГО ЗАГРУЗОЧНОГО
УСТРОЙСТВА НА ЗАВОДЕ «VOESTALPINE STAHL LINZ»

Конференция - «Передовые европейские технологии для предприятий горно-металлургического комплекса Украины»

Установка и эксплуатация нового загрузочного

устройства на заводе «Voestalpine Stahl Linz»

Бернхард Лакнер, Иоахим Маухарт, Ханнес Ногратинг, Герберт Шольхаммер

«Voestalpine Stahl Linz GmbH»

Франс-Йозеф Ирних

«Z&J Technologies GmbH»

Краткое описание

В 2006 году на предприятии «Voestalpine» было принято решение о замене существующих двухконусных загрузочных устройств на двух 8 метровых доменных печах, BF 5 и BF 6, на на бесконусные загрузочные устройства (БЗУ). Это решение было принято по причине ограниченных возможностей распределения материала, а так же из-за низкой герметичности, что привело к загрязнению окружающей среды после определенного времени эксплуатации. На решение повлиял также высокие затраты на текущий ремонт эксплуатируемых устройств.

После тщательного изучения, выбор выпал на инвестирование средств в совершенно новые технологии, разработанные компанией «Z&J Technologies GmbH», в так называемое загрузочное устройство "No-Bell Top" (загрузочное устройство бесконусного типа). Эта концепция является очень компактной, не требует больших затрат на техническое обслуживание, имеет удобную конструкцию и предлагает много инновационных решений. Первое полупромышленное применение система загрузки получила на экспериментальной доменной печи на предприятии MEFOS, Щвейцария и до этого, данное устройство никогда ранее не использовалось в промышленных условиях в доменном производстве.

С целью минимизации рисков, связанных с внедрением прототипа установки, на территории фирмы Voestalpine в Линце был построен испытательный стенд, для выявления слабых мест и улучшения новой системы. На протяжении ремонта футеровок печи ДП 6 в 2009 году первая система загрузочного устройства «No-Bell Top» была установлена и запущена в сентябре 2009 года, за ней последовали ремонт футеровок и, наконец, запуск печи ДП 5 в марте 2010 года.

Обе домны начали свой срок эксплуатации очень многообещающе, и продемонстрировали существенные улучшения по результатам эксплуатации, по сравнению с предыдущими сроками. Данный документ даёт обзор по подготовительному процессу, результатам установки и эксплуатации после более чем годовой эксплуатации.

Введение

Хорошо известный факт, что для успешного управления доменной печью важной особенностью является качество системы загрузки. Особенно важна высокая продуктивность и низкая затратность производства при меняющихся условиях рынка, что требует инструментов, которые делают эксплуатацию печи гибкой, надежной и безопасной.

Поставщики загрузочного оборудования, так же как и операторы доменной печи заинтересованы в развитии новых решений для покрытия запросов рынка.

В то время, как применение современных загрузочных механизмов легче достичь путем строительства новой доменной печи, модернизация существующих печей зачастую связана с трудностями с точки зрения получения прибыли, в соотношении с затратами на работы по масштабной реконструкции (так как на этих работах не приходится экономить).

Нижеперечисленные факторы аргументируют решение о замене ранее действующих двух конусных загрузочных устройств на двух 8 метровых доменных печах, BF 5 и BF 6, на площадке voestalpine, в Линце:

• Возможность распределения материала при использовании загрузочных устройств двухконусного типа очень ограничена (Тип: «McKee» с вращающимся загрузочной воронкой и подвижной оплёткой). Доступ только к внешним 25% поперечного сечения колошника. Загрузка материала в центр домны не возможна.

• С установкой новой загрузочной системы предполагалось повысить возможный уровень загрузки шихты до 2 м и увеличить используемый рабочий объем.

• В результате перечисленных выше пунктов предполагалось улучшение работы системы утилизации газа и и сокращение расхода восстанавливающих средств.

• Возможность сокращения значительных расходов на дорогостоящий текущий ремонт двухконусных загрузочных устройств и увеличение рабочих часов. Необходимость проведения мероприятий по замене малого конуса каждые 2 года или 1.6 мил. tHM (продолжительность 34 ч.), по замене большого конуса каждые 3 года или 2.5 мил. tHM (продолжительность 86 ч.).

• Предотвращение загрязнения окружающей среды выходящими газами из-за слабой герметизации после определенного времени эксплуатации (проблема изоляции).

• Высокая подвижность загрузочного устройства обеспечивает возможность загрузки печи экономически более выгодным путем.

После тщательного изучения данного загрузочного устройства, на предприятии «Voestalpine» принято решение инвестировать в совершенно новые технологии, разрабатываемые компанией Z&J Technologies GmbH, под названием "No-Bell Top". Это новая разработка предлагает много инновационных решений, которые не доступны на рынке сегодня. Компактное исполнение, низкие затраты на техническое обслуживание и новая конструкция. Новое загрузочное устройство не требует значительных работ по реконструкции печи и обещает высокую возможность доступного использования на заводах. Поскольку доменные печи являются «узким местом» в технологической цепочке «Voestalpine», это устройство представляет особый интерес.

Испытательный стенд

 

Рис. 1 Испытательный стенд "No-Bell Top" на пром. площадке «Voestalpine Stahl Linz».

С другой стороны, эта технология ранее не применялась в масштабах промышленного производства. Первое полупромышленное применение система загрузки получила на экспериментальной доменной печи на предприятии MEFOS, Швейцария, но конструкция и выдвигаемые требования были едва сравнимы. Экспериментальная доменная печь является собственностью компании «LKAB».

Таким образом, это было наиболее экономичным и рациональным решением, хотя и связанным со значительными рисками по отношению к хорошо зарекомендовавшим себя стандартным решениям.

Испытание оборудования и подготовка перед установкой

С целью минимизации рисков, компании «Z&J» и «Voestalpine» приняли решение провести совместные испытания новой технологии. Данная комбинация опыта инженерных компаний и опыта операторов доменных печей в результате привела к успеху.

Главной составляющей успеха была установка полноразмерного испытательного стенда на производственной площадке «Voestalpine» в г. Линц (рис. 1), что позволило проверить всю систему, выявить слабые стороны и в результате, привело к большому количеству модификаций и улучшений оборудования.

Программа испытаний:

Юстировочное положительное перекрывание в позиции закрывания позволяет быстро реагировать на явления износа, продлевая таким образом срок службы.

Регулировочна заслонка материала управляется как и газозапорные заслонки гидравлическим способом. Поскольку,однако, эта заслонка обладает регулировочной функцией, запускается и управляется она посредством специального регулировочного клапана. Актуальная позиция заслонки определяется посредством датчика угла поворота и передаётся на регулировочный позиционер на регулировочном клапане.

• Проверка всех компонентов перед эксплуатацией.

• Проверка моделей загрузки компании «Z&J», определение показателей потока материала.

• Проверку различных видов материалов шихты и характеристики распределения загружаемых материалов.

• Применимость загрузочного устройство бесконусного типа «No-Bell Top» для загрузки вторичных материалов (размер фракции до 250 мм в диаметре) и мелких фракций.

• Дальнейшее усовершенствование бесконусного загрузочного устройства «No-Bell Top".

• Ремонтопригодность системы, особое внимание уделялось замене системы загрузочного лотка и узла клапанов.

• Наладка параметров эксплуатации и обучение персонала перед запуском ДП 6.

3 месяца интенсивных испытаний в 2008 году показали, что бесконусное загрузочное устройство "No Bell Top" превосходно отвечает требованиям, выдвигаемым к современным загрузочным системам для заданных типов доменных печей. Результаты испытаний были настолько убедительны, что было принято решение о покупке "No Bell Top" (БЗУ) так же для ДП № 5, ещё до установки на ДП № 6.

Полная программа испытаний уже обсуждалась в предыдущих публикациях [1] , [2]

В дополнение к тестированию на испытательном стенде на предприятии «Voestalpine Stahl GmbH», компания Z&J принята решение провести горячие испытания, с целью проверки системных возможностей оборудования при высоких температурных условиях (до 1000°C). Результат испытаний подтвердил, что БЗУ "No-Bell Top" пригодна для эксплуатации в экстремальных условия доменного производства.

Для запланированной доработки первого уровня системы автоматизации (Siemens PCS7) и необходимой адаптации системы автоматической загрузки, была установлена полная имитация систем управления печей ДП 5 и ДП 6. Это позволило, непосредственно перед запуском, избежать большого количества возможных неисправностей и проверить функциональность всех компонентов, управляемых при помощи ПЛК.

Конструктивные особенности и философия загрузки

Доменные печи 5 и 6 обе имеют диаметр горловины 8 м, являются единственными печами предыдущей цепи печей ДП1–ДП6, которые все еще находятся в эксплуатации. Построенные в период с 1938 по 1954 годами, печи размещены вдоль рудного двора и загружаются шихтой посредством старой системы эстакады с открытыми секциями, которые подаются либо через мостовой подъемный кран или посредством железной дороги. В то время как непросеянная смесь шихты собирается при помощи автоматического перегружающего оборудования, кокс подается посредством разгрузки в контейнер, включая просеивающие механизмы (площадью 18 мм) и весовые бункеры дозаторы. Загрузка происходит с помощью скипового подъемника, а так же с помощью предыдущей конструкцией двухконусного загрузочного устройства, полная загрузка состоит из 4 скиповых подъемников кокса и 4 скипов железистой руды(CCCC,OOOO).

Таблица1.

ДП 5
ДП 6
Диаметр горна [м]
8
8
Рабочий объем [м³]
1256
1274
Внутренний объем [м³]
1409
1391
Кол-во выпускных отверстий
1
1
Кол-во фурм
17
17
Вдуваемое топливо
Тяжелый топочный мазут,  коксовый газ
Тяжелый топочный мазут,  коксовый газ
Давление на колошнике [бар]
1,09
1,08
Грузоподъемность скипа [м³]
5,5
5,5

 

В таблице 1. указаны данные по печам ДП 5 и ДП 6

Конструкция БЗУ

 

Рис. 2 Конструкция БЗУ "No Bell Top" на ДП5 и ДП6

На рисунке 2 изображена общая конструкция БЗУ "No-Bell Top" на печах ДП5 и ДП6. В отличие от двухконусного загрузочного устройства, оно оснащено одним шлюзовым бункером размером 11м³, который способен удержать объем 2 скипов. С поддержания толщины слоя на одном уровне, материал требует загрузки 4-мя загрузочными циклами, состоящими из 2 скипов каждый. (CC,CC,OO,OO).

Несмотря на то, что философия загрузки только двух скипов на каждый цикл была результатом сокращения размера главного загрузочного ковша, это выявило некоторые дополнительные эксплуатационные преимущества. При современных погрузочно-разгрузочных работах, посредством разгрузочных механизмов – скипов – главных загрузочных ковшей, невозможно избежать смешивания компонентов шихты. Тем не менее, разделение одного уровня шихты двумя этапами позволяет загружать заданный состав материала на каждом этапе и размещать его, согласно схеме загрузки, либо прямо к стенке, либо в центр. К примеру, это может гарантировать удержания центра свободным от коксового орешка.

В результате работ на испытательном стенде, схема загрузки базируется на 8 зонах равных площадей, разделяя поперечное сечение горловины печи.

Наилучшие результаты могут быть достигнуты при использовании режима загрузки по спирали, в направлении от стенки к центру. Пример схемы загрузки указан на рисунке 3.

В тесном сотрудничестве с компанией Siemens VAI, существующий уровень 2 «Модель распределения шихты», используемый в ДП, был адаптирован к нисходящим кривым БЗУ "No-Bell Top" и передает показывая точные результаты, как изображено на рисунке 4.

Более детальное описание конструкции БЗУ "No-Bell Top" можно также найти в публикациях, которые печатались ранее [1] , [2]

Достаточно трудным заданием было связать элементы нового загрузочного устройства с существующей скиповой системой и передвижным механизмом подачи шихты. В то время как компания «Z&J» занималась автоматикой Siemens PCS7 для БЗУ "No-Bell Top", команда компании «Voestalpine» занималась обновлением и интеграцией системы автоматизации.

Огромные усилия были приложены для конфигурации автоматической системы таким образом, чтобы она была удобной для использования, но также и способной выявлять и устранять неполадки. Благодаря кооперации компаний «Z&J» и «Voestalpine», система автоматики отвечает всем требованиям и позволила сделать запуск обеих доменных печей очень равномерным. На рисунке 5 можно увидеть изображение экрана.

Весовой процент загрузки материала

Пример схемы загрузки

 

Рис. 3 Пример схемы загрузки.

Установка БЗУ «No Bell Tops»

Замена футеровки обеих печах была запланирована как «вспомогательные работы» для увеличения срока службы печей и выпуска около 4 млн. метрических тонн чугуна на каждой печи.

Модель распределения шихты SVAI
Модель распределения шихты SVAI

Рис. 4 Модель распределения шихты SVAI

PCS7 уровень 1 системы автоматизации ДП6

Рис. 5 PCS7 уровень 1 системы автоматизации ДП6

Колошник ДП 6 до и после замены футеровки.

Колошник ДП 6 до и после замены футеровки.

Рис. 6 Колошник ДП 6 до и после замены футеровки.

Рис. 7 Загрузка ДП 6 при помощи БЗУ «No-Bell Top»

Рис. 7 Загрузка ДП 6 при помощи БЗУ «No-Bell Top»

Показатели ежедневной производительности ДП 6 и ДП 5 в течение первых 14 дней после задувки

Рис. 8 Показатели ежедневной производительности ДП 6 и ДП 5 в течение первых 14 дней после задувки

Средний ежедневный выпуск продукции на ДП 6

Рис. 9 Средний ежедневный выпуск продукции на ДП 6

Средний ежедневный выпуск продукции на ДП 5

Рис. 10 Средний ежедневный выпуск продукции на ДП 5

Основные мероприятия по смене футеровки:

• реконструкция обшивки печи и системы охлаждения

• модернизация 1 и 2 уровня автоматизации

• капитальный ремонт футеровки печи

• демонтаж старого загрузочного устройства и установка БЗУ «No-Bell Top» компании «Z&J»

• Установка подвижной брони

• ремонт фундамента печи

Из-за тяжелой экономической ситуации в конце 2008 года замену футеровки на ДП 6, изначально запланированную с февраля по май 2009, пришлось перенести на декабрь 2008 года. Последующая неопределенная ситуация на рынке вынудила вновь сдвинуть сроки начала замены футеровки до сентября 2009 года, когда появились первые признаки оживления рынка.

С целью подготовки к возрастающим требованиям рынка, ожидаемым на 2 квартал 2010 года, замена футеровки ДП5 осуществлялась с декабря 2009 по март 2010. Впервые в истории компании «Voestalpine Stahl Linz» провела замену футеровки в зимний период и несмотря на тяжелые рабочие условия, замена футеровки осуществлялась без каких-либо серьезных происшествий, в течение 98 дней.

На рисунке 6 показан колошник ДП 6 до и после ввода в эксплуатацию нового загрузочного устройства.

Запуск ДП 6 и ДП 5

Задувка ДП 6 была осуществлена 1 сентября 2009 года. Это первая промышленная доменная печь на которой используется новое БЗУ компании «Z&J». Благодаря интенсивным испытаниям, фаза запуска прошла без проблем, что обеспечило ежедневный выпуск продукции в объеме более 1500 тонн уже на 4 день после задувки. В последующие недели, лишь лимитированные заказы сталелитейного цеха на выпуск чугуна ограничили выпуск продукции.

До задувки ДП 5 12 марта 2010 года, быстро нарастающая линейная характеристика ДП 6 оказалась самой быстрым запуском в истории маленьких печей на предприятии «Voestalpine Stahl Linz». ДП 5 показала высокую производительность, уже на 3 день после задувки она достигла 2000 т/д. После 6 дней эксплуатации производительность превысила 2500 т/д, эти показатели превысили ежегодный уровень производства предыдущей кампании.

Рабочие характеристики ДП в предыдущих кампаниях

В кампаниях 2000-2009 года ДП 5 и 2001-2008 годах ДП 6, обе печи показывали производительность прибл. 2200 тонн ч/д каждая (Рисунок 9 и Рисунок 10).

Исключением был 2004 году, когда реконструкция ДП А требовала наивысшего выпуска продукции. Эта цель была достигнута благодаря загрузке вторичного метала/ брикетирования и использования офлюсованных окатышей. Радикальное снижение количества шлака, в комбинации с избыточной подачей кислорода (31% дутья) и достаточная подача бытового кокса, привело к значительному повышению уровня производства до 2600 т/д среднегодового показателя.

После успешной задувки расширенной ДП А, уровень выпуска чугуна из малых доменных печей 5 и 6 был снова отрегулирован до настоящего уровня.

Вследствие экономического кризиса, в последнем квартале 2008 г. производство было значительно сокращено, замена футеровки ДП 6 (изначально запланированная на 2009) также была отложена до декабря 2008 года.

Рабочие характеристики ДП после установки нового загрузочного устройства

С середины 2009 года возрастающий спрос на чугун (все еще находится на среднем уровне) покрывался лишь ДП А и ДП 5, в то время как затянувшаяся замена футеровки на ДП 6 была использована для установки нового загрузочного устройства «No Bell Top» и подготовки печи к ожидаемому подъему экономики.

ДП 6 была успешно задута в сентябре 2009 года, после замены футеровки на ДП 5 (включая установку БЗУ «No Bell Top») и в период с декабря 2009 по март 2010 года ежедневные потребности сталелитейного цеха позволили выпуск продукции на всех рабочих доменных печах с увеличением производительности.

В отличие от 2004 года, производительность нынешних компаний, значительное увеличение продуктивности доменной печи является следствием улучшенных условий распределения материала (Таблица 1).

Без улучшений качества кокса и засыпки со сравнительно общим объемом подаваемого кислорода, но даже с небольшим уровнем шлака производительность по отношению к среднему показателю на протяжении 2010 года увеличилась до уровня 2500 т/д (Рисунок 9, Рисунок 10 и Таблица 2).

Эти многообещающие улучшения были прерваны лишь из-за необходимых мероприятий в течение зимнего периода, когда конденсация газа представляла некоторую угрозу. Как вы видите в таблице 2 улучшенная продуктивность печи привела к сокращению средней величины температуры газа в верхнем строении печи. Загрузка холодного и мокрого сырья в дальнейшем усилила этот эффект, что потребовало снижения подачи кислорода. Особенно большое влияние на этот процесс оказывала высокая влажность кокса.

Различные способы предотвращения конденсации газа в доменных печах является актуальной темой наших исследований.

После задувки было изучено огромное количество различных схем загрузки, что стало результатом постоянных улучшений в области утилизации газа на обеих печах (Рисунок 11 и Рисунок 12). Эта работа сопровождалась значительным сокращением как весового показателя восстанавливающих агентов (выше 15 кг/т чугуна, Рисунок 13 и Рисунок 14), так и характерного расхода кислорода, который снизился с 260 м³/т чугуна до исторических 230 м³/т чугуна.

Потребление газа на BF 5 стабилизировалось до уровня 50 % в течение последних месяцев 2010 г., а в BF 6 достигло значений 47 – 48 %. Отличие показателей потребления между BF 5 и BF 6 можно объяснить тем, что на BF 6 используется центральная схема загрузки материала шихты в домну.

Кроме того, установка БЗУ обеспечила необходимую гибкость при загрузке большого количества коксовых орешков в домну (0-18 mm, сред. немного ниже 15 kg/to HM в 2010), что ранее было снижено до коксовой мелочи для аглофабрики.

Техническое обслуживание, эксплуатационная надежность

Несомненно, внедрение новой системы загрузки в промышленных масштабах является потенциально рискованным мероприятием. Тем не менее, интенсивные испытания и изменения испытательной модели позволили избежать значительных трудностей после задувки печи.

Удобная конструкция, легкая и быстрая замена кассеты клапанов (<3ч) или лотка (<8 ч) в дальнейшем способствовала увеличению времени эксплуатации.

Утилизация газа на ДП 6

Рис. 11 Утилизация газа на ДП 6

Утилизация газа на ДП 5

Рис. 12 Утилизация газа на ДП 5

Cокращение расхода агентов ДП 6

Рис. 13 Cокращение расхода агентов ДП 6

Cокращение расхода агентов ДП 5

Рис. 14 Cокращение расхода агентов ДП 5

Таблица 2.

ДП 6 кампания 2001-2008
ДП 6 2010
ДП 5 кампания 2000-2009
ДП 5 2010
Суммарное производство  с момента предыдущей замены футеровки [106 t]
5.581

 

1.101
7.015
0.710
Средний показатель продуктивности [t/24h]
2216
2375
2195
2461
Продуктивность (площадь горна) [t/(m² * 24h)]
44.1
47.2
43.7
49.0
Утилизация % время эксплуатации / время утилизации)
99.3
99.5
99.3
99.7
Кол-во кокса [kg/t HM] (вкл. коксовый орешек)
427
395
423
393
Коксовый орешек (размер 0-18мм) [kg/ t HM]
0
14
0
13
Мазут  [kg/t HM]
32
46
33
48
Коксодоменный газ [kg/t HM]
42
35
41
34
Кол-во шлака [kg/t HM]
260
290
267
284
Давление газов на колошнике [bar]
1.08
1.09
1.08
1.09
Утилизация газа [%]
43.0
46.2
43.4
49.8
Температура газов на колошнике [°C]
149
112
155
114
Содержание кислорода в дутье [%]
26.4
25.4
26
25.6
Расход кислорода [m³ STP /tHM]
269
236
258
227

Табл. 2 Сравнительные характеристики эксплуатации ДП 5, ДП 6

Выводы

Установка технологии БЗУ «No Bell Top» на ДП 5 и ДП 6, обеспечила следующее:

• рост производства

• сокращение уровня восстанавливающих агентов

• значительное количество загрузки коксового ореха

• увеличение времени эксплуатации

• предотвращение загрязнения окружающей среды газом

Несмотря на то, что полученные результаты подтвердили правильность решения об инвестировании по всем аспектам, мы убеждены, что новая загрузочная система предлагает возможности дальнейшего увеличения производительности печи. Мы продолжаем тесное сотрудничество с компанией «Z&J Technologies GmbH» по вопросам дальнейшего совершенствования новых технологий. Мы ожидаем дальнейшего увеличения количества используемого коксового орешка, увеличения эксплуатационной надежности и увеличения объемов производства чугуна.

 

ZIMMERMANN & JANSEN TECHNOLOGIES GMBH