Успехи уральских ученых-теплофизиков в развитии и совершенствовании металлургических технологий в России и за рубежом

Abstract

The article presents the achievements of the Ural scientific school of scientists and engineers metallurgists-heating engineers in improving a wide spectrum of metallurgical technology achieved on a scientific basis of the creative Union of two Sciences – physics and computer science. In recent years, mathematical modelling in combination with physical significantly reduce the time and scope of the search for optimal solutions and thereby provide more reliable design and commissioning of thermal regimes of established technologies and equipment. Modernization of sintering machines was carried out by introduction of automatic control systems of thermal and gas-dynamic processes and by equipping the cars the fiery furnaces the new type. These activities, along with the intensification of heat-mass transfer processes has improved the feasibility and environmental performance of the sinter plants in Russia and abroad. Technological and thermo-physical solutions during the firing of pellets associated with the organization of the transfer system gas flows and reconstruction gazohode system. The reconstruction performance of machines increased by 10–17 %, specific fuel consumption has decreased by 8–15 %, and discharge of the gases after their cleaning has decreased by 50–58 %. Reconstruction has undergone a roasting machine in Russia, Brazil, Iran. In recent years, software has been developed for the solution of complex problems in the domain of production, introduced into commercial operation at the largest metallurgical enterprise in Russia – PJSC MMK. New hot-blast stoves of a blast for blast furnaces are able to provide heating to 1300°C or more by the heating blast furnace gas and the air used for heating stoves at failure from supplements of natural gas. The problem of processing of metallurgical liquid slag is successfully solved by the creation of factories of ferrous metallurgy of Russia, Ukraine, India and China plants granulated slag. These plants provide high capacity of slag discharge rate from 3 to 15 t / min., as well as annual volumes of granulated slag production in the range from 0.66 to 2.0 million tons. Successfully works and installation of the company "Norilsk Nickel". Improvement of thermal modes and equipment for heating furnaces and installations for various purposes is based on mathematical modeling of thermophysical processes based on the created dynamic zonal-nodal method for the simulation of radiation and complex heat transfer This method is successfully developing. In recent years, new designs of furnaces, upgraded hundreds of furnaces. The organization of thermal modes of their operation has led to a significant reduction in specific fuel consumption, improving the quality of metal heating and during heat treatment the quality of the finished product.

В статье представлены достижения Уральской школы ученых и инженеров металлургов-теплофизиков в развитии и совершенствовании широкого спектра металлургических технологий, достигнутых на научной базе творческого союза двух наук – теплофизики и информатики. В последние годы математическое моделирование в сочетании с физическим позволило существенно сократить время и область поиска оптимальных решений и тем самым обеспечить более надежное проектирование и наладку тепловых режимов создаваемых технологий и оборудования. Модернизация агломерационных машин осуществлялась путем внедрения систем автоматического управления тепловыми и газодинамическими процессами и за счет оснащения машин зажигательными горнами нового типа. Эти мероприятия, наряду с интенсификацией тепло-массообменных процессов обеспечили улучшение технико-экономических и экологических показателей работы аглофабрик в России и за рубежом. Технологические и теплофизические решения при обжиге окатышей связаны с организацией переточной системы газовых потоков и реконструкцией газоходной системы. В результате реконструкции производительность машин увеличилась на 10–17 %, удельный расход топлива снизился на 8–15 %, а сброс газов после их очистки уменьшился на 50–58 %. Реконструкция подверглись обжиговые машины в России, Бразилии, Иране. В последние годы разработано программное обеспечение для решения комплекса задач в области доменного производства, внедряемое в промышленную эксплуатацию на крупнейшем металлургическом предприятии России – ПАО «ММК». Новые воздухонагреватели дутья для доменных печей способны обеспечить нагрев до 1300 °С и более за счет подогрева доменного газа и воздуха, используемых для отопления воздухонагревателей при отказе от добавок природного газа. Проблема по переработке металлургических жидких шлаков успешно решена созданием на заводах черной металлургии России, Украины, Индии и Китая установок припечной грануляции шлаков. Эти установки обеспечивают высокую производительность по скорости слива шлака от 3 до 15 т/мин., годовые объемы получения гранулированного шлака в пределах от 0,66 до 2,0 млн. т. Успешно работает подобная установка и на предприятии «Норильский никель». Совершенствование тепловых режимов и оборудования нагревательных печей и установок различного назначения опирается на математическое моделирование теплофизических процессов, основу которого составляет созданный динамический зонально-узловой метод моделирования радиационного и сложного теплообмена. Этот метод успешно развивается. За последние годы разработаны новые конструкции печей, модернизированы сотни нагревательных печей. Организация тепловых режимов их работы привела к существенному снижению удельных расходов топлива, повышению качества нагрева металла, а при термообработке – качества готовой продукции.