Совершенствование ресурсосберегающих технологий и способов интенсификации ваграночного процесса

На правах рукописи

Феоктистов Андрей Владимирович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВАГРАНОЧНОГО ПРОЦЕССА Специальность 05.16.04 – «Литейное производство»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Красноярск – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образователь ном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский госу дарственный индустриальный университет»

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор Селянин Иван Филиппович

Официальные оппоненты:

Грачев Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор, Госкорпорация «Росатом», советник генерального директора Косников Геннадий Александрович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический уни верситет», кафедра «Материалы, технологии и оборудование литейного произ водства», профессор Мамина Людмила Ивановна, доктор технических наук, профессор, ФГА ОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», кафедра «Литейное произ водство», профессор Ведущая организация – ОАО Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машинострое ния»

Защита состоится «12» апреля 2013 г. в 14-00 часов на заседании диссерта ционного совета Д 212.099.10, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный универ ситет» по адресу: 660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95, ауд.

212.

Автореферат разослан «11» марта 2012 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Сибир ский федеральный университет».

Ученый секретарь диссертационного совета Гильманшина Татьяна Ренатовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одно из основных направлений развития литейно го производства – реконструкция литейных цехов и заводов на базе новых тех нологических процессов, материалов и перспективного оборудования. Плавка литейных сплавов является первичным и ответственным технологическим пе ределом, обеспечивающим литейные, прочностные и эксплуатационные харак теристики сплава. В последние годы недостаточное внимание уделяется совер шенствованию технологии ваграночной плавки чугуна и конструкций вагра ночных комплексов. Вместе с тем вагранка в ряде случаев незаменима в усло виях массового производства, при выплавке ограниченного количества марок чугуна и возможности ее использования в получении оксидных расплавов с дальнейшей их переработкой в теплоизоляционные изделия, при обжиге сер ных колчеданов и других целей. В современной структуре металлургического и машиностроительного комплекса России на долю производства чугунных от ливок приходится до 60 % ваграночного чугуна. Уровень развития литейного производства предъявляет к вагранке постоянно повышающиеся требования к количественным и качественным характеристикам показателей эксплуатации, ресурсосбережению, интенсификации процесса, решению вопросов экологии, поиска новых видов топлива, направленных на повышение эффективности ра боты ваграночных комплексов. Предприятия мировых лидеров – компаний ли тейной отрасли в последние три десятилетия сохранили вагранки как важней шие плавильные агрегаты в чугунолитейном производстве, при этом они под верглись существенным изменениям в техническом отношении и в направле нии увеличения производительности.

Основными направлениями развития ваграночного процесса являются раз работка ресурсосберегающих технологий плавки с применением заменителей кокса и их теоретическое обоснование, интенсификация ваграночного процес са, основанная на разработке комплекса мероприятий по определению влияния подогрева и увлажнения дутья на температуру получаемого расплава, обогаще нию дутья кислородом. Практика вдувания кислорода свидетельствует о сни жении затрат на плавку, при этом стандартное обогащение дутья, нашедшее широкое применение, требует обоснования в части количества добавляемого кислорода и механизма его подвода.

Сформировавшиеся тенденции интенсификации процесса ваграночной плавки свидетельствуют о возможности использовать подогрев дутья как наи более эффективный и экономически обоснованный способ. В вагранках с горя чим дутьем часто используются рекуператоры из жаропрочной стали. При этом в зависимости от конструкции рекуператора, от состава и крупности шихтовых материалов температура горячего дутья находится в пределах от 400 до 620 С.

Однако такие рекуператоры в производственных условиях ненадежны. Требу ются новые решения по разработке рекуператоров, способных осуществлять подогрев дутья свыше 400 С и работать в условиях длительной кампании.

Работа выполнена в рамках Государственного задания Министерства обра зования и науки, регистрационный номер 7.3909.2011., в соответствии с плана ми НИР и ОКР отраслевых организаций.

Цель и задачи диссертации. Совершенствование ресурсосберегающих технологий и способов интенсификации ваграночного процесса для получения отливок из серого чугуна и оксидных материалов с применением различных видов топлива на основе расчетных и экспериментальных исследований.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. На основе расчета основных конструктивных параметров вагранок, ха рактеристик шихты, топлива, воздуходувных средств и рекуператора спроекти ровать и ввести в эксплуатацию лабораторно-ваграночный комплекс (ЛВК) для исследования ваграночного процесса.

2. На основе теории подобия по критериям конвективного теплообмена между теплоносителем и материалами шихты обосновать подходы для определения гео метрических параметров вагранок, выходящими за пределы нормального ряда.

3. Изучить основные технологические параметры ваграночного процесса на ЛВК при использовании антрацита в качестве топлива и исследовать его влияние на комплекс механических и литейных свойств серых чугунов.

4. Спроектировать установку для исследования прочности твердого топли ва, определяемой под нагрузкой в процессе горения, позволяющей воспроизве сти технологические условия в период плавки в шахтной печи.

5. Провести теоретическое обоснование основных методов интенсифика ции ваграночного процесса: нагрев дутья, нагрев дутья с одновременным его увлажнением, обогащение дутья кислородом на основе математического анали за полученных экспериментальных данных. Разработать рекомендации по оп тимальному содержанию кислорода в дутье.

6. Предложить способ расчета основных конструкционных и технологиче ских параметров рекуператоров, работающих на принципах прямо- и противо тока.

7. Провести опытно-промышленные испытания и разработать технологию выплавки серых чугунов и оксидных материалов в вагранке при замене кокса на антрацит.

8. Расширить спектр конструкторско-технологических решений по исполь зованию антрацита в качестве топлива. Обосновать уровень загрузки материа лов в вагранку и определить оптимальные расходы дутья при его двухрядной подаче. Разработать технологический прием подогрева дутья с одновременным его увлажнением.

9. Определить условия для расчета расхода воздуха в ваграночном процес се по количеству сгоревшего топлива в единицу времени и для расчета опти мального содержания кислорода и природного газа в комбинированном дутье.

Научная новизна. 1. Определены основные направления совершенствова ния ресурсосберегающих технологий и способов интенсификации ваграночной плавки, реализуемые на современных ваграночных комплексах с обоснованием вида топлива.

2. Предложены модель процесса подогрева дутья в рекуператоре вагранки конструкции «труба в трубе» и его математическое описание, позволяющие рассчитывать температуру дутья, состав и температуру газов на выходе из ре куператоров, работающих по принципу прямо- и противотока с учетом дожига ния СО.

3. Впервые обоснована высота кислородной зоны для слоевого горения твердого топлива в шахтных печах с учетом коэффициента формы куска топли ва и выведено уравнение для определения температуры поверхности твердого топлива, обоснован способ определения высоты топливной насадки.

4. Теоретически обосновано и экспериментально доказано влияние подог рева и увлажнения дутья на протекание основных технологических процессов ваграночной плавки;

разработаны научные основы использования антрацита в процессах ваграночной плавки. Обосновано применение установки для иссле дования прочности твердого топлива, определяемой в процессе горения под на грузкой.

5. Разработаны теоретические основы обогащения дутья кислородом, за ключающиеся в получении, по результатам математического моделирования и промышленного эксперимента, уточненных характеристик основных техноло гических параметров: температуры металла на выходе из печи;

температуры и содержания СО2 и СО в отходящих газах.

6. На основе анализа и обобщения экспериментальных данных плавочных кампаний создана обобщенная математическая модель, позволяющая строить номограммы ваграночного процесса, для определения производительности ва гранки, температуры металла на выпуске при расходе топлива от 10 до 20 % и концентрациях кислорода в дутье более 21 % и подогреве дутья более 27 С.

7. Определено влияние порозности шихты на аэродинамические и тепло технические параметры ваграночной плавки. Обоснован уровень загрузки мате риалов в вагранку при оптимальном расходе дутья в условиях двухрядной пода чи;

разработаны новые способы: одновременного подогрева и увлажнения дутья;

расчета расхода воздуха, основанного на сгорании топлива в единицу времени;

определения оптимальных соотношений содержаний кислорода и природного газа в комбинированном дутье вагранок.

Практическая значимость работы. Спроектированный и находящийся в эксплуатации ЛВК является моделирующей установкой для исследования осо бенностей технологического процесса в вагранках, позволяет в лабораторных условиях быстро отработать новые ресурсосберегающие технологии по замене кокса на антрацит, опробовать способы интенсификации процесса с минималь ными издержками на технологические режимы основных литейных произ водств. Разработанные на ЛВК технологии прошли серийную апробацию в промышленных условиях;

технологический процесс плавки позволил полу чать расплавы с заданными технологическими и эксплуатационными свойст вами, снизив при этом затраты на топливо. На основании комплексных ис следований разработаны технологические регламенты ведения ваграночной плавки в печах с различной производительностью.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы: при выбо ре количественного соотношения кокса и антрацита в топливных колошах про мышленных вагранок с различной производительностью и конструкцией фур менного пояса;

для определения оптимальных концентраций кислорода при обогащении дутья с необходимостью учета расхода топлива, температуры ме талла на выпуске, производительности печи;

для обучения студентов и повы шения квалификации специалистов в области литейного производства.

Реализация результатов. Внедрение результатов исследований проводи ли на ЗАО «Изолит» (г. Новокузнецк);

ЗАО «ЗАВОД УНИВЕРСАЛ» (г. Ново кузнецк);

ЗАО «ГМЗ» (г. Гурьевск), ОАО «ЕВРАЗ – Объединенный Западно Сибирский металлургический комбинат» (г. Новокузнецк).

Предмет защиты. На защиту выносятся:

1. Методы расчета проектно-технологических характеристик ЛВК, вклю чая конструкцию и расчет рекуператора «труба в трубе».

2. Результаты теоретического обоснования экспериментальных исследова ний режимов ваграночной плавки с использованием разных видов топлива, включающие выявленные закономерности по определению технологических зон плавильного агрегата, температуры поверхности кусков топлива.

3. Методика аттестации различных видов ваграночного топлива, их коли чественных соотношений и сравнения с эталонными значениями.

4. Результаты математического моделирования ваграночного процесса, в частности, математический анализ состава газа при обогащении дутья кислоро дом, определения теплопотерь через стенки вагранки.

5. Модели для построения номограмм ваграночного процесса для опреде ления температуры металла на выпуске, производительности вагранки при по догреве дутья и обогащении его кислородом.

6. Ресурсосберегающие технологии и способы интенсификации ваграноч ного процесса, внедренные в условиях промышленных предприятий, включая конструкторско-технологические решения, применяемые для подогрева и ув лажнения дутья.

Методы исследований. Работа выполнена с привлечением современных методов исследования: численного моделирования ваграночного процесса;

основ теории подобия и размерностей;

постулатов формальной кинетики;

теплообмена в шахтной печи;

газового анализа;

измерения литейных и механических свойств сплава.

Достоверность и обоснованность. Адекватность полученных результа тов, выводов и рекомендаций основывается на совместном использовании со временных методов теоретического анализа и экспериментального исследова ния процессов теплообмена, горения, газообразования, механики движения ма териалов, протекающих в вагранках;

на сочетании воспроизводимых по точно сти методов физического и математического моделирования, качества измере ний и статистической обработки результатов;

на высокой эффективности пред ложенных технологических решений, подтвержденных результатами промыш ленных испытаний и внедрением в производство.

Личный вклад автора заключается в постановке задач теоретических и экспериментальных исследований;

проведении теоретических и эксперимен тальных исследований на ЛВК;

разработке и компьютерной реализации обоб щенной математической модели ваграночного процесса и математической мо дели для расчета температуры дутья, состава колошниковых и дымовых газов на выходе из рекуператора;

проведении организационно-технических меро приятий по промышленному освоению разработанных технологических про цессов;

обработке полученных результатов, анализе, обобщении, научном обосновании, формулировании выводов и рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научных конференциях и научных совещаниях: Всероссийском научно-техническом совещании «Перспективные промышленные технологии и материалы» (Новокузнецк – Новосибирск, 2004 г);

II Международной научно-практической конференции «Организационно-экономические проблемы повышения эффективности металлургического производства» (Новокузнецк, 2005 г.);

Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы электрометаллургии, сварки, качества» (Новокузнецк, 2006 г.);

Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2006, 2008 гг.);

VIII Всерос сийской научно-практической конференции «Техника и технология производст ва теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (Белокуриха – Бийск, 2008 г.);

V Международной научно-практической конференции «Про грессивные литейные технологии» (Москва, 2009 г.);

VI Международной науч но-практическая конференции «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2011г.);

IX Международной научно-практической конференции «Литейное про изводство сегодня и завтра» (Санкт-Петербург, 2012 г.);

Всероссийской научно практической конференции «Теория и практика литейных процессов» (Ново кузнецк, 2012 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 60 печатных ра бот, в том числе 18 в изданиях, рекомендованных ВАК, две монографии, 13 па тентов на изобретение и патентов на полезную модель, четыре свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и базы данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, библиографического списка и состоит из 325 стра ниц, включая таблицы и рисунки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Анализ практического опыта эксплуатации ваграночных комплексов и обзор технической литературы В главе обобщены данные, касающиеся теории и практики ваграночного процесса. Ваграночной плавке посвящены многочисленные работы отечествен ных и зарубежных теплотехников и металлургов. Теория горения топлива в слое создана усилиями Л.А. Вулиса, Д.А. Франк-Каменецкого, З.Ф. Чуханова, В.В. Померанцева, Ф. Бартльме. Вопросы газодинамики и теплообмена в зерни стом слое разрабатывались З.Ф. Горбисом, М.Э. Аэровым, М.А. Гольдштиком, Л.С. Лейбензоном, применительно к доменным печам – Б.И. Китаевым, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордоном, В.С. Швыдким, В.Г. Лисиенко, В.П. Тарасо вым и др. Значительный вклад в изучение процесса плавки чугуна в вагранке внесли Л.М. Мариенбах, В.А. Грачев, Н.А. Баринов, А.К. Юдкин, Ю.С. Сухар чук, И.Ф. Селянин и др.

Определены доминирующие тенденции развития ваграночной плавки и направления ее совершенствования. Рассмотрены конструкционные решения и основы технологии плавки в вагранке, известные номограммы взаимосвязи па раметров ваграночного процесса, сложившаяся практика применения различ ных видов топлива, влияние подогрева дутья на технологический процесс ва граночной плавки, обогащения дутья кислородом и использования природного газа, общие подходы к моделированию ваграночного процесса.

Анализ проводимых в Российской Федерации и за рубежом работ даёт ос нование полагать, что в ряду наиболее перспективных направлений развития ваграночного процесса ведущее место занимают технологии ресурсосбереже ния, основанные на замене классического топлива – кокса альтернативными, такими как антрацит и тощие угли, а также интенсификация основных техноло гических режимов.

На основе проведенного анализа современного состояния вопроса сформу лированы цель, задачи и методы диссертационного исследования. В дальней шем поставленные цель и задачи были достигнуты и решены благодаря созда нию лабораторно-исследовательской инфраструктуры и тесной интеграции с промышленными предприятиями реального сектора экономики Сибирского федерального округа.

2 Расчет проектно-технологических характеристик лабораторного ваграночного комплекса (ЛВК) Вторая глава посвящена разработке методики расчета проектно технологических характеристик лабораторной вагранки и оборудования ЛВК.

Все разработанные методы расчета могут служить основой для проектирования промышленных объектов ваграночных комплексов.

Для проведения испытаний в ФГБОУ ВПО "Сибирский государственный индустриальный университет" (СибГИУ) был спроектирован и введен в экс плуатацию ЛВК, который включает в себя вагранку с внутренним диаметром 200 мм, состоящую из трех футерованных и одной нефутерованной секций, в которой имеется завалочное окно и трубы для отвода ваграночных газов, яв ляющейся основой для установки рекуператора конструкции «труба в трубе» высотой 1500 мм. Для обеспечения стабильного дутьевого режима в структуру ЛВК включен вентилятор высокого давления. По всей высоте секций через ка ждые 104 мм установлены измерительные отверстия для забора ваграночных газов и измерения температуры поверхности топлива. Сформированная раз вертка рабочего пространства печи позволяет производить измерения во всем объеме шахты вагранки. В структуру ЛВК входит специальная установка для исследования прочности твердого топлива, определяемой в процессе горения под нагрузкой. Установка обеспечивает возможность проверки качества топли ва и воспроизводит условия в период плавки в шахтной печи. Конструкция ус тановки и методы эксплуатации защищены патентами РФ №№ 96963, 106953, 102386, 99616, 2438124. (Свид. о гос. рег. базы данных № 2012620487).

Аппаратно-лабораторная база для исследования состава газовой фазы, средств измерения расходов, обеспечивающих дутьевой режим, измерения темпе ратуры топлив и металла, представлена современным оборудованием, прошед шим процедуру поверок в установленном порядке. Расчеты производились на ли цензионном программном обеспечении и пакетах прикладных программ, защи щенных свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Геометрические параметры конструкции лабораторной вагранки были выбраны исходя из сложившейся проектной практики, характерной для промышленных ва гранок, основанной на существующей эмпирической зависимости, связывающей вы соту холостой колоши с внутренним диаметром.

Выбор вентилятора является важным этапом проектирования ваграночной установки. Методически верно предварительно выполнить расчет гидравличе ского сопротивления шихты и всего воздушного тракта. Разработанная методи ка учитывает сопротивление шихты и кокса, определяемое многими парамет рами: высотой слоя кокса и шихты, расходом кокса, размером и формой кусков топлива и шихты, порозностью слоя материалов, температурой и составом ва граночных газов, количеством рядов фурм;

одновременно методика учитывает общую сумму сопротивлений: трубопроводной системы, заслонок, поворотов, расширений и сужений трубопроводов, раздающего короба, системы парал лельных каналов фурменного пояса. По этой методике проведены расчеты по терь напора для всего нормального ряда вагранок.

Создана математическая модель для расчета технологических параметров ваграночного рекуператора конструкции «труба в трубе». Ее особенностью яв ляется возможность одновременного расчета состава колошниковых газов;

температуры воздуха и дымовых газов на выходе из рекуператора;

коэффици ентов теплообмена и теплопередачи на дымовой стороне;

температуры подогрева воздуха для противотока;

температуры подогрева воздуха для прямотока;

количества воздуха на дожигание монооксида углерода в колошниковых газах. Конструкция рекуператора представлена на ри сунке 1 и защищена патентами РФ №№ 89682, 89683, 89684, 99135.

При расчете ваграночного ре 1 – шахта вагранки;

2 – внутренний цилиндр;

куператора необходимо учитывать, 3 – внешний цилиндр;

4 – винтовая насадка;

что его высота ограничена конструк 5 – патрубок подвода холодного воздуха;

6 – патрубок тивными особенностями вагранки, отвода горячего воздуха;

7 – нижнее кольцо;

8 – верхнее кольцо;

9 – шнур из углестекловолокна то есть высотой верхней шахты от Рисунок 1 – Конструкция рекуператора верха загрузочного окна до зоны вы хода газов в искрогаситель. Диамет ры двух цилиндров рекуператора «труба в трубе» также определяются диамет ром верхней шахты вагранки. Для расчета необходимо определить эксперимен тально средний состав колошниковых газов вагранки и их температуру. При устройстве данного рекуператора ваграночный процесс надо вести так, чтобы температура отходящих газов не опускалась ниже пределов воспламенения – 650 С. В результате расчетов, лабораторной и промышленной практики уста новлено, что без установки дополнительной горелки ниже загрузочного окна полезную высоту вагранки следует держать на уровне 4 – 4,5 м от первого ряда фурм, только в этом случае отходящие колошниковые газы будут иметь необ ходимую температуру. На высоких вагранках большого внутреннего диаметра и большей полезной высотой воспламенение CO следует производить с помо щью дополнительной горелки, работающей на природном газе. Поэтому для расчета должно задаваться начальное содержание монооксида углерода в составе колошниковых газов и затем вычисляться количество воздуха, которое необхо димо для его дожигания. Для методически верного расчета, являющегося осно вой реального проектирования, необходимо задавать: коэффициент избытка воз духа ;

температуру колошниковых газов;

температуру газов на выходе из реку ператора;

температуру дутья;

количество дутья;

температуру воздуха на дожига нии CO;

тепловой эффект реакции CO + 0,5O2 = CO2 + Q1 дожигания CO, где Q1 = 282583 кДж/кмоль;

степень черноты материала стенки рекуператора – 0,98 ;

сг 1,50 кДж/(м 2 о C) средние теплоемкости газов и воздуха св 1,34 кДж/(м 2 о C) в рекуператоре. Расчет данного типа рекуператора проводился численным методом с применением итерационной процедуры.

Для расчета всех технологических параметров рекуператора конструкции «труба в трубе» была разработана программа в среде Borland Delphi, позво ляющая моделировать протекающие процессы теплообмена в рекуператоре (Свид. о гос. рег. прогр. для ЭВМ № 2011617034). В результате проведенных расчетов были получены технологические решения для проектирования и по следующего монтажа рекуператора на ЛВК с температурой подогрева воздуха в рекуператоре на уровне 200 С.

Важным аспектом технологии ваграночной плавки является возможность выбора технологических решений при проектировании новых и модернизации действующих вагранок, выходящих за нормальный ряд. Геометрические пара метры вагранок, определенные по критериям конвективного теплообмена, по зволяют сделать такой выбор. На основе рассмотрения критериев конвективно го теплообмена между теплоносителем и материалами шихты, для условий теп лообмена в продуваемом движущемся слое, для которого характерно меньшее значение коэффициента теплообмена по сравнению с неподвижным слоем, из за особенностей аэродинамики и механики движения слоя, а также с уменьше нием эффективности процесса в плохо продуваемых участках и в зоне завер шенного теплообмена обоснована зависимость высоты и внутреннего диаметра вагранки.

Полученные теоретические зависимости могут быть рекомендованы при проектировании новых печей, выходящих по размерам за пределы нормального ряда как в меньшую, так и в большую сторону.

3 Теоретические основы разработки ресурсосберегающих технологий ваграночного процесса В главе приведено теоретическое обоснование технологических режимов ваграночной плавки. Определены подходы к расчету высоты топливной насад ки на основе механики движения материалов. При определении полезной высо ты шахтных печей вскрыта общая природа ряда физико-механических процес сов, протекающих в рабочем пространстве печи. Выявлено, что высота печей связана с механикой движения шихтовых материалов к очагам горения по плоскостям скольжения, расположенным под углом внутреннего трения к гори зонтальной плоскости. Материалы плавки не могут застаиваться в центре печи, они должны двигаться к очагу горения по наклонной поверхности коксовой на садки. Движение кусков шихты и топлива в связанной системе осуществляется по плоскостям, которые расположены под углом * к горизонту. Угол внутрен него трения * зависит от сил зацепления между кусками сыпучего материала.

При сдвиге сыпучих сред они разрыхляются, куски материалов по плоскостям сдвига выходят из зацепления. Следовательно, к плоскости сдвига необходимо приложить нормальное к горизонтальной плоскости усилие, равное по величи не, но противоположное по направлению силе тяжести столба шихтовых мате риалов.

В результате расчетов установлено, что угол внутреннего трения для кок совой насадки ваграночной плавки равен в* = 54 30;

высота коксовой насад ки ( Н к.н ) для ваграночной плавки будет определяться по формуле:

Н к.н 0,45 0,699 Д в, (1) где: Д в -диаметр вагранки.

Полученные расчетные данные по определению высоты топливной насад ки были достоверно подтверждены экспериментальными результатами, полу ченными на ЛВК по разработанной методике, основанной на наблюдении за появлением первых капель жидкого чугуна.

Разработанная математическая модель для определения высоты топливной насадки на основе анализа механики движения материалов в печи была поло жена в обоснование выбора вида топлива с целью разработки ресурсосбере гающей технологии ваграночной плавки.

Комплексные исследования проводились на ЛВК в диапазоне содержания топлива от 100 % кокса до 100 % антрацита и изменением их количества в 25 %. В каждом диапазоне плавки проходили по трем режимам: на холодном дутье;

на дутье, подогретом до 200 С;

и на дутье, подогретом до 200 С и ув лажненном до содержания 5 % пара.

В результате лабораторных экспериментов была определена степень из мельчения топлива (кокса и антрацита) по формуле:

( d до d после ) Ст 100 %, (2) d до где Cт – степень измельчения топлива;

d до и d после – средний размер куска топлива до и после плавки, мм.

Установлено, что на степень измельчения кусков кокса подогрев и увлаж нение дутья практически не влияют, небольшие изменения размеров куска кок са связаны в большей степени с его выгоранием и в меньшей – с его растрески ванием. Степень измельчения кокса при проведении плавки на холодном дутье составляет Ст = 12 %;

после плавки на подогретом дутье Ст = 6 %;

на подогре том увлажненном дутье Ст = 9 %.

Анализ плавки, проведенной на холодном дутье с использованием в каче стве топлива антрацита, показывает, что последний сильно растрескивается на мелкие куски Ст = 38 %. Растрескивание происходит за счет высоких механиче ских и термических напряжений по объему куска топлива в кислородной зоне, где его поверхность разогревается до 2000 2100 С.

Для снижения термических напряжений в кусках антрацита необходимо резко уменьшить градиенты температуры на его поверхности, что возможно осуществить при подогреве и увлажнении дутья. При подогреве дутья до 200 С Ст=29 %, это объясняется тем, что подогрев дутья способствует протеканию ре С О 2 СО 117 МДж/кмоль акции вместо реакции С О 2 СО 2 400, 428 МДж/кмоль, что уменьшает температуру поверхности топлива в кислородной зоне и температурные градиенты, снижает вероятность растрескивания антрацита.

Дополнительно стойкость антрацита против растрескивания повышается за счет увлажнения подогретого дутья, степень измельчения составляет Ст = 20 %.

В кислородной зоне восстановление водяного пара углеродом антрацита резко интенсифицируется при скорости дутья свыше 0,5 м/с и протекает по реакции 2C + 3H2O = CO + CO2 + 3H2 – 210,036 МДж/кмоль, которая идет с большим по глощением тепла. В результате протекания данной реакции резко понижается температура поверхности антрацита в кислородной зоне с 2000 до 1800 1850 С, но одновременно увеличивается высота этой зоны, что снижает температурные градиенты и, следовательно, напряжения в поверхностных слоях куска топлива. В результате проведения плавки с одновременным подогревом и увлажнением дутья антрацит меньше подвергся растрескиванию. Температура чугуна на выходе дос тигает 1350 С. Это дает возможность вести плавку в устойчивом режиме.

На установке для исследования прочности твердого топлива была опреде лена степень измельчения кокса Ст = 10 % и антрацита и Ст = 36 %, что совпадает с данными, полученными на лабораторной вагранке. Для определения оптималь ных соотношений содержаний различных видов топлива в топливных колошах и обеспечения устойчивой работы ваграночных комплексов разработана мето дика аттестации топлив, основанная на определении относительной прочности топлива при горении под нагрузкой (h) и относительной прочности, зависящей от разрушения и газификации (т), определяемой по формуле:

т = h (2– 1 /0), (3) где 0 и 1 – насыпная масса топлива до и после опыта.

Для реального прочного топлива т = 0,85 0,95 h, для топлива средней прочности т = 0,7 0,85h, а для малопрочных топлив т = 0,5 0,7h. Лабора торные исследования позволили сформировать критериальный ряд соотноше ний содержаний кокса и антрацита с изменением концентраций через 10 %;

при соотношении 60 % антрацита и 40 % кокса т =0,85, что является минимальным требованием к относительной прочности.

Для нормального протекания ваграночного процесса необходимо, чтобы в результате горения смеси антрацита и кокса выделялось количество тепла, не меньшее, чем и при горении кокса. При заданном процентном соотношении со держания кокса (40 %) и антрацита (60 %) количество теплоты, выделяющееся при сгорании топливной колоши, составит 30,98 · 103 кДж/кг. Кокс при горении и нагрузке не растрескивается, хорошо держит давление верхних слоев шихты, так как каркас воспринимает нагрузку на себя и разгружает от нагрузки куски антрацита. Это позволяет значительно повысить уровень загрузки шихтовых материалов. При выплавке в вагранке оксидного расплава из минерального сы рья с применением подогрева и увлажнения дутья возможно использовать 100 % антрацита за счет меньшего давления шихты.

Обоснование высоты кислородной зоны топливной колоши вагранки по строено на аналитическом подходе к решению задачи о длине кислородной зо ны в слоевых топливных засыпках и для расчета длины кислородной зоны при горении углеродного канала, приведенном в работах З.Ф. Чуханова, А.А. Поме ранцева, С.А. Гольденберга.

Для расчета геометрического размера кислородной зоны было проанали зировано основное кинетическое уравнение гетерогенного горения углерода в диффузионной области, в котором учтен коэффициент формы куска топлива и максимальное значение критерия Семенова Sm = 1 в кислородной зоне.

Окончательно для протяженности кислородной зоны получена формула:

ln O 0 / O 2(zк.з ) Re 0,17 d k (1 Sm1 ) z к.з ;

(4) 0,343 6(1 ) где О2 – начальное значение содержания кислорода;

О2 – текущее значение со d T держания кислорода;

Re o k – критерий Рейнольдса;

o – начальная ско рость воздуха в пустой шахте;

– порозность слоя топлива;

dk – средний размер куска топлива;

и Т – кинематическая вязкость и средняя температура газа в ки слородной зоне;

– коэффициент формы куска (для кокса 2,86 ) изменяется в пределах 3,17 3,50 (С.М. Коган).

Граничное значение содержания кислорода в конце зоны ( О 2( z к.з ) ) соответ ствует максимуму содержания диоксида углерода (СО2max) по высоте холостой колоши (zmax). Величину zmax определяли по кинетике протекания последова тельных реакций C O 2 k1 CO 2 ;

C k2 2CO :

ln(k 2 / k1 ) г d k z max, (5) (k 2 k1 ) 6(1 ) где г – средняя скорость газового потока;

k1 и k2 – константы скорости соответст вующих реакций.

Константы скоростей реакций ki (i = 1,2) определялись также по выведен ным формулам:

E ki 10 a10 Ei b exp(- i ), (6) RTc где а = 0,869;

b = 1,0 (В.В. Померанцев), а = 0,991;

b = 0,398 (Г.Ф. Кнорре);

Еi – энергия активации i – реакции.

На рисунке 2 (I, а) представлены данные, полученные на плавках с исполь зованием в качестве топлива кокса. Видно, что соотношение максимум СО2 и минимум О2 наблюдается в точке 3 (13,4 % СО2, 0,2 % О2). На рисунке 2 (II, а) представлены данные, полученные на плавках с антрацитом, из которых видно, что соотношение максимум СО2 и минимум О2 наблюдается в точке 2 (13,5 % СО2, 1,9 % О2). Анализ данных показывает, что с использованием кокса при хо лодном дутье кислородная зона длиннее, чем с использованием антрацита, так как последний измельчается.

Результаты газового анализа плавок с использованием кокса и антрацита и подогревом дутья приведены на рисунках 2 (I, б) и 2 (II, б.). Во всех точках за мера четко прослеживается некоторое увеличение (на 1 2 %) содержания СО, а также падение содержания СО2. Чем выше был подогрев дутья, тем выше была температура металла на выходе. При температуре дутья Тд = 100 С температура металла Тм на выходе держалась в пределах 1260 С, при максимальном подогреве дутья до Тд = 200 С – достигала Тм = 1310 С. Следовательно, параметры горения по высоте кислородной зоны несколько выравниваются, а граница между ки слородной и восстановительной зонами несколько сглаживается. Значения zк.з при плавках на антраците приближаются к значению zк.з при плавках на коксе.

Результаты газового анализа с подогретым и увлажненным дутьем при ис пользовании кокса и антрацита приведены на рисунках 2 (I, в) и 2 (II, в). Со держание СО2 в ваграночных газах показало, что длина кислородной зоны при плавке на антраците с применением подогретого и увлажненного дутья при ближается к длине при плавке на коксе.

номер точки замера I номер точки замера II а) Холодное дутье б) Подогретое дутье в) Подогретое и увлажненное дутье Рисунок 2 – Результаты газового анализа при использовании в качестве топлива 100 % кокса (I) и 100 % антрацита (II). – О2;

– СО2;

– СО.

Данные газового анализа по содержанию СО, СО2, О2 при различных ко личествах в топливных колошах кокса и антрацита и разных дутьевых режимах свидетельствуют о сохранении основных тенденций, присущих для плавок на чистом коксе или чистом антраците: по пиковым значениям содержания газов и характеризующих основные зоны (кислородную и восстановительную).

Горение углерода твердого топлива протекает как на внешней, контурной поверхности, так и на внутренней поверхности макро- и микропор, куда и отку да диффундируют молекулы О2, СО2, СО, Н2О. Роль внутреннего реагирования для различных реакций различна и определяется температурой и гидродинами кой процесса горения углерода.

Константа скорости гетерогенного реагирования определяется по уравне нию Аррениуса. В теории горения установлено, что между параметрами k (предэкспоненциальный множитель) и E (энергия активации) существует функ циональная связь и наличие некоторой условной точки – полюса. Введение та кой условной точки, в которую сходятся линии констант скоростей реакций, позволяет либо связать между собой значения энергии активации и предэкспо ненциального множителя в зависимости Аррениуса, либо находить константу скорости реакции, зная только энергию активации, через значения координат полюса k* и Т *. Значения координат, определяемые местоположение полюса, в разных работах (В.В. Померанцева, Г.Ф. Кноре) различные. С использованием основных подходов теории горения топлива была выведена формула для расче та температуры поверхности кусков топлива в Кельвинах:

0,2186 Е ТC, (7) а 104 Е b lg где – коэффициент массообмена.

В вагранках коэффициент массообмена, определяемый по формуле = A Re–n0, ограничен предельной скоростью дутья на пустое сечение шахты или кольцевой периферийной зоны. Предельная скорость дутья равна 0 = 2,3 м3/(м2с) = 2,3 м/с. При 0 шлаковые жидкие частицы захватываются газовым потоком и выносятся из кислородной в восстановительную зону и далее в зону подогрева шихты и ее плавления. Дальнейшее увеличение 0 приводит к рас страиванию технологии ведения плавки, и печь идет на резкое захолаживание.

Полученные расчетные результаты по параметру ТC попадают в интервал практических температур поверхности кусков топлива при плавках на воздуш ном дутье без подогрева для ваграночного процесса, полученных на ЛВК и представленных на рисунке 3. В шахтных печах (вагранках) перенос тепла и вещества идет через запыленный поток. Горновые газы, поднимаясь вверх, за хватывают мелкие частицы топлива, частицы шлака и увеличивают теплообмен между кислородной и восстановительными зонами. Жидкий металл и шлак, опускаясь вниз по кускам топливной насадки, захолаживают кислородную зону и подогревают околофурменную зону, где наблюдается максимальная разность температур между дутьевыми газами и поверхностью куска топлива. Теплоот дача запыленного потока описывается зависимостью с Nu п Nu 1 6,7 Re 0,3 Re 0,33 т, (8) сг т где Nuп и Nu – критерии Нуссельта для запыленного и чистого газового потока;

Reт – критерий Рейнольдса для твердых частиц;

– массовая концентрация твердых частиц в потоке;

ст и сг – теплоемкости твердой и газовой составляю щей потока.

Зависимость (8) верна при 1,7103 Re 6,5104;

5 Reт 800;

2,5 45. Для вагранок в конце кислородной зоны Re 4,5104;

Reт 200;

20;

ст/сг = 1,3. Теплоемкость антрацитовой пыли и коксовой мелочи в 1,3 раза больше теплоемкости газового потока. Учитывая условия теплоотдачи запы ленного потока, установили, что вместе с ростом коэффициента массообмена, зависящего от функции переноса, растет и температура ТC в конце кислород ной зоны в соответствии с формулой (7).

В процессе плавки измерялась температура поверхности куска топли ва;

результаты представлены на ри Номер точки замера сунке 3. Измерения проводились в тех же точках, в которых производился за бор газов.

По полученным данным можно косвенно оценить размеры кислород ной зоны (zк.з), так как начало эндотер мической реакции восстановления СО – кокс, холодное дутье;

будет сопровождаться падением тем – антрацит, холодное дутье;

пературы в этой зоне. Видно, что тем – антрацит, подогретое дутье;

– антрацит, подогретое и увлажненное дутье пература поверхности антрацита начи Рисунок 3 – Температура поверхности нает падать раньше, чем температура кусков топлива. кокса (горизонт 3-го измерительного отверстия), это свидетельствует о границе между кислородной и восстанови тельной зонами (zк.з 200 мм). Температура поверхности куска топлива, дости гаемая максимума в кислородной зоне на холодном дутье: для кокса Тк = °С, для антрацита Та = 2080 °С. Эти значения подтверждаются теоретическими расчетами, проведенными для холодного воздушного дутья. При подогреве ду тья до 200 С и увлажнении его до содержания 5 % пара температура поверхно сти куска антрацита в кислородной зоне снизилась на 150 200 °С и составила Та = 1915 °С, что значительно уменьшило вероятность его растрескивания.

4 Теоретические основы интенсификации технологического процесса плавки чугуна в вагранке В настоящей главе приведено теоретическое обоснование основных мето дов интенсификации ваграночного процесса. В основу исследований процессов интенсификации положен расчетно-экспериментальный подход, включающий математическое моделирование с последующим решением уравнений числен ным методом и их экспериментальным подтверждением. Интерес исследовате лей к математическому моделированию ваграночного процесса устойчиво со храняется в течение длительного времени, что объясняется высокой практиче ской значимостью результатов.

С использованием усовершенствованной обобщенной математической мо дели ваграночного процесса И.Ф. Селянина, позволяющей производить расчеты при подогреве дутья более 27 °С, содержании кислорода в дутье более 21 % и учитывающей процессы горения и газификации твердого топлива;

усреднения температуры газового потока, температуры перегрева жидкого чугуна и шлака, потерь тепла на плавление, нагрева твердой шихты, осуществлено модельно математическое исследование интенсификации ваграночных процессов. (Свид.

о гос. рег. прогр. для ЭВМ №№ 2012618506, 2012618507). В результате матема тическая модель, по которой осуществлялся анализ состава газа при обогаще нии дутья кислородом, позволила вывести формулу для расчета концентраций монооксида углерода в отходящих газах:

2 О 0 СО 2 О СО, (9) 1 0,01О где О 0 – содержание кислорода в дутье;

СО2 и О2 – содержание диоксида углерода и кислорода в отходящих газах.

Обогащение дутья кислородом способствует увеличению скорости выго рания углерода С и росту производительности Рв вагранки:

С, кг/(м2·с) Рв (10) KС и увеличению скорости ш схода шихты:

Рв ш, м/с, (11) ш (1 ш ) где K – расход кокса, %;

С – содержание углерода в коксе, %;

ш – плотность куска шихты;

ш (1 – ш) – насыпная масса шихты в укладке с порозностью ш.

Установленно, что излишки кислорода (O2) в дутье, способствуя увели чению скорости ш схода шихты, как следствие, приводят к уменьшению вре мени 1 нагрева шихты до температуры плавления Tпл = 1200 C. Одновременно растет высота зоны нагрева z1 по отношению к начальной высоте z0 при О о 21 % :

21 O z1 11 1 0 1 z 0, (12) 2 где 1, 0 и 1, 2 – время и скорость схода шихты при O2 = 21 + O2 и О 0 21 %.

Высота холостой колоши уменьшается и будет равна Hх.к = Hп – z1, (13) где Hп – полезная высота печи.

Комплексное решение уравнений теплообмена газа с металлом в зоне на грева шихты и в зоне перегрева жидкого чугуна проводилось на уровне холо стой колоши (Нх.к) с помощью численных процедур. Программа позволяет рас считать следующие параметры: высоту холостой колоши Hх.к;

высоту кислород ной зоны zк.з;

температуру газов на выходе из холостой колоши;

температуру от ходящих газов;

температуру металла на выходе из печи ТМ;

среднюю температу ру газа в холостой колоше Tг.ср;

среднюю температуру поверхности кокса в холо стой колоше Тс.хк;

предельную температуру в кислородной зоне Тпр.к;

тепловые потери через поверхность теплообмена вагранки с атмосферой;

содержание СО и СО в отходящих газах;

долю разложившегося СО2 в конце кислородной зоны ;

содержание СО2, СО, О2 в конце кислородной зоны. На рисунке 4а приведены расчетные значения основных параметров: Нх.к, содержания СО2 и СО в отходя щих газах, температуры металла ТМ на выходе из печи для вагранки с внутренним диаметром D1 = 1,13 м, высотой Н0 = 5 м при расходе кокса K = 14 %, удельной по даче дутья q0 = 1,75 м3/(м2·с) и переменной величине обогащения дутья кислородом.

Расчетные значения, полученные в результате математического моделирования, представлены на рисунке 4а.

a) расчетные значения;

б) экспериментальные данные;

1 – высота холостой калоши – Нх.к, м;

2 – содержание СО2 в отходящих газах, %;

3 – содержание СО в отходящих газах, %;

4 – температура металла на выпуске ТМ, С Рисунок 4 – Изменение основных параметров (Нх.к, СО2, СО, ТМ) ваграночной плавки при обогащении дутья кислородом Для иллюстрации возможностей программы на рисунке 5 приведены рас четные номограммы ваграночного процесса при обогащении дутья кислородом до 30 % и при подогреве дутья до 727C.

При низком расходе дутья 3 (q0 = 30 60 м /(м ·мин)) номограмные кривые при О 0 = 25 % идут ниже тако вых при О 0 = 21 %. При q0= 60 3 м /(м ·мин) температура металла (Тм) примерно одинакова для О 0 = 21 % и О 0 = 25 %. И только при высоком рас ходе кокса (K=16 20 %) температура а) металла на выпуске при О 0 = 25 % ста новится выше, чем Тм при О 0 = 21 %.

Обогащение дутья кислородом приводит к увеличению скорости выгорания угле рода, к росту производительности печи (Рв) и скорости схода шихты ( ш ) – по уравнениям (10) и (11). Одновременно б) растет высота зона нагрева шихты (z1) в соответствии с (12) и падает высота хо лостой колоши. Так как ш пропорцио нальна произведению (q0 О 0 ), то есть ш ~ q0 О 0, то для поддержания опти мальной высоты холостой колоши (т.е.

С = const) с увеличением О 0 в дутье не обходимо пропорционально уменьшить количество дутья (q0), подаваемого в в) печь. При большом количестве дутья (q0 90 м3/(м2·мин)) для поддержания а) О 2 = 25 % и Tq = 27C;

оптимальной высоты холостой колоши б) О 2 = 30 % и Tq = 27C;

необходимо увеличивать расход кокса в в) О 2 = 21 % и Tq = 727C завалку (K 16 %). Только при таких Рисунок 5 – Расчетные условиях плавки температура металла на номограммы ваграночного выпуске выравнивается с таковой при процесса дутье с О 0 = 25 %, а при K = 20 % – даже превышает на 10 15 С при номинальном параметре дутья ( О 0 = 21 %). Осо бенно наглядно проявляется влияние увеличения содержания кислорода в дутье на параметры Тм и Pв при О 0 = 30 % (рисунок 5б). Здесь замечается резкое сни жение температуры металла при K = 10 % и K = 12 % во всем диапазоне измене ния величины q0 (30 q0 120 м3/(м2·мин)). Производительность печи растет в соответствии с (10).

Подогрев дутья до 727C при О 0 = 21 % (рисунок 5в) резко увеличивает выходные параметры процесса: температуру металла и производительность пе чи во всем диапазоне изменения основных входных параметров: 10 K 20 %;

30 q0 120 м3/(м2·мин).

Исследованы процессы газообразования в топливной насадке вагранок при подогреве и при обогащении дутья кислородом с применением формальной ки нетики протекания последовательных реакций для определения изменения со держания газов О2, СО2, СО по высоте слоя топлива для варианта гетерогенного протекания реакций газификации в слое топлива. При построении модели не обходимо учитывать, что в период плавки в вагранках часть поверхности куска топлива в любой момент времени оказывается закрытой пленками шлака и ме талла и не участвует в реакции. Закрытая поверхность будет тем больше, чем больше массы шлака приходится на единицу массы выплавляемого металла и выше его вязкость и наоборот. Расчет и эксперимент показывают, чем выше температура дутья, тем ближе значения констант гомогенной и гетерогенной ре акций, тем ниже максимумы содержания диоксида углерода и наоборот. Для оп ределения влияния влажности и нагрева дутья на интенсификацию технологи ческого процесса в вагранке было исследовано применение комбинированного дутья. Установлено, что добавка природного газа к дутью без дополнительного его подогрева или обогащения кислородом приводит к захолаживанию кисло родной зоны несмотря на то, что горение природного газа происходит с боль шим (805540 кДж/кмоль) тепловым эффектом.

Для шахтных печей основой ровного хода является поддержание постоян ным угла наклона конической плоскости топливной насадки в ее основании, ко торая находится в области очагов горения. Геометрия верхней части насадки из меняется от остроугольной при использовании холодного дутья до куполообраз ной при использовании горячего дутья. Этот угол должен быть примерно рав ным углу внутреннего трения слоя кокса, находящегося под нагрузкой верхних слоев шихты. Комбинированное дутье, подогрев дутья приводят к понижению температуры газов на колошнике вагранки из-за того, что количество подаваемо го дутья в печь уменьшается, снижается удельная теплоемкость газового потока в зоне нагрева шихтовых материалов. Процесс теплообмена между газом и ших той стремится к завершенности, то есть температура выходящего из зоны тепло обмена газа приближается к температуре входящей в эту зону шихты.

5 Промышленная апробация и внедрение результатов исследований В реальных условиях производства были проведены исследования и полу чены данные о порозности слоя кокса, шихты, их слоевой и смешанной засып ках. В результате производственных испытаний на вагранке с внутренним диа метром 700 мм установлено, что шихта в процессе опускания по шахте во вре мя плавки в вагранке разрыхляется, при этом порозность шихты, оказывающая большое воздействие на аэродинамические и теплотехнические параметры ва граночной плавки, зависит от скорости ее опускания: с увеличением этой ско рости происходит наибольшее разрыхление шихты. Скорость движения шихты тем меньше, чем больше расход кокса. С увеличением расхода кокса уменьша ются производительность печи, отношение {СО2}/{СО} в отходящих газах, увеличивается высота холостой колоши. В период плавки шихта, опускаясь, приходит в движение, ее куски выходят из зацепления, объем слоя материалов увеличивается, его порозность возрастает. Это дилатантное явление ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления столба шихты, к увеличению скорости газов и, следовательно, к уменьшению времени теплообмена между шихтой и газом.

Для исследования применения кислорода в дутье в шахтных печах была проведена серия экспериментов на вагранке с внутренним диаметром 700 мм., расходе кокса K = 14 %, расход кислорода изменялся в пределах 0,45 1,9 м3/мин, что соответствует обогащению дутья кислородом в интервале 22,1 26 %.

Измерение температуры чугуна во время экспериментальных плавок пока зывает, что в начальный период подачи кислорода температура чугуна повыша ется с 1340 1350 С до 1380 1390 С. Наибольшая температура 1390 С была достигнута через 10 мин после начала продувки. Через 15 и 20 мин после нача ла эксперимента температура чугуна уже составляла 13501360 С, затем с уве личением времени продувки температура чугуна резко падала до 1250 С и в последующем резко стабилизировалась на уровне 1300 1320 С. Зафиксиро вано увеличение на 20 % производительности печи при росте содержания ки слорода в дутье с 21 до 25 %.

Учитывая нежелательное падение температуры чугуна при обогащении дутья кислородом, были проведены дополнительные эксперименты при расхо дах кокса K = 17 % и 19 %. Добавка кислорода в дутье держалась на уровне (Qк = 1,845 м3/мин). При K = 17 % наибольшая температура 1390 1395 С дос тигалась через 10-12 мин после начала продувки, затем с увеличением времени продувки температура чугуна стабилизировалась на уровне 1345 – 1355 С, что соответствовало базовому уровню при K = 14 % и O 0 = 21 % без обогащения ду тья кислородом. При K = 19 % максимальная температура чугуна не превысила 1395 С, через 20 – 25 мин продувки она падала до 1350 1360 С и держалась на этом уровне до конца плавки.

Обогащение ваграночного дутья кислородом до 25 % приводит к повышению температуры чугуна на 30 40 С в течение 10 – 15 мин от начала вдувания. При дальнейшем увеличении времени подачи кислорода температура чугуна уменьша ется и устанавливается на 30 40 С ниже базового уровня. Производительность печи всегда остается выше базовой. Дутье, обогащенное кислородом до 25 %, дает прирост производительности печи на 18 20 %. Опытные данные представлены на рисунке 4б. Время контакта газа с шихтой уменьшается, и уровень плавле ния последней понижается. Анализ хода кривых СО2 = f1(О2) и СО = f2(О2) по казывает, что они связаны соотношением (9).

Результаты промышленных экспериментов, проведенных на вагранке с внутренним диаметром 700 мм при обогащении дутья кислородом, в целом подтвердили результаты матеметического моделирования, представленого на рисунке 4а, по основным технологическим параметрам: содержанию СО, %, СО2, %, Нх.к, Тм.

С целью расширения спектра конструкторско-технологических решений по использованию антрацита в качестве топлива разработаны и промышленно опробованы два варианта технологии плавки чугуна и оксидных материалов. В основу первого варианта положено обоснование уровня загрузки материалов в вагранку и определение оптимальных расходов дутья при двухрядной подаче.

Установлено, что плавку чугуна и оксидных материалов в вагранках, исполь зующих антрацит в качестве топлива, возможно вести при уровне загрузки ма териалов в вагранку, составляющем 2,5 2,8 Dв. Подачу в кислородную зону подогретого до 450 550 С дутья необходимо осуществлять в равных количе ствах на двух горизонтах с расстоянием между ними L12 = zк.з ( zк.з – высота ки слородной зоны).

Второй вариант основан на разработке технологических приемов, позво ляющих осуществить подогрев дутья с одновременным его увлажнением. Со вмещение этих процессов возможно при сжигании природного газа с помощью горелок и специально смонтированных камер дожигания. Для подогрева дутья до 450 550 C необходимо варьировать режим работы воздуходувных уст ройств для получения такой температуры. Для совершенствования предлагае мой установки необходимо правильно определять длину камеры горения, кото рая может быть рассчитана с помощью коэффициента избытка воздуха = 1,045. На выходе из камеры горения температура продуктов сгорания со ставляет 1600 °С, при этом в них содержится 0,62 % О2. Для поддержания тем пературы дутья в пределах 450 550 °С необходимо топочные газы разбавлять подогретым до 100 °С воздухом в соотношении 1:3.

Внедрение результатов исследований по замене кокса на антрацит проводили на ЗАО «Изолит» на вагранке с внутренним диаметром 1250 мм. Технологии за щищены патентами РФ №№ 2350659, 2378388. Ваграночная установка вначале была оснащена радиационно-конвективным рекуператором, позволявшим по догревать дутье до 550 С, который в 2009 г. был отключен и в трубу вагранки установлен рекуператор конструкции «труба в трубе». Заключительная моди фикация рекуператора представлена на рисунке 1. Высота рекуператора состав ляла 13 м, т.е. использовалось все свободное расстояние от завалочного окна до искрогасителя. Низ труб рекуператора (1м) выполнен из нержавеющей стали.

Такая конструкция позволяет подогревать дутье до 450 С. Срок службы реку ператора составил 2 года и пока не наблюдается каких-либо нарушений в его работе. Были произведены измерения температуры и состава газа на колошнике и перед искрогасителем. Средняя температура газов на колошнике составляла 750 С при составе: 0,05 % О2;

10,5 % СО2;

17,3 % СО. Перед искрогасителем средняя температура газов составляла 445 С при составе: 3,5 % О2;

19,5 % СО2;

0,9 % СО;

остальное – азот. Из состава газа видно, что после завалочного окна шел стабильный подсос воздуха, в результате на уровне искрогасителя наблю далось практически полное догорание СО. Это обеспечивало высокую темпера туру отходящих газов и давало возможность получить указанный подогрев ду тья в рекуператоре до 450 С. Температура расплава на выходе держалась в пределах 1350 1370 С.

Были выполнены экспериментальные плавки без подогрева дутья. Темпе ратуру шлакового расплава не удалось поднять выше 1200 С. Визуальные на блюдения показали, что в верхней части шихты образовался корж из шлакового расплава и мелких частей антрацита, газовый поток шел только в узкой облас ти, прилегающей к стенкам шахты.

Далее было решено осуществить подогрев дутья до 450 550 С и пода вать его в равных количествах на двух горизонтах с расстоянием между ними 250 мм. Данные о времени работы вагранки до выбивки в зависимости от тем пературы подогрева дутья приведены в на рисунке 6. После этого было решено подогретое до 450 550 С дутье дополнительно увлажнить до содержания 10 15 % водяного пара и подавать его в один ряд фурм. Также для сравнения была проведена серия плавок, в которых дутье подавалось в два ряда фурм, причем в первый ряд подавалось сухое дутье, подогретое до 450 550 С, а во второй ряд – паровоздушное дутье с тем же подогревом.

Плавки показали, что увлажнение холодного дутья неэффективно, темпе ратура расплава прогрессивно падает с увеличением подачи водяного пара в кислородную зону вагранки. Производительность вагранки растет, но при до бавлении в дутье свыше 10 % Н2О температура расплава падает до критических значений, вагранка идет на замораживание.

Увлажнение дутья с одновременным его подогревом наиболее эффективно при подаче пара в дутье в количестве 10 15 %. В этом случае достигаются оп тимальные параметры по температуре расплава (1350 1355 С) и производи тельности (3,5 3,8 т/ч).

T, C T, C T, C Pв, т/ч Pв, т/ч Pв, т/ч 1380 4,5 1380 4, 1300 3,5 4, 3,3 4, 1365 3,8 4,0 1370 4, 1280 1360 1350 3, 2, 1280 3,0 3,5 3, 2,7 3,3 3,5 1360 3, 3, 1340 3,1 3, 1260 2, 1250 1350 3, 3, 1240 2,0 2,5 1340 2, 2,0 1330 2, 1220 1, 1210 1,5 1320 1, 1200 1, 1,0 1310 1, 1180 0,5 1240 0,5 1300 0, 1220 0,0 1290 0, 1160 0, 0 5 10 15 0 5 10 15 0 5 % H2O в дутье % H2O в дутье % H2O в дутье а) б) в) – Температура расплава, C;

– Производительность по расплаву, т/ч а) паровоздушное холодное дутье;

б) паровоздушное дутье, подогретое до 450 550 С;

в) паровоздушное дутье, подогретое до 450 С, во второй ряд фурм, в первый ряд фурм – сухое дутье с тем же подогревом Рисунок 6 – Результаты производственных плавок При увлажнении ниже 10 % содержания Н2О подогретого дутья темпера тура остается на технологически необходимом уровне, но производительность печи по расплаву недостаточна, при увлажнении дутья выше 15 % производи тельность вагранки растет прогрессивно, но температура расплава резко падает и печь идет на захолаживание.

При подаче увлажненного и подогретого дутья только во второй ряд фурм температура расплава при увеличении содержания водяного пара падает менее прогрессивно, чем при подаче увлажненного и подогретого дутья в оба ряда фурм. В этом случае при подаче в дутье до 20 % пара достигается максималь ная производительность печи, а температура расплава остается на приемлемом уровне.

На ЛВК было проведено исследование химического состава литейных и механических свойств чугуна, полученного с применением антрацита в топ ливных колошах. Литейные и механические свойства выплавленных чугунов, исследованные по стандартным методикам, представлены в таблице 1. Измене ние жидкотекучести, свободной, затрудненной усадок и уровня термических напряжений коррелируют с изменением температуры заливаемого в пробы чу гуна. Механическая прочность образцов оказалась наибольшей при плавке с 50 % антрацита, содержание серы в таких образцах понижено, и меньшая за грязненность металла сульфидами дала эффект роста временного сопротивле ния разрыву в.

Таблица 1 – Свойства чугунов Количество Температура Жидкоте- Свободная Затрудненная в, топлива, % чугуна, °С кучесть, мм усадка, % усадка, % МПа 100 % кокс 1355 310 0,41 0,83 50 % кокс + 1365 330 0,39 0,79 50 % антрацит 100% антрацит 1370 360 0,44 0,84 Результаты показывают (таблица1), что литейные свойства чугуна, полу ченного с применением разработанной технологии плавки с использованием в качестве топлива антрацита, находятся на приемлемом технологическом уров не. Таким образом, из выплавленного расплава можно получать готовые отлив ки, соответствующие по своему химическому составу и механическим свойст вам ГОСТ 1412 – 85.

Разработанные на ЛВК технологии прошли серийную апробацию в про мышленных условиях. В результате внедрения разработанной ресурсосбере гающей технологии, новых конструкторско-технологических решений и выход на рациональное ведение ваграночной плавки на ЗАО «ИЗОЛИТ» (г. Новокуз нецк) достигнута полная замена кокса антрацитом. Это позволило получить общий экономический эффект 20 млн. руб. за 2011 год.

На ОАО «ЗАВОД УНИВЕРСАЛ» (г. Новокузнецк) разработана и внедрена технология плавки чугуна на вагранке с внутренним диаметром 1000 мм при использовании антрацита в качестве топлива. Количество антрацита в топлив ных колошах последовательно составляло 20, 30, 40, 60 % от общей массы топ ливной завалки. В процессе плавки осуществлялся подогрев дутья до 450 °С специально смонтированной технологической установкой (горелки с фиксацией пламени в камере полного сжигания), позволяющей осуществлять подогрев и увлажнение дутья одновременно. Общая масса используемого антрацита в экс перименте превысила 60 тонн. Использование антрацита в топливных колошах позволяло получать чугун на выпуске из вагранки с температурой 1360-1380 °С и не изменило структуру брака литья. В результате работы ваграночных ком плексов с использованием некондиционной шихты брак отливок, связанный с недоливами и газоусадочной пористостью, был сокращен на 50 %. Эффектив ность от внедрения разработанных технологий в общем объеме за 2011 год со ставила 18 млн. руб.

На ОАО «ЕВРАЗ – Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» (г. Новокузнецк) разработана и внедрена технология ваграночной плавки по обогащению дутья кислородом, технология по определению пороз ности шихты, оказывающей большое воздействие на аэродинамические и теп лотехнические параметры ваграночной плавки. При производстве литья ответ ственного назначения в период с 1997 по 2002 годы ваграночные комплексы предприятия работали на обогащенном кислородом дутье, что позволило уве личить выход годного на 5-7 %.

На ЗАО «ГМЗ» (г. Гурьевск) разработаны и внедрены технологии по применению кислорода и комбинированного дутья в ваграночном процессе, а также исследовано дилатантное поведение шихты в период ваграночной плав ки. За счет использования разработанных технологий и технологических прие мов в реальных условиях литейного цеха предприятия процент брака литья был сокращен на 25 %, а эффективность о внедрения в общем объеме составила млн. руб. по итогам 2010 года.

Суммарный экономический эффект от внедрения разработанных техно логий составил 41 млн. рублей при долевом участии автора 17%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. На основе анализа современных тенденций развития ваграночного про цесса обоснована необходимость в разработке методики расчета геометриче ских параметров лабораторных и полупромышленных вагранок, шихты и топ лива для минимизации затрат на поиск и апробацию ресурсосберегающих тех нологий и способов интенсификации. Спроектирован и введен в эксплуатацию лабораторно-ваграночный комплекс, проведен критический анализ освоенной в условиях лаборатории СибГИУ технологии ваграночной плавки и выявлены приоритетные направления ее развития и совершенствования при работе на различных видах топлива. Созданы подходы к промышленному внедрению разработанных технологий на вагранках нормального ряда и выходящих за него на основе критериев конвективного теплообмена.

2. Определены оптимальные соотношения содержаний антрацита и кокса в топливных колошах, позволяющие обеспечить устойчивую работу ваграноч ных комплексов. Разработана методика аттестации топлив, основанная на опре делении относительной прочности топлива, зависящей от горения, разрушения и газификации топлива. На спроектированной установке для исследования прочности твердого топлива, определяемой в процессе горения под нагрузкой, проведенные исследования позволили сформировать критериальный ряд соот ношений содержаний кокса и антрацита с изменением их концентраций на 10 %. Установлено, что при соотношении 60 % антрацита и 40 % кокса относи тельная прочность(т) топлива составила 0,85, что является минимальным тре бованием относительной прочности. Дополнительно установлены закономер ности, подтвержденные результатами экспериментов на ЛВК, влияния подогре ва и увлажнения дутья на степень измельчения (Ст) кусков кокса и антрацита.

3. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать вы ходные теплотехнические и конструкционные параметры рекуператоров, рабо тающих по принципу прямо- и противотока. Из расчета и практики эксплуата ции был сделан вывод о том, что для рекуператора конструкции «труба в тру бе» прямоток оказывается более эффективным, чем противоток.

4. Установлен механизм влияния подогрева и увлажнения дутья на про цесс плавки чугуна и оксидных материалов в промышленных вагранках при использовании в качестве топлива антрацита, произведено его теоретическое и технологическое обоснование. В результате экспериментов на ЛВК была опре делена степень измельчения топлив (кокса и антрацита), определяющая ведение плавки в устойчивом режиме;

выявлено, что на степень измельчения кусков кокса подогрев и увлажнение дутья не влияют. Применение холодного дутья и антрацита в качестве топлива негативно сказывается на технологическом ре жиме вагранки из-за высоких градиентов температуры, механических и терми ческих напряжений по объему куска топлива в кислородной зоне. Снижение температуры поверхности антрацита, напряжения в поверхностных слоях куска топлива в кислородной зоне может быть достигнуто подогревом и увлажнением дутья по разработанным и внедренным в условиях промышленного производ ства технологическим регламентам дутьевых режимов.

5. Установлены закономерности по взаимосвязи пиковых значений содер жания газов и границ основных технологических зон (кислородной и восстано вительной) при различных количествах в топливных колошах кокса и антраци та и разных дутьевых режимах, выявленные в результате газового анализа по содержанию СО, СО2, О2 рабочего пространства вагранки. Все эксперимен тальные данные подтверждены результатами математического анализа по оп ределению высоты топливной насадки, обоснованию высоты кислородной зо ны, расчета температуры поверхности топлива. Для ваграночного процесса ус тановлено, что длина кислородной зоны соответствует максимуму содержания СО2 в топливной насадке;

сделан вывод о том, что длина кислородной зоны при плавке на антраците с применением подогретого и увлажненного дутья при ближается к длине при плавке на коксе;

температура поверхности куска топли ва, достигаемая максимума в кислородной зоне на холодном дутье, составляет:

для кокса Тк = 2110 °С, для антрацита Та = 2080 °С;

при подогреве дутья до С и увлажнении его до содержания 5 % пара температура поверхности куска антрацита в кислородной зоне снижается в среднем на 150 200 °С и составля ет 1915 °С.

6. Предложена обобщенная математическая модель, включающая блоки для расчета выходных параметров технологии ваграночной плавки (температу ры металла на выпуске, производительности вагранки) при содержании кисло рода более 21 % и температуре дутья более 27 С;

таким образом, создана воз можность построения номограмм ваграночного процесса в диапазоне измене ния основных входных параметров: расхода кокса – от 10-20 %;

количества ду тья – от 30 до 120 м3/(м2 ·мин). По результатам построения номограмм были вы явлены и математически описаны основные закономерности, возникающие при обогащении дутья кислородом. Доказано, что для поддержания оптимальной высоты топливной колоши с увеличением содержания кислорода в дутье необ ходимо пропорционально уменьшить количество дутья, подаваемого в вагран ку. При большом количестве дутья (q0 90 м3/(м2 ·мин)) для поддержания оп тимальной высоты холостой колоши необходимо увеличивать расход кокса в завалку (K 16 %). При подогреве дутья от 27 С до 727 С и содержании ки слорода в дутье 21 % увеличиваются температура металла и производитель ность вагранки во всем интервале основных входных параметров.

7. Данные промышленных экспериментов по обогащению дутья кислоро дом подтверждают результаты математического моделирования по основным технологическим параметрам: содержанию СО и СО2 % в отходящих газах, вы соте холостой колоши, температуре металла на выпуске. Подтверждено, что обогащение ваграночного дутья кислородом до 25 % приводит к повышению температуры чугуна на 30 40 С в течение 10 15 мин от начала вдувания, при дальнейшем увеличении времени подачи кислорода температура чугуна уменьшается и устанавливается на 30 40 С ниже базового уровня, произво дительность печи увеличивается на 18 20 %.

8. Разработаны и подтверждены на практике методики для определения состава газов по полноте горения твердого топлива, позволяющие точно про гнозировать концентрацию СО и СО2 в отходящих ваграночных газах, определять оптимальные соотношения содержаний кислорода и природного газа в комбинированном дутье для ваграночного процесса, в котором коэффици ент полноты горения твердого топлива изменяется в пределах 0,250,75, определять расход воздуха в ваграночном процессе.

9. Обоснован уровень загрузки материалов в вагранку и определены оптимальные расходы дутья при двухрядной подаче, установлено, что плавку чугуна и оксидных материалов в вагранках, использующих антрацит в качестве топлива, возможно вести при уровне загрузки материалов в печь, составляющем 2,5 2,8 Dв, при этом подачу в кислородную зону подогретого до 450 550 С дутья необходимо осуществлять в равных количествах на двух горизонтах с расстоянием между ними, равным высоте кислородной зоны. Разработан и промышленно опробован технологический прием подогрева дутья с одновременным его увлажнением. Химический состав, механические и литейные свойства чугуна, полученного в вагранке с использованием в качестве топлива антрацита, находятся на приемлемом технологическом уровне и соответствуют маркам чугуна СЧ15, СЧ20.

10. Разработаны на основе трактовки результатов теоретических и экспе риментальных исследований методы интенсификации и ресурсосберегающие технологии получения чугуна и оксидных материалов в ваграночных комплек сах, освоенные в СибГИУ на ЛВК и на предприятиях – ЗАО «Изолит» (г. Ново кузнецк);

ЗАО «ЗАВОД УНИВЕРСАЛ» (г. Новокузнецк);

ЗАО «ГМЗ» (г. Гурь евск), ОАО «ЕВРАЗ – Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» (г. Новокузнецк).

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК 1. Дилатантное поведение ваграночной шихты в период плавки / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, В.Б. Балыко [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2005. – № 8. – С. 45 – 46.

2. Технология ваграночной плавки чугуна и оксидных материалов с применением в качестве топлива антрацита / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2007. – № 12. – С. 36 – 39.

3. Теоретические основы обогащения дутья кислородом в ваграночном про цессе / И. Ф. Селянин, А. В. Феоктистов, В. В. Пашков [и др.] // Изв. вузов.

Черная металлургия. – 2007. – № 12. – С. 42 – 45.

4. Геометрические размеры лабораторных вагранок, шихты и топлива / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. – 2008. – № 4. – С. 10 – 11.

5. Технология подогрева и увлажнения дутья в ваграночном процессе / И.Ф. Селянин, А. В. Феоктистов, С. А. Бедарев [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2008. – № 6. – С. 44 – 45.

6. Селянин, И.Ф. К расчету состава ваграночных газов по заданной полноте горения твердого топлива / И.Ф. Селянин, А. В. Феоктистов, О.Г. Ротенберг // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2008. – № 8. – С. 67 – 68.

7. О расчете оптимального соотношения содержания кислорода и природного газа в комбинированном дутье для шахтных печей / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2008. – № 8. – С. 31 – 33.

8. Механика движения материалов в шахтных печах и высота коксовой насад ки / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. – 2008. – № 9. – С. 9 – 11.

9. Геометрические параметры шахтных печей, определенные по критериям конвективного теплообмена / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С. А. Бедарев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. – 2009. – № 1. – С. 11 – 13.

10. Селянин, И.Ф. Интенсификация технологического процесса в шахтных печах с применением комбинированного дутья / И.Ф. Селянин, А.В.

Феоктистов, С. А. Бедарев // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2010. – № 6. – С. 56 – 59.

11. Селянин, И.Ф. Влияние влажности и нагрева дутья на интенсификацию тех нологического процесса в шахтных печах / И. Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2010. – № 8. – С. 35 – 37.

12. Селянин, И.Ф. Шахтная печь малого диаметра для исследования ваграноч ного процесса / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев // Изв. вузов.

Черная металлургия. – 2010. – № 8. – С. 54 – 56.

13. О расчете технологических параметров ваграночного рекуператора конст рукции «труба в трубе» / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С. А. Бедарев [и др.] // Литейщик России. – 2011. – №12. – С. 28 – 30.

14. Феоктистов, А.В. Исследование фракционного состава топлива при плавке чугуна в лабораторной вагранке / А.В. Феоктистов // Изв. вузов. Черная ме таллургия. – 2011. – № 12. – С. 23 – 26.

15. Определение расхода воздуха в вагранке по количеству сгоревшего топлива / А.В. Феоктистов, К.М. Шакиров, С.А. Бедарев [и др.] // Металлургия ма шиностроения. – 2012. – № 6. – С. 5 – 7.

16. Теплотехнический расчет рекуператора для ваграночного комплекса / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С. А. Бедарев [и др.] // Литейщик России. – 2012. – №10. – С. 33 – 36.

17. Установка для исследования прочности твердого топлива, используемого в шахтных печах / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, И.Н. Филинберг [и др.] // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2012. – № 6. – С. 23 – 26.

18. Феоктистов, А.В. Опыт эксплуатации ваграночного рекуператора конструк ции «труба в трубе» / А.В. Феоктистов // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2012. – № 12. – С. 68 – 69.

Монографии 1. Селянин, И.Ф. Теория и практика интенсификации технологического про цесса в шахтных печах малого диаметра. В 3 т. Т. 1 / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев. – Москва : Теплотехник, 2010. – 379 с.

2. Феоктистов, А.В. Теоретические основы разработки ресурсосберегающих технологий и интенсификации ваграночного процесса /А.В. Феоктистов. – Москва : Теплотехник, 2012. – 280 с.

Труды научно-практических конференций и иностранные публикации 1. Обогащение дутья кислородом в ваграночном процессе. Эксперименталь ные данные. Аналитический анализ данных лабораторных и промышленных испытаний / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, В.А. Мыльников [и др.] // Пер спективные промышленные технологии и материалы : науч. тр. СибГИУ / Сиб. гос. индустр. ун-т ;

отв. ред. В.Е. Громов, С.М. Кулаков. – Новоси бирск, 2004. – С. 197 – 212.

2. Основные подходы к определению конструкции лабораторных вагранок / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.] // Вестник горно металлургической секции Российской академии естественных наук. Отде ление металлургии : сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т ;

под ред. проф.

Г.В. Галевского. – Новокузнецк, 2008. – Вып. 21. – С. 33 – 35.

3. Применение антрацита для повышения эффективности плавления мине рального сырья в вагранке / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, В.В. Пашков [и др.] // Техника и технология производства теплоизоляционных материа лов из минерального сырья : докл. 13 всерос. науч.-практ. конф., 21 – 23 мая 2008 г., Белокуриха – Бийск : БТИ АлтГТУ, 2008. – С. 48 – 51.

4. Селянин, И.Ф. Интенсификация ваграночного процесса при плавки чугуна и оксидных материалов на антраците / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев // Прогрессивные литейные технологии : тр. 4-ой междунар.

науч.-практ. конф., 22 – 28 октября 2008 г. / МИСиС ;

под ред. проф.

В.Д. Белова. – Москва, 2007. – С. 87 – 90.

5. Селянин, И.Ф. Лабораторный комплекс для исследования ваграночного процесса / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев // Ползуновский альманах. – Барнаул : АлтГТУ, 2010. – № 1. – С. 207 – 209.

6. Феоктистов, А. В. Исследование фракционного состава топлива при плавке чугуна на лабораторно-ваграночном комплексе / А.В. Феоктистов // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук.

Отделение металлургии : сб. науч. тр. / Сиб. гос. индустр. ун-т ;

ред. кол.:

Л.П. Мышляев (главн. ред.) [и др.]. – Новокузнецк : СибГИУ, 2011. – Вып.

28. – С. 43 – 47.

7. Феоктистов, А.В. Теоретические основы и практика промышленной экс плуатации современных ваграночных комплексов / А.В. Феоктистов // Тео рия и практика литейных процессов : сб. тр. всерос. науч.-практ. конф. – Новокузнецк, 2012. – С. 15 – 33.

8. Selyanin, I.F. Utilization of Oxidized Cast-Iron and Steel Scrap in Small Diameter Shaft Furnaces / I.F. Selyanin, A.V. Feoktistov, S.A. Bedarev // Steel in Translation. – 2009. – № 6. – P. 460 – 462.

9. Feoktistov, A.V. Technology of Cast Iron and Oxide Materials Cupola Melting with Anthracite Used as a Fuel / A.V. Feoktistov, I.F. Selyanin, S.A. Bedarev // World Applied Sciences Journal. – 2012. – V. 20.

Патенты, свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ и базы данных 1. Пат. 2350659 Российская Федерация, МПК F27В1/00, C21C1/08. Способ ва граночной плавки чугуна и оксидных материалов на антраците / И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов, С.А. Бедарев [и др.];

ГОУ ВПО «СибГИУ».

– № 2007139393/02 ;

заявл. 23.10.07 ;

опубл. 27.03.09. – 6 с.

2. Пат. 2378388 Российская Федерация, МПК F27В1/00, C21C1/08. Способ ва граночной плавки чугуна и оксидных материалов на антраците / В.В. Паш ков, И.Ф. Селянин, А.В. Феоктистов [и др.] – № 2007119705/02;

заявл.

28.05.07 ;

опубл. 10.01.10. – 6 с.

3. Пат. 89682 Российская Федерация, МПК F27B1/00, F23L15/04. Рекуператор вагранки / В. В. Пашков, И. Ф. Селянин, А. В. Феоктистов [и др.] ;

ГОУ ВПО «СибГИУ». – № 2009128152/22 ;

заявл. 21.07.09 ;

опубл. 10.12.09. – 2 с.;

1 л. ил.