Размещено на http://www.allbest.ru/48

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Государственное Высшее Учебное Заведение

«Донецкий национальный технический университет»

Кафедра «Рудно-термические процессы и малоотходные технологии»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теория процессов подготовки и переработки сырья»

«Исследование влияния высоты слоя на показатели и параметры аглопроцесса»

Выполнил:

студент гр. МЧМ-08ф Тука А.Ю.

Проверил: Бондарь А.С.

ДОНЕЦЬК - 2011



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Calcul du lit d'agglomeration

2. Calcul du lit de pelletisation

3. Влияние высоты слоя на показатели и параметры аглопроцесса

3.1 Зависимость между высотой слоя и производительностью агломашины

3.2 Увеличение прочности агломерата за счет увеличения разрежения в спекаемом слое

3.3 Уменьшение расхода топлива спеканием в высоком слое

4. Увеличения высоты слоя как один из методов улучшения процесса спекания и качества агломерата

4.1 Повышение прочности агломерата

4.2 Увеличение газопроницаемости

4.3 Интенсификация скорости спекания

4.4 Сокращение вредных выбросов

4.5 Изменение гранулометрического состава

5. Пути увеличения высоты слоя

5.1 Совершенствование технологии подготовки шихты

5.2 Повышенное разрежение

5.3 Совершенствование режима загрузки шихты на спекательные тележки

Conclusion

Перечень ссылок



Введение

агломерат шихта разрежение

Для того чтобы плавка в доменной печи имела высокие технико-экономические показатели, агломерат должен содержать 60 - 63 % Fe, обладать основностью, обеспечивающей полное исключение сырого известняка из доменной шихты, высокой восстановимостью, высокой прочностью и равномерной кусковатостью, высокой температурой начала размягчения и коротким интервалом перехода из твердого состояния в жидкоподвижное. Получение такого агломерата осложняется тем, что одновременно агломашины должны работать с высокой удельной производительностью. Практически на фабриках производят агломерат, по возможности легковосстановимый и обладающий в то же время некоторой прочностью. Усилия технологов направлены на изыскание компромиссного режима спекания, который позволил бы наилучшим для данных условий образом сочетать прочность и восстановимость. Однако до сих пор качество агломерата отстает от требований доменного производства. В связи с этим представляет интерес подробное рассмотрение зависимостей между свойствами агломерата, с одной стороны, свойствами и структурой агломерационного сырья и технологией спекания - с другой. Выяснение механизма этих связей составляет одно из важнейших практических приложений теории агломерационного процесса [1].

Основными факторами, влияющими на свойства агломерата, являются: основность, высота слоя, условия охлаждения, расход топлива, крупность руды, фазовый состав, макроструктура агломерата.

Целью этой курсовой работы является исследование влияния высоты слоя на показатели и параметры аглопроцесса, а также исследование влияния увеличения высоты слоя на процесс спекания и качество агломерата.

Процессы агломерации и окомкования составляют важный этап в технологии подготовки сырья для производства чугуна.

Расчет агломерационной шихты сводится к определению количества компонентов, необходимых для получения агломерата заданного качества. В наиболее простом случае, надо определить расход железорудной смеси и извести при заданных расходах колошниковой пыли, коксовой мелочи и содержания FeO в агломерате.

Расчет шихты для процесса окомкования сводят к определению расходов компонентов, обеспечивающих производство окатышей заданного качества. Чтобы рассчитать такую шихту необходимо решить два уравнения: уравнение материального баланса и уравнение баланса основности.



1. Calcul du lit d'agglomeration

Le calcul du lit d'agglomйration a pour but la dйtermination de la consommation des composants assurant la production de l'agglomйrй de la qualitй fixйe.

Dans le cas le plus simple, il faut dйterminer la consommation du mйlange ferrifиre et de la castine aux consommations donnйes de la poussiиre de gueulard, des fines de coke et la teneur en FeO dans l'agglomйrй.

Lors de l'agglomйration les oxydes de fer peuvent кtre oxydйs ou rйduits ce qui est dйterminй par les conditions d'agglomйration (la consommation du combustible et les autres facteurs) et par les types de minerai de fer utilisй. La consommation optimale des fines de coke est йtablie expйrimentalement dans la cuve d'agglomйration laboratoire.

Аu cours de l'agglomйration, les minerais hйmatites se rйduisent lйgиrement. Dans ces conditions (parce qu'il y a les processus de la rйduction et la dissociation des oxydes de fer), la teneur en FeO dans l'agglomйrй (1218 %) est plus grande que la teneur en FeO dans le lit d'agglomйration (ne dйpasse pas d'habitude 35 %). C'est-а-dire la quantitй de l'oxygиne qui est liй avec de fer diminue pendant le frittage. Cela il faut prendre en considйration lors du calcul en faisant la correction а la diminution de la masse de l'agglomйrй.

Au contraire, les minerais magnйtites habituellement s'oxydent lйgиrement au cours du frittage. Dans ces conditions, la teneur en FeO dans l'agglomйrй est plus petite que la teneur en FeO dans le lit d'agglomйration (1516 % contre 1820 %). Le processus a le caractиre oxydant, c'est-а-dire la quantitй de l'oxygиne qui est liй avec le fer augmente, la masse de l'agglomйrй augmente aussi. Cela il faut tenir compte dans le calcul.

Les donnйes de dйpart pour le calcul:

- la composition chimique des composants du lit d'agglomйration (tableau 1.1);

- la proportion des composants ferrifиres dans le lit d'agglomйration (le minerai de fer, le concentrй, la poussiиre de gueulard);

- la consommation des fines de coke - 2,8 %;

- la consommation de la poussiиre de gueulard - 14 %;

- la basicitй de l'agglomйrй - 1,1;

- la teneur en FeO dans l'agglomйrй - 15,9 %.

La composition chimique du mйlange ferrifиre est dйterminйe selon l'йquation:

oщ M_i- la teneur en йlйment dans le mйlange ferrifиre, %;

A, B, C, ...- la teneur en йlйment dans chaque composant ferrifиre du lit d'agglomйration;

a, b, c, ... - la proportion du composant ferrifиre dans le lit d'agglomйration, en part de l'unitй.

Dans notre cas, nous avons le mйlange qui comprend 25 % de minerai de fer et 75 % de concentrй magnйtique.

Par exemple, la teneur en FeO dans le mйlange sera

La dйtermination totale en Fe, Mn, P et S dans le lit d'agglomйration est calculйe d'aprиs les formules suivantes:



;

;

Par exemple, selon nos donnйes (tableau 1.1):

Tableau 1.1 - Composition chimique des composants du lit d'agglomйration, % (masse sиche)

Composants	Minerai de fer	Concentrй magnйtique	Mйlange: 25 % de minerai et 75 % de concentrй	Poussiиre de gueulard	Castine	Fines de coke
FeO Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO Sorg FeS SO3 P2O5 Cnon vol CO2 H2Ohydr Matiиres volatiles Somme Fetot Mntot Ptot Stot	0,10 80,00 0,10 16,66 2,40 0,30 0,18 - - 0,10 0,16 - - - - 100 - - - -	21,46 64,55 0,08 11,65 1,27 0,86 - - - 0,05 0,08 - - - - 100 - - - -	16,12 68,41 0,085 1,55 0,72 0,04 - - 0,0625 0,10 - - - - 100 60,427 0,066 0,044 0,03	12,24 50,82 0,09 9,68 3,23 13,09 2,28 - - 0,13 0,17 7,45 0,72 0,10 - 100 45,094 0,070 0,074 0,052	- 0,38 - 2,10 0,80 43,80 8,90 - - 0,04 0,02 - 43,96 - - 100 0,266 - 0,008 0,016	- 7,70 0,37 5,42 2,17 0,44 0,26 1,44 0,71 0,40 0,02 78,79 - - 2,28 100 5,742 0,287 0,008 1,858

On йtablit les pertes de masse de chaque constituant du lit d'agglomйration lors de l'agglomйration en tenant compte de l'йlimination des matiиres volatiles du combustible, du gaz carbonique, des carbonates, du soufre, etc.

Les matiиres volatiles du coke se composent essentiellement de l'hydrogиne (40 %), du monoxyde de carbone (24 %), de l'azote (23 %) et du gaz carbonique (13 %).

Les carbonates se dйcomposent avec le dйgagement du gaz carbonique selon la rйaction gйnйrale

MeCO₃ => MeO + CO₂.

Le carbone brыle conformйment aux rйactions chimiques

C + O₂ => CO_2;

2C + O₂ => 2CO.

Le soufre est йliminй lors de l'agglomйration avec des fumйes grвce aux rйactions suivantes:

4FeS + 7O₂ => 2Fe₂O₃ + 4SO₂;

4FeS₂ + 11O₂ => 2Fe₂O₃ + 8SO₂;

S_org + O₂ => SO₂.



L'йquation des pertes de la masse d'un constituant du lit d'agglomйration s'йcrit

d = C_{non vol} + MV + CO₂ + S_org + SO₃ ± O_Fe,

oщ C_{non vol} - le carbone а brыler;

MV - les matiиres volatiles du combustible;

S_org - le soufre organique;

SO₃ - le soufre de sulfates;

O_Fe - l'oxygиne du fer oxydй lors de l'agglomйration (ou l'oxygиne du fer rйduit,

dans ce cas il intervient dans l'йquation avec le signe “+”).

C'est-а-dire les pertes de la masse de chaque composant du lit d'agglomйration (tableau 1.2) sont dйterminйes en basant sur la composition chimique des composants du lit d'agglomйration.

Puisque il est nйcessaire de dйterminer la consommation du mйlange ferrifиre et du fondant, c'est-а-dire il y a deux valeurs inconnues, pour leur dйtermination il faut composer deux йquations.

La premiиre йquation est basйe sur le bilan matйriel d'agglomйration. Le calcul se fait pour 100 kg d'agglomйrй.

Nous dйsignons par d_x, d_y, d_p.g et d_f.c les pertes de la masse respectivement du mйlange ferrifиre, de la castine, de la poussiиre de gueulard et des fines de coke, kg/100 kg de constituant.

Alors, la partie du lit d'agglomйration qui passe dans l'agglomйrй consiste, kg:

- le mйlange ferrifиre………………100 - d_x;

- la castine…………………………100 - d_y;

- la poussiиre de gueulard…………100 - d_p.g;

- les fines de coke…………………100 - d_f.c .



Tableau 1.2 - Pertes de la masse (d) des composants du lit d'agglomйration,

kg/100 kg de composant (ou %)

Article de la perte de masse	Degrй de la perte, %	Composants du lit d'agglomйration
		mйlange: l'hйmatite et le concentrй	poussiиre de gueulard	castine	fines de coke
Cnon vol H2O Matiиres volatiles CO2 Sorg SFeS SO3 d*	100 100 100 100 8595 95 60 -	- - - - - - 0,042 -	7,450 0,100 - 0,720 - - 0,078 -	- - - 43,960 - - 0,024 -	78,790 - 2,280 - 1,368 0,246 0,240 -0,184
Pertes sommaires		dx=0,059	dp.g=8,393	dy=43,998	df.c=83,063

d*- l'augmentation de la masse а cause de l'oxydation par l'oxygиne du fer des sulfures jusqu'а Fe₂O₃.

En faisant le recalcul pour 1kg du composant du lit d'agglomйration, nous trouvons quelle partie du kilogramme de chaque composant passe (au cours du frittage) dans l'agglomйrй, kg:

- le mйlange ferrifиre ………..;

- la castine……………………;

- la poussiиre de gueulard…… ;

- les fines de coke……………..

Nous dйsignons:

X - la consommation du mйlange ferrifиre (kg/100 kg d'agglomйrй);

Y - la consommation de la castine (kg/100 kg d'agglomйrй).

Alors, l'expression



montrera quelle partie du mйlange ferrifиre du lit d'agglomйration passera dans l'agglomйrй prкt. On fait telle opйration pour chaque composant du lit d'agglomйration, alors l'йquation totale (la quantitй du lit d'agglomйration pour la production de 100 kg d'agglomйrй, kg) sera

c'est-а-dire respectivement des masses du mйlange ferrifиre, du fondant, de la poussiиre de gueulard et des fines de coke qui passent dans l'agglomйrй.

Ainsi, si nous prenons X kg de mйlange ferrifиre, Y kg de castine, 14 kg de poussiиre de gueulard et 2,8 kg des fines de coke, nous devons obtenir 100 kg d'agglomйrй prкt (en tenant compte les pertes des masses des constituants). En rйalitй, nous obtenons un peu plus moins d'agglomйrй а cause des pertes d'oxygиne а la rйduction et la dissociation thermique des composants du lit d'agglomйration. C'est-а-dire pour obtenir 100 kg d'agglomйrй il faut prendre () kg de lit d'agglomйration:

= 100 ou A - 100 =.

Ainsi, pour composer l'йquation du bilan matйriel il est nйcessaire de calculer les pertes de l'oxygиne. Pour cela, il faut donner la teneur en FeO dans l'agglomйrй prкt (dans notre cas 15,9 % de FeO).

D'aprиs la rйaction



2Fe₂O₃ => 4FeO + O₂

la formation de quatre moles de FeO s'accompagne par le dйgagement d'un mole de l'oxygиne ce qui peut кtre exprimй par 32/288 = 1/9, c'est-а-dire la valeur 1/9 est le coefficient qui tient compte de la quantitй d'oxygиne dйgagй lors de la dissociation thermique et la rйduction des oxydes de fer.

Alors, la perte de l'oxygиne lors de la dissociation thermique des oxydes de fer

,

oщ FeO_ag - la teneur en FeO dans l'agglomйrй (la valeur adoptйe par les donnйes de dйpart);

FeO_x, FeO_y, FeO_p.g, FeO_f.c - la teneur en FeO respectivement dans le mйlange ferrifиre, la castine, la poussiиre de gueulard et les fines de coke.

Alors, l'йquation du bilan matйriel d'agglomйration est suivante

Il faut placer dans cette йquation les valeurs des pertes de la masse (tableau 1.2) et les teneurs en FeO dans les composants du lit d'agglomйration (tableau 1.1).

Selon nos donnйes nous obtenons

Aprиs la transformation, nous dйterminons la premiиre йquation, c'est-а-dire l'йquation du bilan matйriel d'agglomйration



.

La deuxiиme йquation est basйe sur le bilan de la basicitй des composants du lit d'agglomйration

oщ (CaO + MgO)_x et (SiO₂ + Al₂O₃)_x - les teneurs en CaO, MgO et SiO₂, Al₂O₃ dans

le mйlange ferrifиre ,%.

D'aprиs nos donnйes, nous obtenons

,

d'oщ

Pour dйterminer les consommations du mйlange ferrifиre X et du fondant Y, il faut rйsoudre le systиme d'йquations

d'oщ X = 74,28 kg/100kg d'agglomйrй;

Y = 22,597 kg/100kg d'agglomйrй.

Maintenant on peut vйrifier la prйcision du calcul. Pour cela il faut calculer la composition totale de l'agglomйrй prкt.

La teneur en Fe dans l'agglomйrй sera



ou 51,42 %.

On dйtermine de maniиre analogue les teneurs en Mn, P et S dans l'agglomйrй:

oщ 0,05 - le coefficient de passage du soufre d'un lit d'agglomйration dans l'agglomйrй.

Le soufre dans l'agglomйrй entre en composition de FeS dont la quantitй est facilement dйterminйe

d'agglomйrй.

Le manganиse se trouve dans l'agglomйrй sous forme de l'oxyde de manganиse

d'agglomйrй.

Le phosphore entre en composition du pentoxyde de phosphore

d'agglomйrй.



En sachant la teneur en S dans le composй FeS et la quantitй totale de FeS, nous dйterminons la teneur en Fe dans ce composй

d'agglomйrй.

La teneur en Fe dans FeO donnй

d'agglomйrй.

On dйtermine la teneur en Fe₂O₃ dans l'agglomйrй

La composition totale et la quantitй de l'agglomйrй prкt sont prйsentйes dans le tableau 1.3.

Tableau 1.3 - Consommation des composants du lit d'agglomйration et la composition de l'agglomйrй (tableau de balance)

Composants	Consommation des composants, kg/100 kg d'agglomйrй	Composition, kg
		FeO+Fe2O3+FeS+P2O5+MnO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Somme
Mйlange ferrifиre Castine Poussiиre de gueulard Fines de coke	74,39 22,53 14 2,8		9,58 0,48 1,36 0,15	1,151 0,18 0,45 0,06	0,535 9,89 1,83 0,01	0,0297 2,011 0,32 0,007
Somme	-	71,88	11,57	1,841	12,265	2,368	99,924

L'erreur du calcul du bilan matйriel est 0,076 %. L'erreur admissible est йgale а 0,5 %.

On prйcise la basicitй de l'agglomйrй

La prйcision du calcul de la basicitй de l'agglomйrй est assez bien.



2. Calcul du lit de pelletisation

Le calcul du lit de pelletisation a pour but la dйtermination de la consommation des composants assurant la production des pellets de la qualitй donnйe.

Pour calculer le lit de pelletisation il faut rйsoudre deux йquations: l'йquation du bilan matйriel et l'йquation du bilan de la basicitй.

Les donnйes de dйpart sont les suivantes:

- la composition chimique des composants du lit de pelletisation (tableau 2.1);

- la consommation de la bentonite - 0,6 kg/100 kg de pellets;

- la consommation des fines de retour - 12 kg/100 kg de pellets;

- la basicitй des pellets (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) = 1,1;

- la teneur en FeO dans les pellets frittйs - 1,0 %.

Tableau 2.1 Composition chimique des composants du lit de pelletisation, %

Composants	Concentrй	Castine	Bentonite	Fines de retour
FeO Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO FeS2 SO3 P2O5 CO2 H2Ohydr Somme Fetot Mntot Ptot Stot	25,60 66,59 0,10 6,21 0,23 0,22 0,07 0,92 - 0,06 - - 100,00 66,530 0,077 0,026 0,490	- 0,38 - 2,10 0,80 43,80 8,90 - 0,04 0,02 43,96 - 100,00 0,266 - 0,008 0,016	- 15,00 - 48,00 11,00 0,80 4,00 - - - - 21,20 100,00 10,500 - - -	3,21 85,60 0,10 5,26 0,16 5,08 0,44 0,08 - 0,07 - - 100,00 62,417 0,077 0,030 0,029



Puisque la cuisson des pellets est le processus d'oxydation et s'accompagne par l'absorption de l'oxygиne de la phase gazeuse, il faut tenir compte de la masse de l'oxygиne qui est absorbй par le lit de pelletisation.

Les pertes de la masse (d) des composants du lit de pelletisation sont prйsentйes dans le tableau 2.2.

Tableau 2.2 - Pertes de la masse (d) des composants du lit de pelletisation, kg/100 kg de composant (ou %)

Article de la perte de masse	Degrй de la perte, %	Composants du lit de pelletisation
		concentrй	castine	bentonite	fines de retour
H2Ohydr CO2 SFeS2 SO3 d*	100 100 90 60 -	- - 0,44 - - 0,18	- 43,960 - 0,02 -	21,200 - - - -	- - 0,03 - - 0,02
Pertes sommaires		dx=0,26	dy=43,98	db=21,20	df.r=0,01

d* - l'augmentation de la masse а cause de l'oxydation par l'oxygиne du fer des sulfures jusqu'а Fe₂O₃.

La premiиre йquation est basйe sur le bilan matйriel de pelletisation. Le calcul se fait pour 100 kg de pellets

oщ X et Y - les consommations du concentrй et de la castine, kg/100 kg de pellets;

FeO_pel - la teneur en FeO dans les pellets (la valeur adoptйe par les donnйes de dйpart);

FeO_x, FeO_y, FeO_b et FeO_f.r - la teneur en FeO respectivement dans le concentrй,

la castine, la bentonite et les fines de retour;

1/9 - le coefficient qui tient compte de la quantitй d'oxygиne dйgagй lors de la dissociation thermique et la rйduction des oxydes de fer (32/288).

Selon nos donnйes, nous obtenons

Aprиs la transformation, nous dйterminons la premiиre йquation, c'est-а-dire l'йquation du bilan matйriel de pelletisation

1,02584X+0,5602Y-87,5967= 0.

L'йquation du bilan de la basicitй du lit de pelletisation pour la fabrication des pellets est suivante

Selon nos donnйes, nous obtenons

,

d'oщ

6,86X - 49,51Y = - 43,524.



Pour dйterminer les consommations du concentrй X et de la castine Y, il faut rйsoudre le systиme d'йquations

Aprиs la rйsolution des йquations

X=78,94 kg/100 kg de pellets;

Y=11,817 kg/100 kg de pellets,

il est nйcessaire de vйrifier la composition chimique des pellets frittйs.

La teneur en Fe dans les pellets sera

On dйtermine de maniиre analogue les teneurs en Mn, P et S dans les pellets:

oщ 0,1* - le coefficient de passage du soufre d'un lit de pelletisation dans les pellets.

La teneur en Fe dans le FeO donnй

et



Alors

La composition totale et la quantitй des pellets frittйs sont prйsentйes dans le tableau 2.3.

Tableau 2.3 - Consommation des composants du lit de pelletisation et la composition des pellets (tableau de balance)

Composants	Consommation des composants, kg/100 kg des pellets	Composition, kg
		FeO+Fe2O3+ S+SO3+P2O5+MnO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Somme
Concentrй	78,94		4,9	0,182	0,174	0,055
Castine	11,817		0,248	0,095	5,176	0,008
Bentonite	0,6		0,288	0,066	0,005	0,024
Fines de retour	12,0		0,631	0,019	0,61	0,053
Somme	-	86,589	6,07	0,361	5,964	0,14	100,17

L'erreur du calcul du bilan matйriel est йgal environ а l'erreur admissible, c'est-а-dire 0,5 %.

On vйrifie la basicitй des pellets



La prйcision du calcul de la basicitй des pellets est assez bien.



3. Влияние высоты слоя на показатели и параметры аглопроцесса

Высота слоя является одним из технологических факторов, которые позволяют улучшить показатели и параметры аглопроцесса. Высота слоя влияет на производительность агломерационной машины, прочность агломерата, расход топлива, газопроницаемость, скорость спекания, сокращение вредных выбросов, изменение гранулометрического состава, выход годного агломерата.

3.1 Зависимость между высотой слоя и производительностью агломашины

Согласно исследованиям, проведенных Носовицким Б.М. и Запорожцем Н.П., производительность установки при разных уровнях разрежения определяется высотой слоя, выходом годного агломерата и вертикальной скоростью спекания: она тем больше, чем выше разрежение при одной и той же высоте слоя. При минимальных значениях высоты слоя (250 и 325 мм) производительность повышается с ростом разрежения главным образом в результате увеличения скорости спекания и в меньшей степени благодаря увеличению выхода годного агломерата. При большей высоте слоя шихты производительность с повышением разрежения увеличивается только под влиянием второго фактора.

Сравнительно небольшое снижение производительности (на 4,5 - 6 %) при повышении слоя от 250 до 625 мм при разрежении 81 Па объясняется заметным повышением выхода годного агломерата, что, однако, полностью не компенсируется отрицательным влиянием увеличения продолжительности спекания.

Повышение разрежения выше 81 Па неизменно приводит к росту производительности. Так, при двух вентиляторах максимальная производительность получена при высотах слоя 325 и 400 мм; дальнейшее увеличение высоты слоя шихты до 625 мм снижает производительность вследствие снижения, скорости спекания и фильтрации газов. При работе трех вентиляторов и том же повышении высоты слоя производительность возрастает до 127 - 159 % ее уровня при спекании на одном вентиляторе, причем максимальная производительность достигнута при максимальной высоте слоя (550 и 625 мм), что соответствует максимальным значениям выхода годного агломерата 81,1 и минимальным скоростям фильтрации газов. Следовательно, чем выше разрежение, тем больший эффект достигается при спекании в высоком слое благодаря повышению выхода годного агломерата, а скорости фильтрации газов и спекания остаются сравнительно низкими [8].

Исследования, проведенные в Донецком филиале ВНИПИчерметэнергоочистка и ДонНИИчермет, показали, что раздельная шихтоподготовка и накатывание топлива на гранулы шихты, по сравнению с другими способами, позволяет повысить производительность на 2 - 9 %. Правда, увеличение высоты слоя шихты с 300 до 400 мм приводит к снижению производительности установки на 5 % [6].

3.2 Увеличение прочности агломерата за счет увеличения разрежения в спекаемом слое

Изменение прочности аглоспека по высоте слоя поддается количественной оценке. Для этого в аглочашу загружают шихту отдельными слоями по 40 - 50 мм. В каждый слой добавляют индикатор -определенный химический элемент в виде соли или окисла. Эти элементы не должны содержатся в натуральных компонентах шихты, а их соединения не должны обладать летучестью при температуре до 1300 - 1500 °С. Можно использовать хром, молибден, никель, ванадий, медь, кобальт и т.д. Содержание индикаторов в слое составляет 0,3 - 0,5 %.

По окончании спекания агломерат целиком помещают в барабан и подвергают стабилизации по ситовому составу, затем следует рассев на ситах с размерами ячеек 25, 15, 10, 4 и 2 мм. В каждой фракции определяют химическим анализом содержание элементов-индикаторов. В соответствии с данными химического анализа составляют баланс распределения каждого элемента по классам крупности и затем определяют выход класса данной крупности последовательно из каждого слоя по формуле:

, (1)

где - выход зерен класса n из слоя m, %;

Р_n - выход зерен класса п из агломерата, кг;

С_п - содержание в классе п элемента-индикатора, заложенного в слой m, %;

?Р_пС_т - сумма произведений выхода каждого класса из аглоспека на содержание элемента-индикатора слоя т в зернах данного класса.

В соответствии с результатами расчетов определяют ситовый состав агломерата после стабилизации раздельно по каждому слою [1].

По данным, полученным Носовицким Б.М. и Запорожцем Н.П., установлено улучшение механической прочности агломерата по барабанной пробе при увеличении высоты слоя и одном и том же разрежении.

Особо следует отметить повышение прочностных характеристик агломерата по испытаниям на сбрасывание и в барабане при уменьшении в нем содержании закиси железа от 16,25 - 20,82 % при слое 250 мм до 6,98 - 10,76 % при слое 625 мм. Агломерат, полученный в высоком слое при повышенном разрежении, характеризуется мелкопористой структурой, что предопределяет его высокую восстановимость и повышенную прочность [8].



3.3 Уменьшение расхода топлива спеканием в высоком слое

Согласно данным Донецкого филиала ВНИПИчерметэнергоочистка и ДонНИИчермет (таблица 3.1) видно, что ряд технологических способов шихтоподготовки (спекание в высоком слое, накатывание топлива на гранулы шихты, раздельная шихтоподготовка, двухслойная загрузка шихты) обеспечивают уменьшение расхода твердого топлива на агломерацию в пределах 4,0 - 16 %. Важно отметить, что при этом возможно улучшение качества агломерата и повышение производительности агрегата [6].

Таблица 3.1 - Показатели спекания шихт на аглочаше¹

Способы подготовки и укладки шихты

Н, мм

Т, %

П, т (м2 ч)

ВГ, %

Выход (%) классов крупности (мм) агломерата после 4-х оборотов барабана

Б, %

Химический состав агломерата

40

20 - 10

10 - 5

5 - 0

Fe

FeO

CaO

SiO2

S

Базовые опыты

Укладка шихты низким слоем

Укладка шихты высоким слоем

2-х слойная загрузка шихты по топливу

2-х слойная загрузка шихты по извести и топливу

Раздельная шихтоподготовка

Накатывание топлива на гранулы шихты

Коксовая мелочь - 100 %

Коксовая мелочь и штыб (1:1)

Совместное дробление известняка и топлива

1Числитель - состав шихты при спекании малосернистых криворожских руд; знаменатель - то же для криворожского концентрата с добавкой сернистых руд ММК; Н - высота слоя; Т - содержание топлива в шихте; П - производительность по годному; ВГ - выход годного; 2 Числитель и знаменатель - соответственно содержание топлива в верхнем и нижнем слое.



4. Увеличения высоты слоя как один из методов улучшения процесса спекания и качества агломерата

Известно, что при увеличении высоты спекаемого слоя существенно улучшается качество агломерата и сокращается расход топлива. Однако данные, полученные Базилевичем С.Б., Исполатовым В.Б., Колесановым Ф.Ф., Носовицким Б.М. и Запорожцем Н.П., показали, что при разрежение в коллекторе 80 - 120 Па, которое развивают существующие эксгаустеры, увеличение высоты спекаемого слоя более чем до 300 - 350 мм приводит к снижению производительности агломашин, несмотря на повышенный расход извести в шихту, улучшение эффективности ее подготовки и уменьшение подсосов воздуха.

Эти мероприятия эффективны при умеренном расходе концентрата (40 - 50 %) и высоком расходе извести (более 60 кг/т агломерата) и дают меньший эффект при высоком содержании концентрата (70 - 80 %). Увеличение высоты слоя на каждые 10 мм сопровождается снижением производительности агломашин в первом случае на 0,7 - 0,8, а во втором - на 1,1 %. Улучшение качества агломерата при спекании в высоком слое с повышением производительности агломашин возможно при увеличении разрежения до 160 - 200 Па и более, что подтверждается практикой и специальными исследованиями.

Увеличить разрежение и расход воздуха, засасываемого в слой, на практике проще всего последовательным подключением дополнительного эксгаустера к одной агломашине или блоку двух агломашин.

Такая схема целесообразна при высоком газодинамическом сопротивлении сети агломашины (высоком слое шихты).

При изменении расходов топлива и извести в высоком слое учли результаты опытных и промышленных испытаний расход углерода уменьшали на 7,5 % при повышении слоя на каждые 75 мм. Для компенсации потерь производительности с повышением слоя шихты добавляли известь, учитывая, что 0,7 % извести увеличивает интенсивность процесса спекания на 7,5 %.

С повышением высоты слоя шихты в исследованных пределах 250 - 125 мм при работе одного, двух и трех вентиляторов заметно улучшаются все показатели процесса спекания и качества агломерата. Так, с увеличением высоты слоя от 200 до 500 мм выход годного агломерата при трех значениях разрежения возрастает следующим образом:

р, Па	81 (1)	160 (2)	230 (3)
ВГ, %	70 > 85,4	55,9 > 79,1	56,8 > 82,3

Это обеспечивается увеличением содержания фракции крупнее 25 мм и уменьшением кусков 25 - 10 и мелочи 10 - 0 мм после сбрасывания вследствие сокращения скоростей спекания и фильтрации отходящих газов. При том же увеличении высоты слоя от 250 до 500 мм время спекания возрастает на 25 (1), 18 (2) и 15 мин (3). Соответственно этому скорость спекания имеет минимальные значения при разрежении 81 Па (один вентилятор) при любой высоте слоя в пределах 250 - 550 мм.

При дальнейшем увеличении высоты слоя шихты от 550 до 625 мм выход годного агломерата ВГ при всех уровнях разрежения сокращается, причем в тем большей степени, чем меньше возрастает скорость спекания v:

p, Па	81	160	230
?ВГ, %	-10,6	-6,97	-1,18
?v, мм/мин	+2,6	+1,95	+1,09

Таким образом, увеличение разрежения при высоких слоях позволяет в большей степени повысить выход годного даже при повышенной скорости спекания.

Увеличение разрежения при одной и той же высоте слоя приводит к снижению выхода годного агломерата вследствие увеличения скоростей спекания и фильтрации отходящих газов. Это особенно характерно для относительно низких слоев (250 и 325 мм) [8]:

p, Па	81	160	230
h, мм	250	325	250	325	250	325
vФ, м3/мин	1,03	0,98	1,49	1,54	1,99	1,79
ВГ, %	70,0	72,7	55,9	63,8	56,8	71,2

4.1 Повышение прочности агломерата

Повышение высоты слоя с 270 до 570 мм при спекании лотарингских руд уменьшило выход возврата на 30 % и соответствующим образом увеличило средний диаметр куска после испытания в барабане. Более подробные данные, по изменению прочности агломерата из лотарингских руд в зависимости от высоты слоя, которые получил Cappel F., приведены на рисунке 4.1 [1].

Рисунок 4.1 - Изменение прочности агломерата из лотарингских руд в зависимости от высоты слоя

Двухслойная загрузка шихты на паллеты агломашин позволяет вводить большее количество топлива в верхний слой для улучшения прочности агломерата, повышения производительности агломашин. Лабораторные спекания шихт на базе концентрата ЛГОК с различным содержанием топлива (кокса К) по высоте слоя (К_В - в верхнем слое, К_Н - в нижнем, К_общ - среднее), которые проводились на Карагандинском металлургическом комбинате, показали ощутимое повышение прочности агломерата (значений х и х₁ по ГОСТ 15137 - 77) при увеличении подачи топлива в верхний слой Н_В на 20 - 36 % по сравнению с нижним Н_н:

КВ, %	КН, %	Кобщ, %	НВ, мм	НН, мм	х, %	х1, %
6,0	6,0	6,0	275	-	52,6	5,9
6,3	5,5	5,9	130	145	54,2	5,7
6,7	5,6	6,0	100	175	56,0	5,5
6,5	5,2	6,0	130	145	57,0	5,4
7,0	5,5	6,0	100	175	57,6	5,3
7,2	5,3	6,0	100	175	58,7	5,7

На основании результатов лабораторных исследований осуществлялся дополнительный ввод топлива в верхний слой шихты в количестве до 9,7 % общего его содержания.

Осуществление рациональной схемы обработки спека, реконструкция узлов выделения постели позволили стабилизировать режим возврата и улучшить тепловой режим спекания, что повысило качество агломерата.

Увеличение высоты слоя сопровождается пропорциональным повышением прочности агломерата. Все агломашины аглофабрики № 2 переведены на технологию спекания шихты в высоком слое при постоянном использовании постели, причем высоту слоя шихты постепенно повысили с 260 - 270 до 340 - 350 мм [3].

4.2 Увеличение газопроницаемости

Одним из способов повышения газопроницаемости слоя является уменьшение его высоты. Если удельное сопротивление любого участка по высоте одинаково, скорость фильтрации обратно пропорциональна высоте слоя Н в степени (0,6). При агломерации слой состоит из нескольких зон с различным удельным сопротивлением. Сохранение пропорциональности между щ₀ и может быть достигнуто при условии, если высота отдельных зон изменяется прямо пропорционально общей высоте слоя, а удельное сопротивление каждой зоны не зависит от ее положения относительно поверхности слоя. При агломерации эти условия не соблюдаются.

Влияние расхода топлива на характер зависимости v = f(H) не исчерпывается увеличением газодинамического сопротивления при повышении средней температуры слоя и увеличения фактической скорости газа в каналах. При определенном расходе топлива в результате накопления тепла по мере перемещения зоны горения сверху вниз в нижних горизонтах слоя наступает полное расплавление материала и образуется монолитный, непроницаемый для газа слой агломерата. Чем выше слой, тем сильнее сказываются различия в температурном режиме по его высоте [1].

Из исследований Александрова Л.И. следует, что с увеличением разрежения и высоты слоя зона высоких температур при спекании распределяется более равномерно по горизонтальным сечениям и не возрастает по высоте по мере продвижения вниз. Бортовые прососы при этом уменьшаются. По-видимому, высокое разрежение при слое большей высоты приводит к изменению физическое структуры спекаемой шихты - образованию более мелки пор и каналов - и позволяет получить прочный агломерат с мелкопористой структурой при низком расходе твердого топлива.

При уменьшении объема пор и каналов газопроницаемость слоя сохраняется или даже увеличивается, что объясняется следующим образом. В шихте имеются каналы различной формы и сечения. В узких каналах скорость фильтрации воздуха выше, а статическое давление ниже, чем в каналах большего диаметра. По закону Бернулли из-за этого возникает разность статических давлений, увеличивающая средний диаметр канала в слое в результате «размывания» узких каналов. Соответственно увеличивается и коэффициент газопроницаемости шихты. При недостаточной прочности комков образование крупных каналов не компенсирует общего уплотнения слоя и снижения его пористости при увеличении разрежения и скорости фильтрации воздуха. Следовательно, улучшение подготовки шихты с целью получения прочных комков является важнейшим условием интенсификации аглопроцесса при повышении вакуума и скорости фильтрации воздуха [8].

4.3 Интенсификация скорости спекания

Суммарная высота зон сушки, нагрева и жидких фаз мало зависит от общей высоты слоя и составляет 40 - 50 мм. При изменении высоты слоя меняется главным образом толщина зон переувлажнения и готового агломерата. Удельные сопротивления этих зон ниже, чем удельное сопротивление объединенной зоны сушки, нагрева и жидких фаз.

Поэтому следует ожидать, что скорость фильтрации воздуха при изменении общей высоты слоя должна меняться в меньшей степени, чем 0,6. С другой стороны, повышение высоты слоя приводит к накоплению тепла и повышению средней температуры слоя главным образом за счет зоны охлаждения агломерата. Температурный фактор усиливает влияние высоты слоя на скорость фильтрации воздуха и скорость спекания. Зависимость скорости спекания от высоты слоя отражает результирующее влияние двух названных тенденций.

Увеличение высоты слоя особенно резко сказывается при спекании шихт, обладающих повышенной склонностью к переувлажнению и образующих агломерат с малопроницаемой мелкопористой структурой. Таковы тонкозернистые концентраты, при спекании которых высота слоя не превышает 180 - 240 мм. В то же время обладающие повышенной влагоемкостью и образующие крупнопористый агломерат шихты с участием бурых железняков успешно спекаются в слое до 350 - 400 мм. Использование интенсификаторов позволяет ослабить влияние высоты слоя на скорость спекания.

На рисунке 4.2 приведены экспериментальные данные Александрова Л. И. и Базилевича С. В., характеризующие изменение скорости спекания смеси аглоруды (65 %) с концентратом (35 %) в зависимости от высоты слоя и добавки извести в шихту. При введении извести снижается удельное сопротивление, зон подготовки шихты к спеканию и соответственно уменьшается роль этих зон и создании газодинамического сопротивления слоя в целом. Поэтому скорость спекания шихты с известью в значительно меньшей степени зависит от высоты слоя, чем скорость спекания шихты без извести.

В какой-то степени ослабить различие температурного режима при повышение высоты слоя может использование комбинированного нагрева шихты и спекание шихты с переменным содержанием топлива по высоте слоя.

Рисунок 4.2 - Зависимость скорости спекания от высоты слоя при спекании смеси аглоруды и концентрата с известняком (1) и с заменой части известняка 3 % извести (2)



С точки зрения получения высокой скорости представляется целесообразным вести спекание на тонких слоях. Однако при этом снижается прочность аглоспека и повышается удельный расход топлива в связи с уменьшением степени накопления и использования тепла для спекания шихты в нижних горизонтах слоя. В производственных условиях решение вопроса об оптимальной высоте слоя находится как компромисс, обеспечивающий оптимальное сочетание скорости спекания и прочности аглоспека [1].

Согласно данным, полученным Александровым А.И., при спекании: одним вентилятором с увеличением высоты слоя от 250 до 475 мм газопроницаемость его снижается. При повышении слоя до 550 и 625 мм зона высоких температур возрастает (расширяется, что заметно даже визуально при выгрузке агломерата из чаши), а время спекания по причине низкой газопроницаемости достигает максимальных значений (37 и 36 мин). Поэтому разность ?р_к - ?р_н обращается в нуль.

Большой объем воздуха, просасываемо: за единицу времени при росте разрежения, повышает тепловой поток и скорость продвижения фронта горения. В результате возрастает проницаемость слоя и скорость спекания, что подтверждается увеличением перепадов разность ?р_к - ?р_н при одной и той же высоте слоя, при этом максимальные перепады характерны для всех высот слоя при максимальном разрежении [8].

4.4 Сокращение вредных выбросов

Возможность сокращения вредных выбросов, выявления при проведении опытных спеканий различно подготовленных шихт, обусловила постановку промышленных исследований, проведенных на агломашине №6 аглофабрики Макеевского металлургического завода. Были проведены исследования по двум способам: спекание шихты с увеличением высоты слоя (для данной машины с 240 до 300 мм) и при совместном дроблении известняка и топлива. В период проведения исследований агломашина работала стабильно с высокой производительностью 1,85 - 1,90 т/(м² ч).

Анализ полученных результатов показывает, что при увеличении высоты слоя шихты с 240 до 300 мм, удельный выход окиси углерода с отходящими агломерационными газами сокращается на 12 %.

При совместном помоле коксовой мелочи и известняка, в результате улучшения помола материалов, удельный выход окиси углерода уменьшился на 38 %. Содержание крупного класса (+3,5 мм) в смеси этих материалов уменьшилось до 10,2 % по сравнению с 14,6 - 18,1 % при раздельном дроблении известняка, и твердого топлива.

При спекании с повышением слоя и совместном помоле топлива и известняка отмечается снижение выбросов окислов азота на 20 %.

Таким образом, внедрение таких технологических способов как спекание шихты в слое высотой 400 мм, накатывание топлива обеспечит сокращение выбросов окиси углерода на 25 % и окислов азота на 20 % при одновременном улучшении технологических показателей процесса агломерации - уменьшение расхода твердого топлива в среднем на 5,5 % и снижение содержания мелочи 5 - 0 мм в агломерате на 2 [6].

4.5 Изменение гранулометрического состава

Исследования Базилевича С.В. и Пахомова Е.А. показали, что независимо от основности агломерата и крупности исходных компонентов шихты содержание классов крупнее 15 мм увеличивается по направлению сверху вниз. В значительно меньшей степени меняется по высоте пирога выход зерен класса <2 мм.

В агломератах с основностью 0,9 - 1,4 исключительно высоко и мало меняется по высоте слоя содержание зерен крупностью 2 - 4 мм. Увеличение высоты слоя сопровождается пропорциональным повышением прочности аглоспека. Изменение гранулометрического состава агломерата по высоте пирога характеризуется кривыми рисунок 4.3.

Рисунок 4.3 - Изменение ситового состава агломерата после стабилизации по высоте слоя а, б, в - агломераты из концентрата КМЛ с основностью соответственно 0,6; 0,8; 1,0; г, д, е - агломераты из лебединской аглоруды с основностью соответственно 0,1; 0,9; 1,4

Однако возможность повышения слоя ограничивается условиями газодинамики и усилением неравномерности температурного режима по высоте слоя [1].

Из данных, полученных Носовицким Б.М. и Запорожцем Н.П., видно, что качество агломерата по результатам испытаний на сбрасывание при повышении разрежения и постоянной высоте слоя изменяется закономерно: при двух и трех вентиляторах выход фракции крупнее 25 мм уменьшается тем в меньшей степени, чем больше высота слоя (до 550 мм), а при слое 625 мм с ростом разрежения количество этой фракции даже возрастает вследствие повышения количества закиси железа в агломерате. Количество крупной фракции с ростом разрежения увеличивается в результате образования фракций 25 - 10 мм, так как количество мелочи 10 - 0 мм при этом не возрастает. Увеличение высоты слоя при одном и том же разрежении заметно увеличивает выход крупной фракции; выход фракции 25 - 10 мм имеет тенденцию к росту с увеличением разрежения при постоянной высоте слоя.

Средний диаметр кусков агломерата закономерно возрастает с увеличением высоты слоя шихты при постоянном разрежении, но уменьшается при постоянном слое с увеличением разрежения, что особенно характерно для агломерата, полученного в слое высотой 250 и 325 мм. Уменьшение среднего диаметра кусков агломерата с ростом разрежения обусловливается увеличением выхода фракции 25 - 10 мм, что приводит к более равномерной крупности агломерата. Тенденция уменьшения среднего размера кусков агломерата при росте разрежения при спекании в слое высотой 550 и 625 мм проявляется в меньшей степени [8].



5. Пути увеличения высоты слоя

В период освоения спекания агломерата с высотой слоя более 400 мм и перехода на шихту, содержащую в рудной части до 100 % тонкоизмельченных концентратов, на ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» были проведены технологические исследования, позволившие сохранить производство и качество агломерата на прежнем уровне. К таким мероприятиям относились: совершенствование технологии закладки и усреднения сырья; подбор оптимальной структуры железорудных штабелей: подготовка извести и отработка режима известкования сырья при формировании штабелей; оптимизация режима возврата: повышение степени окомкования шихты.

В результате для закладки, усреднения и забора железорудного сырья формируются так называемые суперштабели массой 110 - 120 тыс. т (вместо обычных 60 - 65 тыс. т). Благодаря этому стабилизировался состав шихты, уменьшилось количество перешихтовок при переходах из штабеля в штабель и в конечном итоге улучшилось качество агломерата по железу и основности. Вследствие оптимизации режима возврата и повышения степени окомкования шихты удалось стабилизировать процесс спекания ее с высотой слоя более 400 мм и не только сохранить, но и увеличить производительность агломашин [7].

5.1 Совершен...