Підвищення показників процесу агломерації шляхом вдосконалення технологій завантаження шихти на агломераційні машини

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ПРОЦЕСУ АГЛОМЕРАЦІЇ ШЛЯХОМ ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЗАВАНТАЖЕННЯ ШИХТИ НА АГЛОМЕРАЦІЙНІ МАШИНИ

05.16.02 - металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів

Овчинникова Ірина Анатоліївна

Запоріжжя - 2010

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Запорізькій державній інженерній академії

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пазюк Михайло Юрійович, проректор з науково-педагогічної роботи Запорізької державної інженерної академії МОН України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Петрушов Станіслав Миколайович, Донбаський державний технічний університет МОН України, завідувач кафедри металургії чорних металів;

кандидат технічних наук, доцент Гаврилко Семен Олексійович, Запорізька державна інженерна академія МОН України, доцент кафедри металургії чорних металів

Захист відбудеться «26» травня 2010 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д17.100.02, ЗДІА, 69006, м. Запоріжжя, пр. Леніна, 226.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ЗДІА, 69006, м. Запоріжжя, пр. Леніна, 226.

Автореферат розісланий «19» квітня 2010 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 17.100.02 В.П. Грицай

АНОТАЦІЯ

Овчинникова І.А. Підвищення показників процесу агломерації шляхом вдосконалення технологій завантаження шихти на агломераційні машини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів. Запорізька державна інженерна академія, Запоріжжя, 2010.

Дисертація присвячена підвищенню якісних показників процесу агломерації.

Проведений аналіз роботи діючих у кольоровій та чорній металургії агломераційних машин конвеєрного типу показав, що найефективнішим способом підвищення якісних показників процесу агломерації є управління сегрегацією шихти. Досліджено вплив сегрегації шихти на газопроникність сформованого шару. Вдосконалена система завантаження шляхом використання нової конструкції двоступінчатого завантажувального пристрою. Встановлені загальні закономірності впливу характеристик шихти і режиму роботи двоступінчатого завантажувального лотка на газопроникність сформованого шару та міцність агломерату. На п'яти діючих агломераційних машинах спостерігалося підвищення швидкості спікання до 15 % та продуктивності на 5,3 %. Результати роботи дозволили підвищити висоту шару шихти на аглострічці з 400 до 450 мм, що забезпечило зниження витрати твердого палива більше, ніж на 3 кг/т агломерату та зниження виходу фракції -5 мм з 16,12 до 15,3 %.

Ключові слова: агломерація, шихта, завантажувальний лоток, сегрегація, газопроникність, міцність.

анНотация

Овчинникова И. А. Повышение показателей процесса агломерации путем усовершенствования технологии загрузки шихты на агломерационые машины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов. - Запорожская государственная инженерная академия, Запорожье, 2010.

Диссертация посвящена повышению качественных показателей технологического процесса агломерации и определению оптимального сочетания газодинамических свойств стационарного слоя и прочности агломерата.

Проведен анализ работы действующих в цветной и черной металлургии агломерационных машин конвейерного типа, который показал, что потери продукции (фракция -5мм) в среднем составляют 15 %. Указанные потери зависят от ряда объективных факторов, прежде всего от качества первоначального сырья, однако большая их часть происходит в результате несовершенных технологий процесса агломерации. К таким технологическим недостаткам главным образом относится то, что агломерационные машины работают с учетом среднего состава шихты и не учитывают текущего изменения ее фракционного состава, а также протекающих при агломерации процессов.

Таким образом, существующее состояние вопроса показало, что процесс агломерации является комплексным и включает в себя множество факторов, которые неоднозначно влияют на основные качественные показатели процесса, к которым в первую очередь относятся газопроницаемость слоя шихты, структура сформированного слоя, высота слоя на аглоленте, расход твердого топлива и производительность агломашины по кондиционной фракции. Поэтому для повышения эффективности агломерационного процесса и оптимизации его основных показателей проведен анализ существующих технологий и разработаны новые мероприятия, учитывающие комплекс закономерностей изменения качественных показателей агломерации в зависимости от изменения характеристик шихты.

Показано, что наиболее эффективным способом повышения качественных показателей агломерации и повышения газопроницаемости слоя является управление сегрегацией шихты по высоте и ширине спекательных тележек путем усовершенствования конструкции загрузочного лотка. Исследовано влияние сегрегации шихты на газопроницаемость сформированного на агломашине слоя. Установлено наличие горизонтальной сегрегации частиц, связанной с неравномерным сходом шихты с загрузочного лотка и возникновением прибортового эффекта после зажигания слоя. Усовершенствована схема загрузки шихты путем применения принципиально новой конструкции двухступенчатого загрузочного устройства. Особенностью принципа действия второй ступени загрузочного лотка является перенос части шихты в прибортовые зоны, характеризующиеся низкой газопроницаемостью, и уплотнение шихты на этих участках.

Установлены экспериментальные закономерности влияния фракционного состава шихты на газопроницаемость слоя. Показано, что при увеличении содержания фракции -3 мм свыше 30% в шихте наблюдается увеличение газодинамического сопротивления сформированного слоя в 2,5 раза, а при увеличении среднего диаметра частиц шихты до 4,2 мм повышается газопроницаемость слоя, что улучшает условия процесса спекания. Дальнейшее увеличение размера гранул наряду с повышением газопроницаемости приводит к уменьшению реакционной площади контакта частиц и соответствующему снижению выхода мелкой фракции агломерата. На основании полученных зависимостей разработан алгоритм определения потерь давления воздуха в стационарных слоях полидисперсных материалов, который позволил определить условия минимизации потерь давления воздуха в слое шихты.

Установлены общие закономерности влияния среднего диаметра частиц шихты, угла наклона разработанного составного двухступенчатого загрузочного лотка, высоты слоя на аглоленте на газопроницаемость сформированного слоя и прочность агломерата. Полученные закономерности легли в основу разработанного алгоритма оптимизации структуры слоя шихты по прочности агломерата и потерям давления. Это позволило улучшить газопроницаемость слоя, сегрегацию фракционного состава по его высоте и прочность агломерата по сравнению с базовыми показателями. На пяти действующих агломерационных машинах наблюдалось повышение скорости спекания на 15 % и производительности в среднем на 5,3 % при одновременном снижении доли вредных подсосов холодного воздуха в периферийные и прибортовые зоны слоя более, чем в 2 раза. Результаты работы позволили повысить высоту слоя шихты на аглоленте с 400 до 450 мм, что обеспечило снижение расхода твердого топлива более 3 кг/т с одновременным снижением выхода мелкой фракции с 16,12 % до 15,3 %.

Ключевые слова: агломерация, шихта, загрузочный лоток, сегрегация, газопроницаемость, прочность.

ABSTRAKT

Ovchinnikova I.A. Improving indicators of the sintering process by improving technology, batch loading of sinter machine. - Manuscript.

The thesis for a degree of candidate of technical sciences, specialty 05.16.02 - ferrous and nonferrous metals and special alloys. Zaporozhye State Engineering Academy, Zaporozhye, 2010.

The thesis is dedicated to improving process quality indicators of agglomeration.

The analysis of the work of the operating in the color and steel industry sinter machine conveyor type showed that the most effective way to increase the quality process of the agglomeration is control of the charge segregation. Investigated impact the charge segregation on a gas permeability of the formed layer. Improved system boot by using a new construction of the twostage boot device. Installed are general laws of the impact of the charge characteristics and mode of a twostage boot tray on a gas permeability of the formed layer and agglomerate strength. In the five existing sinter machines observed increase of the sintering speed to 15 % and productivity to 5,3 %. The results allowed increase the height of the layer charge of agglomeration ribbon from 400 to 450 mm that provided lower cost solid fuels more than 3 kg / t sinter and lower output -5 mm fraction of 16,12 % to 15,30 %.

Key words: agglomeration, blend, boot tray, segregation, gas permeability, durability.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Постійне зростання обсягів металургійного виробництва, регулярне підвищення цін на шихтові матеріали при зниженні якості останніх, вимагають розробки нових технологічних заходів щодо здешевлення всього металургійного переділу. Досягнення необхідних техніко-економічних показників процесу агломерації може бути забезпечене на стадії підготовки шихти і формування її шару (сегрегації шихти) на аглострічці. Завантаження шихти на аглострічку є одним з основних технологічних процесів, що визначають одержання якісного агломерату на аглофабриках кольорової й чорної металургії. Підвищення ефективності процесу завантаження здійснюється шляхом удосконалення технологічних схем і систем управління процесом. Рішенню цих питань присвячені роботи В.І. Коротича, С.М. Петрушова, О.Д. Іщенка, М.В. Федоровського, Є.Ф. Вегмана, В.І. Гранковського, Г.В. Коршикова, В.М. Абзалова, Ю.О. Фролова, О.П. Буткарьова і багатьох інших.

У цей час на виробництві використовуються технологічні рішення, що сприяють як підвищенню, так і зниженню сегрегації, а, отже, поліпшенню показників процесу агломерації. Так, на агломераційних машинах кількість дрібної фракції -5 мм у готовому агломераті досягає 16%, при цьому кожен відсоток цієї фракції призводить до збільшення витрати коксу на 0,5%, знижує продуктивність доменної печі на 1%. Не менш важливою проблемою є нерівномірна газопроникність шару шихти. Просмоктування повітря в прибортових областях візків для спікання призводять до прискореного спікання шихти на цих ділянках, а до 25% часу йде на допікання центральної частини шару. Існуючі технічні рішення на агломераційних машинах практично не вирішують зазначених проблем. Одним з найбільш перспективних шляхів підвищення якості агломерату та ефективності роботи агломашин є вдосконалення системи завантаження шихти.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Зміст роботи відповідає державній програмі розвитку і реформування гірничо-металургійного комплексу на період до 2011 року (Ухвала КМУ від 28.07.2004 р. № 967), частина досліджень виконувалася згідно з планом науково-дослідних робіт Запорізької державної інженерної академії в рамках роботи «Дослідження й оцінка газодинамічного стану стаціонарного шару сипучого матеріалу» (номер державної реєстрації 0106U002911).

Ціль роботи. Підвищення якісних показників технологічного процесу агломерації та визначення оптимального співвідношення газодинамічних властивостей стаціонарного шару і міцності агломерату.

Для досягнення поставленої цілі вирішені наступні задачі:

виконаний аналіз сучасного стану процесу завантаження шихти на аглострічку, методів і пристроїв підвищення газопроникливості сформованого шару шихти;

проведені дослідження газодинамічних характеристик сформованого шару та встановлені залежності впливу структури шару на його газодинамічний опір;

проведені дослідження впливу структури сформованого шару на якість агломерату;

розроблена конструкція завантажувального лотка, яка забезпечує оптимальні характеристики шару шихти;

розроблений алгоритм оптимізації основних показників роботи завантажувальних вузлів агломераційних машин.

Об'єкт дослідження - технологія збагачення окомкованої шихти на конвеєрних агломераційних машинах.

Предмет дослідження - сегрегаційні процеси, що мають місце під час укладки огрудкованої агломераційної шихти на аглострічку.

Методи дослідження. Хімічний склад шихти і агломерата визначали хімічним методом. Визначення фракційного складу здійснювали методом ситового аналізу. Газодинамічні властивості стаціонарного шару шихти на агломераційній стрічці досліджували методом визначення газопроникності шару при відновленні в промислових умовах (ДСТУ 21707-76), а також на лабораторній установці. Механічні властивості агломерату контролювали за виходом фракції -5 мм методом визначення міцності на скидання в лабораторних умовах та по барабанній пробі у виробничих умовах.

При створенні математичних моделей використані балансовий метод, методи математичної статистики, теорії імовірності і моделювання, чисельні методи рішення систем балансових і диференціальних рівнянь. Перевірка основних теоретичних положень виконана з використанням математичного моделювання і результатів виробничих експериментальних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

уточнені закономірності формування макроструктури шарів шихти для умов грудкування рудної сировини, яка містить значну кількість дрібнодисперсних фракцій;

розширені уявлення про закономірності впливу фракційного складу на структуру шару полідисперсного матеріалу;

вперше встановлено взаємозв'язок режиму роботи і конструктивних особливостей завантажувальних пристроїв та газодинамічних властивостей сформованого шару шихти;

вперше отримані залежності міцності агломерату від фракційного та хімічного складу шихти.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено конструкцію складового завантажувального лотка (СЗЛ), яка забезпечила підвищення ефективності процесу агломерації шляхом збільшення висоти шару шихти на 50 мм при базовому шарі 400 мм. Це дозволило підвищити виробництво агломерату до 16500 т, що вище планового на 2 % при одночасному підвищенні його якості, а також знизити витрати твердого палива більше за 3 кг/т. Ефект від впровадження СЗЛ підтверджений актом промислового впровадження на п'ятьох агломераційних машинах ВАТ «ЗМК «Запоріжсталь»; на ЗАТ «Свинець» рекомендовано впровадити для спікання вторинної сировини при виробництві свинцю. Конструкція розробленого автором двоступінчатого завантажувального лотка захищена Деклараційним патентом України на корисну модель №42105 від 25.06.09.

Розроблено алгоритм розрахунку структури шару полідисперсної агломераційної шихти на агломераційних машинах конвеєрного типу, які застосовуються у кольоровій і чорній металургії. На базі алгоритму з використанням математичної моделі процесу формування стаціонарного шару створена прикладна програма, яка дозволяє на практиці визначати параметри завантажувального пристрою для оптимального ведення завантаження шихти на аглострічку.

Особистий внесок здобувача. Здобувач безпосередньо виконав аналіз існуючих систем управління якісними характеристиками процесу агломерації, зокрема систем завантаження залізорудного матеріалу на агломераційну стрічку і дав оцінку їхньої ефективності з точки зору забезпечення максимальної газопроникності шару, що формується. Розробив методологію проведення експериментальних досліджень і безпосередньо брав участь у їхньому проведенні, розробив конструкцію двоступінчатого завантажувального лотка. Запропонував алгоритм оптимізації газопроникності шару шихти і міцності агломерату. Основні наукові результати, що включені в дисертацію, отримані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідалися та обговорювалися на I-ій міжнародній науково-практичній конференції «Обчислювальна техніка в інформаційних та керуючих системах» (Маріуполь, 2000), на 28, 29 и 31-ій міжнародних науково-технічних конференціях молоді «Запоріжсталь» (Запоріжжя, 2001, 2002, 2004), на 67 и 69-ій наукових конференціях молодих вчених, аспірантів та студентів «Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості» (Київ, 2001 и 2003), на міжнародних конференціях «Інформаційна техніка та електромеханіка» (Луганськ, 2005), «Інтегровані системи управління в гірничо-металургійному комплексі» (Кривий Ріг, 2006).

Публікації. За матеріалами роботи опубліковано 15 робіт, з них 4 - статті в наукових журналах, 5 - у збірниках наукових праць, затверджених ВАК України, а також 5 - у матеріалах і тезах конференцій і 1 - патент України на корисну модель.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, основних висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації становить 155 сторінок машинописного тексту (121 сторінок основного тексту), у т.ч. 21 таблиця, 50 рисунків, список літератури з 108 найменувань на 11 сторінках, 3 додатки на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі визначено актуальність проблеми, обґрунтована ціль дисертаційної роботи та сформульовані завдання досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналіз стану матеріально-технічної бази виробництва агломерату в кольоровій і чорній металургії Україні, країнах СНД і за кордоном.

Аналіз роботи діючих агломераційних машин конвеєрного типу показав, що їм властиві високі витраті палива, істотний вихід небажаної фракції агломерату (-5 мм), сягаючий 16 %. Такий стан справ залежить від ряду об'єктивних факторів, насамперед від якості первинної сировини, фізичного стану агломашин і недосконалості технологій процесу агломерації. Відомі технологічні заходи, що спрямовані на підвищення якості та інтенсифікацію процесу агломерації, зводяться до розподілу фракції шихти по висоті шару, що формується, і підвищенню його газопроникності. Зроблено висновок про те, що найефективнішим способом є управління сегрегацією шихти шляхом удосконалювання конструкції завантажувального лотка. Одноступінчаті завантажувальні лотки (ЗЛ), що експлуатуються на агломераційних машинах, не дають можливості впливу на структуроутворення шару шихти. Основна проблема, яка виникає при укладанні шару одноступінчатим ЗЛ, полягає в тому, що у розвантажувального краю лотка утворюється гребінь. Його утворення призводить до перемішування фракцій та руйнування гранул. Друга проблема, яка суттєво знижує ефективність процесу спікання шихти - це прососи повітря біля бортів візків для спікання. Це знижує продуктивність агломашини, тому що після спікання прибортових зон ще йде допікання центральної частини шару, що за попередніми оцінками займає до 25 % всього часу спікання.

Для рішення проблеми структуроутворення і поліпшення газопроникності шару шихти запропоновано використати двоступінчатий складний завантажувальний лоток (СЗЛ).

У цілому, аналіз результатів відомих досліджень і рішень дозволив визначити і сформулювати основні завдання досліджень, які включають встановлення закономірностей структуроутворення шару полідисперсного матеріалу, впливу структури на газодинамічні властивості шару шихти і якісні характеристики агломерату.

У другому розділі розроблено комплекс дослідно-технологічних заходів, обумовлених цілями та завданнями досліджень, спрямованих на встановлення загальних закономірностей процесу завантаження полідисперсного матеріалу і розробку математичних моделей, що дозволяють прогнозувати основні показники процесу агломерації.

Описані методики проведення експериментальних досліджень характеристик шару шихти та властивостей шихти і агломерату. Хімічний склад шихти і агломерату визначали хімічним методом; фракційний склад - методом ситового аналізу з використанням спеціально розробленого відбірника шихти. Газодинамічні властивості стаціонарного шару шихти досліджували в промислових умовах та на лабораторній установці. В промислових умовах газодинамічні характеристики формованого шару досліджували методом визначення газопроникності шару згідно з ДСТУ 21707-76. Механічні властивості агломерату визначали за виходом фракції -5 мм методом визначення міцності на скидання в лабораторних умовах і за барабанною пробою у виробничих умовах.

Реалізація алгоритму розрахунку основних показників процесу агломерації за вхідними параметрами, а також розробка програмного забезпечення, створеного на базі алгоритму, реалізовувалися з використанням математичних моделей. Математичні моделі побудовано на базі балансового методу, методів математичної статистики, теорії імовірності й моделювання. Для розв'язання рівнянь застосовано чисельні методи рішення систем балансових і диференціальних рівнянь. Перевірка основних теоретичних положень виконана шляхом порівняння результатів, отриманих з використанням математичного моделювання, з великим об'ємом результатів виробничих експериментальних досліджень.

У третьому розділі проводилися дослідження з визначення основних закономірностей структуроутворення і газопроникності шару шихти.

У спікальних відділеннях аглофабрик використовуються завантажувальні вузли агломашин типу «вібраційний живильник - завантажувальний лоток». Агломераційна шихта спікається в шарах висотою 0,38...0,40 м. У процесі експериментів досліджувалася сегрегація за висотою шару та шириною агломераційної стрічки. Для цього на візки для спікання встановлювався пробовідбірник розміром 0,39 х 0,25 х 0,52 м, який, проходячи під завантажувальним лотком, заповнювався шихтою. Потім аглострічка зупинялася, пробовідбірник витягався і сипуча маса, яка перебуває в ньому, розділялася по висоті на шари, висотою 0,1 м кожний. Отримані проби полідисперсного матеріалу розсіювалися на фракції: + 6 мм; +3-6 мм, -3 мм.

Аналіз результатів досліджень дозволив одержати залежності, які характеризують розподіл часток полідисперсного матеріалу по висоті стаціонарного шару:

Ф_1jd₁ + Ф_2jd₂ + Ф_3jd₃ +……+ Ф_njd_n = (1)

де Ф_ij - кількість фракцій з діаметром d_i на j-ом горизонті шару, %;

d_i - середній діаметр часток i-ой фракції шихти, мм;

d_cpj - середній діаметр часток на на j-ом горизонті шару, мм.

Розподіл фракцій агломераційної шихти розміром -3 мм описується залежністю виду:

Ф_-3j = , (2)

де А - емпіричний коефіцієнт, що характеризує умови роботи завантажувального вузла, А = 160,4 при завантаженні шихти вібраційним живильником.

Розподіл фракцій розміром +6 мм за висотою шару матеріалу на спікальних візках представлено залежністю

Ф_+6j = , (3)

де B, n - емпіричні коефіцієнти, що характеризують умови формування шару шихти; В = -4,47, n = 1,5.

Вміст фракції (+3-6) мм визначається за умови збереження матеріального балансу в заданому горизонті шару:

Ф_(+3-6)j = 100 - (Ф_-3j + Ф_+6j) (4)

Моделювання сегрегації великих і дрібних фракцій показало, що в робочому діапазоні кутів нахилу завантажувального лотка (ЗЛ) перерозподіл фракцій повинен становити 10...20 %. На практиці кут нахилу одноступінчатого лотка дорівнює 46 градусам. Його зміна істотно не впливає на процес формування шару, тому що в нижній частині завантажувального лотка утворюється гребінь, у якому відбувається перемішування фракцій і руйнування гранул. Для рішення описаних проблем запропоновано замість одноступінчатого ЗЛ використати двоступінчатий СЗЛ, у якому перша ступінь формує шар за рахунок природної сегрегації часток, а друга призначена для вирівнювання шару та ущільнення шихти у прибортових зонах. Таким чином, поліпшення сегрегації шихти можна забезпечити, змінюючи кут нахилу першої ступені СЗЛ.

При зміні кута нахилу завантажувального лотка відбувається перерозподіл фракцій шару, що формується: при збільшенні кута нахилу частки при русі по площині обмеженого розміру будуть у меншому ступені розділятися по швидкості руху, що приведе до затримування великих часток у верхніх горизонтах шару та відповідному збільшенню середнього розміру перебуваючих тут часток. При зменшенні кута нахилу лотка до значення кута природного укосу шихти буде спостерігатися зворотна картина.

На підставі експериментальних даних отримані залежності впливу кута нахилу першого ступеня СЗЛ на сегрегацію часток шихти. Похибка моделювання склала менше 5 %.

Четвертий розділ присвячений дослідженню газодинамічних властивостей агломераційної шихти.

Формування структури шару з максимальною та рівномірною за шириною візків для спікання газопроникністю є основним завданням для системи завантаження шихти, а саме, для завантажувального лотка агломашини. Перша ступінь двоступінчатого СЗЛ формує структуру шару, який не має можливості змінюватися за шириною агломашини. Для зниження різниці газопроникності за шириною шару шихти запропоновано ущільнити шихту в зонах підвищеного просмоктування повітря.

Аналіз результатів досліджень показав, що газопроникність центральної частини сформованого шару відрізняється від газопроникності периферійних зон для усіх агломашин на величину, яка сягає 28 %, тобто, по краях агломашин газодинамічний опір виявляється меншим, ніж у їхній центральній частині.

Маса периферійного спіку, що утворилася прискорено, займає до 2 % площі спікання агломашини, куди впродовж чверті часу спікання шихти спрямовується велика кількість холодного повітря. Через це продуктивність агломашини знижується на 5 %. Це підтвердив аналіз зламу спека агломерату

Для виключення недоліку, який пов'язаний з горизонтальною сегрегацією часток за шириною агломашини, запропоновано в прибортових зонах підвищити кількість шихти і ущільнити її, сформувавши ділянки з газопроникністю, рівною газопроникності центральної частини. У результаті проведених досліджень установлено, що в периферійні зони додатково необхідно засипати до 50 мм шихти із фракційним складом, який відповідає верхнім горизонтам шару на аглострічці.

Технічна реалізація ущільнення прибортових зон здійснювалася за допомогою другої ступіні завантажувального лотка (рис. 2), конструкція якого запатентована автором.

Дві площини другого ступня з'єднані між собою таким чином, що утворюють сторони рівнобедреного трикутника, розташовані під кутом при вершині 140...150 градусів. Кожна площина має на нижній, пов'язаній із шаром шихти, стороні прямокутний виріз - розвантажувальну щілину висотою 50 мм і довжиною 250...300 мм. Висота розвантажувальної щілини приймалася на підставі встановлених у результаті лабораторних досліджень даних про висоту шару, необхідну для забезпечення однакової газопроникності периферійних і центральної зон.

Ширина щілини обрана на підставі даних, що отримані при дослідженні газопроникності шихти по за шириною, де зона просмоктувань повітря становила 250...300 мм. Стрілковидна форма другої ступені служить для переміщення шихти, яка зрізується лотком, убік розвантажувальних щілин. Шихта, виходячи через щілини, формує стовщення шириною по 250...300 мм уздовж бортів на 50...70 мм вище основного шару шихти (400 мм).

Якість поверхні шару є однією з основних умов правильного запалювання шихти і нормального початку процесу спікання. Тому для вирівнювання шару шихти за шириною після другого ступеня СЗЛ встановлювалася спеціальна гладилка. Ущільнення бічних потовщень шару шихти до заданої висоти забезпечувалося навантаженням гладилки з тиском не менш 0,01…0,02 МПа, що забезпечувало рівну і плоску поверхню шару, необхідну для його правильного запалювання.

Випробування двоступінчатого СЗЛ на діючих агломашинах показали поліпшення таких показників, як газопроникність шару (рис. 3, а), міцність агломерату (рис. 3, б) і сегрегація фракційного складу за висотою (рис. 4) у порівнянні з базовими показниками.

Збереження вертикальної сегрегації досягнуто в результаті того, що у випробувальній моделі лотка не відбувається руйнування структури верхніх горизонтів шару, що спостерігалося в базовій моделі, яка є одночасно гладилкою шару. Поліпшення газодинамічних властивостей шару досягнуто за рахунок більш рівномірного розподілу часток шихти за шириною агломашини з одного боку, а з іншого - прямо пов'язане з поліпшенням структури шару.

У результаті вертикальна швидкість спікання за шириною по ширині шару вирівнялася. У той же час надмірне підвищення газопроникності може привести до зниження міцності агломерату, тому необхідно проводити оптимізацію параметрів завантажувального пристрою за газопроникністю шихти і міцністю агломерату.

У п'ятому розділі розроблений математичний опис якісних показників процесу агломерації і алгоритм оптимізації процесу завантаження шихти. Отримано результати досліджень впливу фракційного складу на газодинамічний опір шару шихти, на основі яких побудовано графіки критеріальних залежностей l_сл = f(Re) для різних сумішей. Встановлено, що зі збільшенням вмісту в шихті дрібної фракції класу -3 мм понад 30 % різко зростає (у 2,5 рази) коефіцієнт опору шару: з 280 при 30 % до 580 при 50 %.

Поряд з газопроникністю шару, міцність спеченого агломерату визначає розподіл палива та основності за його висотою, які прямо залежать від сегрегації шихти. Для більш комплексної оцінки факторів, які впливають на міцність агломерату, проведені дослідження хімічного складу агломерату, а також визначений вплив сегрегації шихти на його міцність.

Аналіз отриманих результатів дозволив встановити залежності, які зв'язують міцність із фракційним і хімічним складом шихти. Це дозволило встановити залежності впливу гранулометричного складу шихти на вихід фракцій -5 мм і +5-10 мм в агломераті:

Y₁ = 26,4Х₁ - 9,06 Х₂ + 5,41 Х₃ + 5,68 Х₄ + 9,66 Х + 7,64 Х +

+ 2,78 Х+0,35 Х - 1,

Y₂ = 1,56Х₁ + 39,7 Х₂ - 1,34 Х₃ + 10,12 Х₄ + 11,04 Х +3,96 Х +

+ 3,42 Х- 1,75 Х - 1,

де Y₁, Y₂ - функція відгуку, яка характеризує вміст в агломераті фракцій Ф_-5 і Ф_+5-10 відповідно, %;

Х_i -середній діаметр часток шихти і-го горизонту шару, м.

Дослідження, які проведені з полідисперсними шихтами, показали, що розмір часток, який забезпечує максимальну міцність агломерату, має обмеження за максимальним та мінімальним значенням та знаходиться в діапазоні 3,5…5.0 мм.

Встановлені залежності з досить високим ступенем точності описують загальні закономірності, отримані експериментальним шляхом і добре погоджуються з відомими дослідженнями.

Однак складність комплексної оцінки якості агломерату полягає у відсутності контролю структурних характеристик, що не дозволяє оцінювати зміну стану шару шихти та оперативно коригувати режим роботи агломашини. Для рішення цієї задачі розроблено алгоритм оптимального управління структурою шару шихти.

Оптимізація умов формування структури шару шихти зводиться до розрахунку величини управляючого впливу (у нашому випадку кута нахилу першої ступіні двоступінчатого СЗЛ), який забезпечує відповідність структури шару критерію оптимізації, за який обрано максимальну міцність готового агломерату при заданих втратах тиску повітря, що просмоктується через сипучу масу.

Аналіз отриманих результатів показав, що крупність шихти і кут нахилу завантажувального лотка впливають на газодинамічні характеристики шару.

Зі збільшенням вмісту крупних фракцій втрати тиску зменшуються, а при збільшенні кута нахилу вони зростають незалежно від вихідного фракційного складу шихти. Це пояснюється тим, що при збільшенні середнього діаметра часток шихти до 4,2 мм підвищується газопроникність шару, що поліпшує умови процесу спікання. Подальше збільшення розміру гранул поряд з підвищенням газопроникності приводить до зменшення реакційної площі контакту часток і відповідного погіршення теплового режиму спікання.

За результатами аналізу отриманих залежностей встановлений діапазон кутів нахилу складового завантажувального лотка ( =45 53 град), що задовольняє оптимальному рівню міцності і газопроникності, залежно від середнього розміру часток шихти.

Для оптимального ведення процесу завантаження шихти на аглострічку створена прикладна програма, що дозволяє для полідисперсних матеріалів робити розрахунок розподілу гранулометричного і хімічного складу шихти за висотою шару при різних кутах нахилу завантажувального лотка, визначати оптимальний кут нахилу лотка, що забезпечує максимальну міцність агломерату.

Для перевірки отриманих залежностей в умовах діючої аглофабрики було встановлено двоступінчатий СЗЛ. Результати процесу спікання шихти наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Характеристики процесу спікання шихти на агломашинах № 1-5

Номер агло-машини	Умова і показник процесу (базовий /дослідний)
	Відносна частка підсмоктувань у периферійну зону, відн.%	Швидкість спікання всього шару, мм/хв	Міцність агломерату, клас -5 мм, %	Продуктив-ність, %
1	28/14	21,3/22,2	16,2/15,4	100/105,2
2	25/14	20,8/21,5	16,2/15,5	100/104,5
3	22/10	21,5/22,3	16,6/15,7	100/105,7
4	29/13	19,4/23,1	15,9/14,9	100/106,7
5	26/15	20,3/21,8	15,7/15,0	100/104,7

Порівняльний аналіз характеристик процесу завантаження агломашин із двоступінчатим СЗЛ і з діючим одноступінчатим ЗЛ показав, що на п'ятьох машинах спостерігалося підвищення швидкості спікання до 15 % і продуктивності агломашини, в середньому, на 5,3 % при одночасному зниженні частки шкідливих підсмоктувань холодного повітря в периферійні і прибортові зони шару більш, ніж в 2 рази. Це дозволило підвищити висоту шару шихти з 400 до 450 мм, що забезпечило зниження витрати твердого палива до 3 кг/т з одночасним підвищенням якості агломерату (вихід дрібної фракції знизився від 16,12 до 15,30 %).

агломераційний конвеєрний машина металургія

ВИСНОВКИ

Проведено аналіз роботи діючих агломераційних машин конвеєрного типу. Показано, що проблеми низьких показників технології агломерації пов'язані з недосконалістю процесу укладання шихти. Зроблено висновок про те, що найефективнішим способом підвищення якісних показників агломерації і збільшення газопроникності шихти є управління її сегрегацією.

Встановлено математичні залежності впливу режиму руху часток з різними фізико-механічними властивостями по завантажувальному лотку на структуру шару, що формується. На підставі даних залежностей встановлені закономірності сегрегації фракції шихти з розмірами -3 мм; -3+6 мм; +6 мм в шарі 0,4 м залежно від кута нахилу завантажувального лотка в діапазоні 42-58 градусів.

Досліджено вплив сегрегації шихти на газопроникність сформованого на агломашині шару. Встановлено, що газопроникність центральної частини сформованого шару відрізняється від газопроникності периферійних зон для усіх агломашин на значення, яке досягає 28 %.

Встановлено загальні закономірності впливу фракційного складу шихти на газопроникність шару. Показано, що при збільшенні вмісту фракції -3 мм у шихті понад 30 % газодинамічний опір сформованого шару підвищується у 2,5 рази.

Розраховано регресійні залежності міцності агломерату від фракційного складу шихти. На підставі аналізу отриманих залежностей встановлено, що стабілізація середнього розміру гранул в діапазоні від 2,5 до 4,0 мм забезпечує поліпшення газопроникності шару, що спікається, та підвищення міцності агломерату на 0,62 %.

В результаті проведення досліджень газопроникності шару шихти, сегрегації її фракційного складу за висотою та шириною візків для спікання і міцності агломерату встановлена можливість вдосконалення завантажувального пристрою агломашини. Для цього розроблена нова конструкція завантажувального лотка.

Встановлено загальні закономірності впливу середнього діаметра часток шихти, кута нахилу завантажувального лотка, висоти шару на аглострічці на газопроникність сформованого шару і міцність агломерату. Це дозволило оптимізувати встановлення завантажувального пристрою, при якому отримано максимальний рівень газопроникності шару шихти і міцності агломерату. Оптимальний кут нахилу двоступінчатого складового завантажувального лотка складає 4553 градусів.

Розроблено основні положення алгоритму оптимізації структури шихти за міцністю та втратами тиску в шарі шихти на основі зміни кута нахилу завантажувального лотка.

Створено прикладну програму, що дозволяє для полідисперсних шихт робити розрахунок розподілу гранулометричного і хімічного складу шихти за висотою шару і визначати оптимальний режим роботи двоступінчатого складового завантажувального лотка, що забезпечує максимальну міцність агломерату.

Проведено порівняльний аналіз характеристик технологічного процесу завантаження з діючим одноступінчатим завантажувальним лотком і розробленим двоступінчатим складовим завантажувальним лотком на п'ятьох агломераційних машинах. Встановлено, що на всіх машинах спостерігалося підвищення швидкості спікання на 15 % і продуктивності в середньому на 5,3 % при одночасному зниженні частки шкідливих підсмоктувань холодного повітря в периферійні і прибортові зони шару більш, ніж у2 рази.

За результатами роботи отримано акти впровадження вдосконаленої технології завантаження на п'ятьох агломераційних машинах, які підтверджують підвищення висоти шару шихти від 400 до 450 мм та забезпечення зниження витрати твердого палива більше за 3 кг/т з одночасним зниженням виходу дрібної фракції від 16,12 до 15,30 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Башлий С. В. Совершенствование технологии производства агломерата при снижении экологической нагрузки/ С. В. Башлий, М. Ю. Пазюк, И. А. Семендяева // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1999. - №10.- С. 6-7.

2. Пазюк М. Ю. Исследование эффективности управления структурой агломерационной шихты в слоях различной высоты / М. Ю. Пазюк, И. А. Семендяева // Теория и практика металлургии. - 1999. - №5. - С.12-15.

3. Башлий С. В. Исследование и моделирование тепловых процессов спекания железорудных материалов/ С. В. Башлий, М. Ю. Пазюк, И. А. Семендяева // Металлургическая теплотехника. (Научные труды Государственной металлургической академии Украины). - Днепропетровск: ГМетАУ, 1999. - Т.2 - С. 98-101.

4. Ренгевич О. В. Исследование влияния технологических параметров гранулятора на качество окомкования агломерационной шихты/ О. В. Ренгевич, М. Ю. Пазюк, И. А. Овчинникова // Металлургия (Научные труды ЗГИА). - Запорожье: РИО ЗГИА, 2003. - Вып. 8. - С. 19-24.

5. Семендяева И. А. Анализ влияния сегрегации шихты на металлургические свойства агломерата / И. А. Семендяева, М. Ю. Пазюк // Вычислительная техника в информационных и управляющих системах: первая международная научно-практическая конференция (30 октября - 3 ноября 2000 г., Мариуполь): сб. докл. - Мариуполь: ПГТУ, 2000. - С. 59-61.

6. Пазюк М. Ю. Совершенствование управления структурой слоя шихты на агломерационной ленте/ М. Ю. Пазюк, С. В. Башлий, И. А. Семендяева // Металлургия (Научные труды ЗГИА). - Запорожье: РИО ЗГИА, 2001. - Вып. 4. - С. 10-22.

7. Семендяева И. А. Моделирование структурных изменений в поли- дисперсном материале под действием гравитационных сил / И. А. Семендяева // 67-та наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених (24-25 квітня 2001 р., Київ): зб. материалів - Киів: УДУХТ, 2001. - С. 124.

8. Семендяева И. А. Управление структурой агломерационной шихты в слоях различной высоты/ И. А. Семендяева, М. Ю. Пазюк // НТК молодежи «Запорожсталь - 2001»: сб. тезисов докладов. - Запорожье, 2001. - С. 2-3.

9. Семендяева И. А. Управление структурой слоя агломерационной шихты/ И. А. Овчинникова // ХХIX МНТК молодежи «Запорожсталь - 2002»: сб. тезисов докладов. - Запорожье, 2002. - С. 94.

10. Овчинникова И. А. Разработка алгоритма оптимизации газо- динамических свойств слоя агломерационной шихты / И. А. Овчинникова // 69-та наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів «Розроблення, дослідження і створення продуктів функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової і переробної промисловості» (22-24 квітня 2003 р., , Київ): зб. Матеріалів. - Киів: НУХТ, 2003. - С. 131.

11. Овчинникова И. А. Автоматизация управления качественными характеристиками слоя агломерационной шихты в условиях применения SCADA-систем/ И. А. Овчинникова, М. Ю. Пазюк, А. М. Иванив // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. - Луганськ, 2005. - №1(10). - С. 115-119.

12. Овчинникова И. А. Применение SCADA-систем в процессе управления качественными характеристиками слоя шихты на аглоленте/ И. А. Овчинникова // Академический вестник Криворожского территориального отделения Международной Академии компьютерных наук и систем. - 2006. - № 17-18. - С. 21-26.

13. Овчинникова И. А. Управление качественными параметрами потока окомкованной шихты в промежуточном бункере агломашины/ И. А. Овчинникова, Ю. М. Пазюк // Металургія (Наукові праці ЗДІА). - Запоріжжя: РВВ ЗДІА, 2006. - Вип. 14. - С. 91-96.

14. Илюхин А. Я. Развитие технологии загрузки шихты на агломерационные машины/ А. Я. Илюхин, И. А. Овчинникова // Металл и литье Украины, 2007. - № 9-10. - С. 3-11.

15. Пат 42105 Україна, МПК F 27 B 21/06, C 22 B 1/16 (2009.01) Завантажувальний пристрій конвеєрної агломераційної машини/ Овчинникова І. А., Міщенко І. М., Ілюхін О. Я., Овчинников О. В. (Україна); заявник та патентотримач Запорізький нац. техн. Університет. - Заявл. 05.01.2009; опубл. 25.06.2009, Бюл. №12.

Размещено на Allbest.ru

...