книги из ГПНТБ / Вегман, Е. Ф. Теория и технология агломерации

245

(20 мм/мин), получим время спекания слоя шихты вы­

сотой в 400 мм, равным 20 мин. Составим теперь пос­ ледовательно тепловые балансы зоны горения через каждую минуту. Всего по мере опускания зоны горения к колосниковой решетке будет таким образом, составле­ но 20 тепловых уравнений, 20 уравнений материального

Расход коксовой мелочи, %

баланса и 20 уравнений по балансу основности. Решая затем 20 систем из трех уравнений (на цифровой ЭВМ), получают оптимальную кривую распределения углерода по высоте спекаемого слоя.

ход Zu Z2... Zn кг/100 кг агломерата) в очередном положении зоны горения (от верхнего первого положения до нижного положения); по мере опускания зоны го­ рения учитывается изменение отношения С 02:СО в отходящих газах;

246

<7рег — регенерированное тепло, т. е. теплота

воздуха на входе в зону горения, полу­ ченная им при проходе через слой гото­ вого горячего агломерата; оно учитыва­ ется по термограммам, иллюстрирую­ щим темп охлаждения слоя агломерата при просасывании через него воздуха

(рис. 109);

<7Доп обогр- ' теплота в03ДУха. нагретого в кауперах

или под газовыми горелками дополни­ тельного обогрева спекаемого слоя; (учитывается лишь в нескольких верх­ них положениях зоны горения вместо ре­ генерации тепла);

<7Ш7оо°с — нижняя граница зоны горения ограни­

чивается изотермой 700° С (температу­ ра воспламенения коксовой мелочи), т. е. температура шихты, поступающей в зо­ ну горения твердого топлива снизу из зо­ ны подогрева и сумки, во всех расчет­ ных положениях равна 700° С;

qs — теплота горения части серы и сульфидов

^окисл — теплота окисления шихты в зоне горения

Икрист ) ’

^гпдр и 9карб— теплота разложения соответственно гид­

ратов и карбонатов в зоне горения (по экспериментальным данным в зоне горе­ ния топлива удаляется до 15—20% гид-

247

Интересен факт некоторого увеличения потребности в тепле, а следовательно, и расхода коксовой мелочи вблизи колосниковой решетки, имеющий место, несмотря на повышение отношения С 02:СО в продуктах горения

втех же слоях. Дело здесь в том, что к концу процесса значительно возрастает коэффициент избытка воздуха, количество газов, попадающих в зону горения и их эн­ тальпия. Параллельно растут тепловые потери, энталь­ пия пирога, затраты тепла на восстановление и диссо­ циацию окислов. В то же время регенерация тепла уже

в200 мм под поверхностью спекаемого слоя перестает

расти, стабилизируясь на определенном уровне (см. рис. 103). На практике это явление еще усугубляется сегрегацией шихты по углероду при укладке на машину.

Предлагаемые методы расчетного определения опти­ мального расхода твердого топлива на процесс агломе­ рации могут служить основой для автоматического регу­ лирования теплового состояния спекаемого слоя. Вводя в ЭВМ непрерывно поступающие сведения об изменени­ ях химического и минералогического состава сырья, об оптимальной влажности шихты при меняющемся грану­

248

лометрическом составе ее компонентов, а также любые другие сведения, имеющие отношение к тепловому ба­ лансу спекания (например, данные об изменении тепло­ творной способности газа, подаваемого в зажигательный горн и в горелки дополнительного обогрева слоя и т. п.), оказывается возможным систематически получать инфор­ мацию об оптимальном содержании углерода в слое в целом и по слоям (при двухслойном спекании). Эти дан­ ные должны сравниваться с результатами определения фактического содержания топлива в шихте, например, по методу Б. Вейландта и Н. Петруша, предложивших метод определения количества сгоревшего на аглолен­ те углерода по содержанию СО2 и СО в отходящих га­

зах и по количеству этих газов. Сравнение оптимального и фактического содержаний углерода в шихте позволяет с помощью системы автоматических приборов регулиро­ вать тепловой уровень процесса агломерации, что обес­ печит высокое качество продукта при меняющемся ка­ честве шихты.

И. КАЧЕСТВО АГЛОМЕРАТА

Агломерат хорошего качества прочен и содержит ма­ ло мелочи перед загрузкой в доменную печь, почти не разрушается при последующем восстановлении в шахте печи, сочетая эти свойства с высокой восстановимостью, высокой температурой начала размягчения при корот­ ком интервале размягчения. Эти требования, вытекаю­ щие из условия наибольшей интенсификации доменного процесса, выполняются обычно только отчасти, что свя­ зано с несовершенством технологии спекания, слабой изученностью свойств агломерата и отсутствием эффек­ тивных стандартных методов испытания качества гото­ вого продукта.

Только в редких случаях (в лабораторных условиях или при полупромышленных опытах) удается сейчас получить агломерат, качество которого полностью соот­ ветствовало бы всем существующим требованиям. В улучшении качества агломерата заключается огром­ ный резерв черной металлургии, но его использование станет возможным лишь после активизации исследова­ тельской работы в этом направлении.

249

Восстановимость железорудного агломерата опреде­ ляет степень использования газов в доменной печи, вели­ чину удельного расхода кокса на плавку. Фундамен­ тальное исследование этого вопроса с использованием современных методов ртутной порометрии, предприня­ тое К. К. Шкодиным [218] в 1960— 1964 гг., позволило установить, что восстановимость агломератов линейно зависит от суммарной поверхности их пор, доступных газу-восстановителю (при 850° С для СО, например, до-

О

ступны все поры крупнее 150—200 А). Как выяснилось, в офлюсованных агломератах до 95% всей реакцион­

ной поверхности приходится на поры крупностью менее

О’

5000 А. Скорость процесса восстановления агломерата, по результатам этой работы, во всех случаях лимитиру­ ется скоростью диффузии газа-восстановителя в порах.

С теоретической точки зрения определенное влияние на восстановимость должен оказывать и минералогиче­ ский состав агломерата.

Табл. 33 содержит данные о восстановимости боль­ шинства минералогических составляющих агломерата.

кальциевый и однокальциевый ферриты, многие из тройных ферритов. Пониженной восстановимостью ха­ рактеризуются двукальциевый феррит и браунмиллерит. Трудновосстановимые фазы агломерата: стекло, Са-оли- вины, геденбергит и, в особенности, фаялит. Так как по­ ры, по которым движется газ-восстановитель, никогда не проходят по кристаллизующемуся из расплава пер­ вым магнетиту, стенки пор в неофлюсованном агломера­

этого обстоятельства на ход восстановления агло­ мерата говорит, например, тот факт, что образцы неофлюсованного агломерата крайне медленно отдают кислород водороду при низких температурах опыта, так как при 600—800° С фаялит, слагающий вместе со стек­ лом стенки пор, вообще не реагирует с водородом. В несколько меньшей степени этот фактор оказывается

260

Т а б л и д а 33

Относительная восстановимость минералогических составляющих агломерата

251

при восстановлении офлюсованного агломерата. А. Г. Астахов в 1955 г. показал в серии опытов с порош­ ком офлюсованного мелом криворожского агломерата, что восстановимость продукта растет с увеличением его основности, достигая максимума при 1,4— 1,5. По Я. М. Гольмштоку [220], максимум восстановимости по­ рошка офлюсованного агломерата относится к основно­ сти 1,36. Увеличение расхода коксовой мелочи на спека­

ние повышает оплавленность

при основностях свыше 1,4— 1,5 можно объяснить уменьшением поверхности пор, до­ ступных газу-восстановителю и, кроме того, появлением в структуре агломерата относительно трудновосстанови­ мого двукальциевого феррита.

Аналогичную картину (рис. ПО) изменения восста­

снижает восстановимость продукта, так как в структуре агломерата появляется браунмиллерит. Интересно, что

ет сейчас оценить раздельно влияние минералогического состава и пористости на восстановимость агломерата. Можно предположить, что влияние величины поверхно­ сти пор, доступных газу-восстановителю, в большинстве

252

случаев оказывается решающим, а влияние минерало­ гического состава проявляется в меньшей степени. С переходом к спеканию офлюсованного агломерата восстановимость продукта значительно возросла и в на­ стоящее время этот показатель качества агломерата соответствует требованиям доменной плавки. Этого нель­ зя еще сказать о прочности агломерата, которая с пере­ ходом к производству офлюсованного агломерата резко ухудшилась.

Причины разрушения кусков агломерата разнооб­ разны. Простейшая из них — чрезмерная крупность ча­ стиц руды и известняка, пе позволяющая прогреть ку­ сочки шихты, растворить их в расплаве. Остатки пер­ вичных гематита, магнетита, кварца, сидерита, гидро­ окислов железа, известняка и, в особенности, извести, быстро реагирующей с водой и водяными парами с об­ разованием портландита Са(ОН)2, в дальнейшем явля­ ются центрами разрушения кусков агломерата.

Одной из причин измельчения агломерата является присутствие в нем хрупких фаз, т. е. минералогических составляющих, не способных к упругим деформациям при падениях и перегрузках готового продукта. Микро­ хрупкость составляющих агломерата может быть оцене­ на по числу трещин, образующихся вокруг отпечатка алмазной тетрагональной пирамиды на их полирован­ ной поверхности в аншлифе при постоянной нагрузке на индентор. Обычно такие трещины оказываются про­

уменьшения микрохрупкости, следуют кристаллические Ca-оливины, магнетит, однокальциевый феррит и гематит. Хрупкость 2Ca0-Fe20 3 близка к хрупкости Са-оливинов. С. А. Пикулин и Е. Ф. Вегман [227] определили в 1969— 1971 гг. микрохрупкость важнейших фаз офлюсо­ ванного агломерата. При нагрузке в 30 г наиболее хруп­ кими фазами оказались: стекло между удлиненными кристаллами Са-оливинов (бал микрохрупкости 3,81), Са-оливин (2,85), Ca2SiC>4 (2,74), ферриты кальция

(2,71), за которыми следуют гематит (0,89—-1,00), вюстит (0,80) и магнетит (0,5—0,95). Было установлено, что в крупных скоплениях стекла дендриты и зерна маг­

253

нетита резко снижают хрупкость фазы (до уровня 0,4— 0,6), являясь своеобразной арматурой в массе стекла на соответствующих участках. Таким образом, наиболее опасным является монолитное и однородное стекло ме­ жду кристаллами Ca-оливинов и фаялита. Хрупкое стекло, присутствуя в агломерате, существенно влияет

окружены со всех сторон стеклом, ферритами кальция, вюститом, магнетитом и возможности существенного увеличения их размеров при полиморфном превращении отсутствуют, в кусках агло­ мерата возникают огромные внутренние напряжения, ко­ торые быстро реализуются затем при транспортировке и перегрузках агломерата.

Полиморфное превращение СагЭіСи — одна из наи­ более важных причин снижения прочности офлюсован­ ного агломерата. Внутренние напряжения возникают также при быстрой массовой кристаллизации расплава, связанной с одновременным ростом, столкновением и разрушением огранки миллионов кристаллов. Другим источником внутренних напряжений является различие в коэффициентах термического расширения многочис­ ленных фазовых составляющих агломерата.

254