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

с улучшением газопроницаемости слоя спекаемой ших­ ты. В противном случае увеличение вакуума приведет лишь к росту величины вредных прососов.

Интересен характер изменения запыленности газа по длине аглоленты. В головной части ленты часть ших­ ты проваливается через колосниковую решетку, созда­ вая первый максимум запыленности. Некоторое увеличе­ ние хвостовой части ленты связано с увеличением количества просасываемых через слой газов и ликвида­ цией зоны переувлажнения шихты, служащей своеобраз­ ным фильтром, задерживающим пыль в спекаемом слое.

Удельный расход воздуха при агломерации в различ­ ных условиях колеблется от 700 до 1150 м3/т аглошихты. По японским данным, в средних условиях следует при проектировании оринтироваться на просос 90— 100 м3/мин в расчете на 1 м2 площади спекания маши­ ны [55]. На ряде фабрик, однако, эта величина уже сейчас приближается к 120 м3/(мин-м2). С ростом вели­ чины аглолент значительно возросла и мощность экс­ гаустеров. Один из самых крупных в мире эксгаустеров

ля в 8000 кВт эта машина в состоянии отсасывать до 28 000 м3/мин при разрежении в 1250 мм вод. ст. В 1971 г. на одном из заводов Японии пущен в эксплуа­ тацию эксгаустер производительностью 30 000 м3/мин (электромотор мощностью 10 500 кВт).

Общая тенденция сводится также к постепенному увеличению вакуума под колосниковой решеткой. Боль­ шинство фабрик работает сейчас с вакуумом 1000— 1200 мм вод. ст. Как видно из рис. 40 и 41, возможности повышения производительности аглолент таким спосо­ бом еще далеко не исчерпаны. Рост вакуума является неизбежным в связи с непрерывным увеличением доли тонких концентратов в аглошихте и стремлением пре­ дотвратить падение производительности лент в новых условиях. Экономически выгодно довести вакуум до 1300—1500 мм вод. ст., хотя количество просасываемого через слой воздуха при этом растет медленнее, чем вред­ ные прососы, и, что самое главное, производительность машины растет медленнее, чем расход электроэнергии на 1 т агломерата. Как указывает И. Л. Шкляряевич [57], увеличение вакуума до 1700 мм вод. ст. повышает производительность агломашины на 18% и окупается

50

Рис. 40. Зависимость между производительностью аглоустановки и вакуумом при агломерации кри­ ворожской аглоруды (по Я- П. Куликову и В. А. Сорокину [56])

боа wo 800 900 wooто поопоот о т оwooт о

Вакуум, ммбод cm.

Рис. 41. Влияние вакуума на удельную производительность агло­ установок (по С. В. Базилевичу [24]):

і — бурый железняк, минет с основной пустой породой; 2 — то же, с кислой пустой породой; 3 — концентрат ЮГОК; агломерат с основ­ ностью 1, лаб. опыты; 4 — то же, промышленные опыты; 5 —кон­ центрат обогащения керченской руды

полностью за 8 мес. работы по новому режиму. Увеличе­ ние вакуума несколько уменьшает средний размер куска агломерата за счет ускорения процесса охлаждения и кристаллизации расплава, а также из-за ускоренного охлаждения готового спека выше зоны горе­ ния твердого топлива.

При проектирова­ нии и эксплуатации аг­ ломерационных лент во многих случаях на­ блюдается тенденция к увеличению высоты спекаемого слоя или по меньшей мере к под­ держанию этой высоты на постоянном уровне, несмотря на непрерыв­ ный рост доли концен­ трата в аглошихте. Высокий слой шихты на агломашине усили­ вает регенерацию теп­ ла, снижает удельный расход коксовой мело­ чи и, как следствие

этого’ повышает вертикальную скорость спе-

кания и производитель-

НОСТЬ ЛеНТЫ.

ОдНаКО ОДНОВре-

менно резко возраста­ ют газодинамическое сопротивление слоя проходу газов и вред­

ные прососы, вакуум и расход электроэнергии. Несколь­ ко повысить слой спекаемой шихты можно, усиливая окомкование шихты. На действующих фабриках, где на­ личие вполне определенных видов смесительного и окомковательного оборудования в какой-то степени предоп­ ределяет газопроницаемость шихты данного типа, целе­ сообразно использовать специально разработанную для таких условий методику спекания высокого слоя с отду­ шинами.

52

Технология спекания с отдушинами в слое была изо­ бретена С. Диком (германский патент, кл. 18а, 1/08, № 629655, 24 ноября 1934 г.) и предусматривала созда­ ние в слое системы вертикальных каналов — отдушин, облегчающих проход газов. Отдушины формуются перед зажигательным горном с помощью системы зубчатых колес или периодически опускаемых на шихту борон (рис. 42). Изобретатель предусмотрел также возмож­ ность получения «обратных» отдушин, изготавливаемых

спомощью специальных

формовать отдушины с помощью системы пик, опускае­ мых на слой сверху. Отдушины, если их частота, шири­ на и глубина удачно подобраны, улучшают газопроница­ емость слоя в целом. Кроме того, при зажигании обра­ зуется зона горения сложной формы, суммарная пло­ щадь которой намного превышает площадь обычной плоской зоны горения (рис. 43). Кроме вертикальной скорости спекания на поверхности отдушин, следует учи­ тывать еще и горизонтальную скорость спекания, так как зона горения здесь движется не только вниз, но и вбок. Все это увеличивает количество углерода, сгорающего в зоне горения в единицу времени, увеличивая произво­ дительность установки. С другой стороны, работа с вы­ соким слоем дает возможность снизить расход твердого топлива, что дополнительно увеличивает производитель­ ность.

В 1965 г. на заводе Гросс Ильседе (ФРГ) продоль­ ные борозды глубиной до 15 см (см. рис. 43) формовали

53

на ленте 210 м2 перед зажигательным горном с помощью плуга. Отдушины позволили повысить слой спекаемой шихты с 320 до 450 мм, понизить расход твердого топли­ ва и увеличить производительность машины на 20% без ухудшения качества агломерата. В 1967 г. такая тех­ нология была опробована в лабораториях Московского института стали и сплавов. При высоте слоя в 300 мм и глубине отдушин в 100 мм прирост производительности составил 5%.

С. Дик предложил другой вариант использования от­ душин, считая, что пустые отдушины, особенно большой высоты, могут явиться каналами для прохода большой массы воздуха и это резко ухудшит показатели спекания и приведет к гнездовому недопеку. По этой причине он предложил заполнять отдушины коксовой мелочью, го­ рению которой будет способствовать усиленный ток воз­ духа. В таком виде предложение не проверялось на опы­ те. В 1965 Й. П. Семик (авторское свидетельство СССР, кл. 18 а, 1/18 JVe 206594, 29 марта 1965 г.) предложил соз­ дать в шихте вертикальные прослойки из материалов с повышенной газопроницаемостью, заполняя борозды возвратом или смесью известняка с коксовой мелочью. Проведенные им опыты в лаборатории института ДонНИИЧМ дали значительный эффект. Оптимальная кон­ струкция питателя шихты предложена работниками Московского института стали и сплавов (авторское свидетельство СССР, кл. 18а, 1/10, № 250165, 29 июня 1966 г.), которая позволяет периодически укладывать в спекаемый слой наклонные прослойки из относительно крупных компонентов шихты.

Так как скорость спекания при нормальном и повы­ шенном расходах топлива определяется скоростью горе­ ния углерода, ускорение процесса агломерации при по­ стоянном качестве шихты может быть достигнуто мето­ дом спекания под давлением. В 1929 г. В. В. Лизунов предложил подавать на аглоленты горячий воздух под давлением и провел лабораторные опыты, в ходе кото­ рых давление над слоем спекаемой шихты доводилось до 250—300 мм вод. ст. при температуре воздуха в 500° С. В 1935—1936 гг. инженер Вересотский осуществил на чашевой установке завода «Азовсталь», а в 1940 г. на аглочаше площадью 6 м2 завода им. Дзержинского агло­ мерацию при избыточном давлении воздуха над слоем до 0,6 ат. На заводе им. Дзержинского было проведено

54

134 спекания, каждое из которых давало около 7 т аг­ ломерата. При агломерации шихты из 70% колошнико­ вой пыли, 10% криворожской руды и 20% возврата вер­ тикальная скорость спекания составила 33 мм/мин, а производительность достигала 2,9—3,1 т/(м2-ч), т. е. бы­ ла вдвое выше обычной производительности аглолент на такой шихте. Расход воздуха составил 40 нм3/т агломе­ рата.

В 1966 г. И. С. Гохман, А. Г. Михалевич, О. Д. Буна­

повысить давление над спекаемым слоем до 0,75—5 ат. При этом вертикальная скорость спекания достигала 50— 150 мм/мин, а продолжительность агломерации слоя

кл. 107, 112, № 32332, 18 февраля 1967 г.) патентовала технологию спекания слоя высотой в 300 мм под избы­ точным давлением до 1 ат над шихтой, состоящей из тон­ ких концентратов.

Преимущества технологии спекания под давлением бесспорны. Отпадает надобность в эксгаустере, при при­ близительно постоянном качестве продукта в огромных масштабах возрастает производительность агломашины. В приципе возможны два различных подхода к рассмат­ риваемой проблеме. Первый из них состоит в том, что, почти не меняя давления под спекаемым слоем, повыша­ ют давление над слоем, т. е. увеличивают перепад дав­ лений в слое. В соответствии с уже упоминавшейся выше формулой Л. К- Рамзина

п f 7

Г = V —

V Ah

значительное увеличение Ар позволяет резко увеличить количество воздуха (W), пропускаемого через слой в единицу времени.

Другой подход заключается в сохранении перепада давлений в слое на приблизительно постоянном уровне при одновременном повышении давления над спекаемым слоем (с помощью компрессора) и под слоем (с помо­ щью дроссельной группы, установленной в газоотводе, как это делается в доменных цехах). По этому варианту

55

объем воздуха, пропускаемого через слой, сохраняется постоянным, но вследствие повышения плотности возду­ ха резко увеличивается весовое количество продуваемо­ го воздуха.

Наконец, возможен и комбинированный вариант с увеличением перепада давлений в слое и абсолютного давления над и под спекаемым слоем. Этот вариант, вероятно, является оптимальным. В табл. 4 показано влияние абсолютного давления и перепада давлений на производительность чашевой аглоустановки при спека­ нии металлизованного агломерата из оленегорского магнетитового концентрата [60].

Т а б л и ц а 4

Влияние давления и перепада давлений на показатели агломерации при спекании металлизованного агломерата [60]

дает увеличение вертикальной скорости спекания в 2,8 раза. Очевидна перспективность новой технологии, од­ нако до настоящего времени не удавалось создать агло­ машину для спекания под давлением. На рис. 44 пред­ ставлена возможная схема машины такого типа. Вся машина заключена в герметичный кожух. Загрузка ших­ ты на машину и выгрузка готового агломерата осуще­ ствляется через системы конусов и воронок (или через систему клапанов). В зоне высокого давления распола­ гаются бункер шихты, барабанный питатель и зажига­ тельный горн. Предполагается, что машина будет рабо­ тать без эксгаустера, имея давление газов 0,2—0,3 ат под спекаемым слоем и до_3 ат над ним. Машина снаб­ жена специальным уплотнением {авторское свидетельст­ во СССР, кл. 18а, 1/18, № 280500, 23 апреля 1969 г.) из эластичных лент, движущихся со скоростью паллет и плотно прикрывающих стык паллета — камера отвода

56

газов. Агломерация под давлением— это новинка, кото­ рой, без сомнения, принадлежит будущее в технологии спекания руд и концентратов.

Интенсификация спекания может быть осуществлена также путем обогащения воздуха кислородом. И в этом случае при постоянном объеме воздуха оказывается

Агломерат на дробилку, \ грохот и охладитель

Рис. 44. Агломерационная лента для агломерации под давлением [61]:

/ — приемная воронка; 2 — верхний конус загрузочного устройства; 3 — межко­ нусное пространство; 4 — нижний конус загрузочного устройства; 5 — герметич­ ный кожух машины; 6 — барабанный питатель; 7— зажигательный горн; 8 — го­ релки дополнительного обогрева спекаемого слоя; 9 — ввод сжатого воздуха в рабочее пространство кожуха машины; 10 — паллеты; 11 — камеры для отвода продуктов горения твердого топлива; 12 — сборный газоотвод продуктов горе­ ния; 13 — приводные звездочки агломерационной машины; 14 — верхний конус устройства для выдачи агломерата; 15— нижний конус устройства для выдачи агломерата; 16 — межконусное пространство; 17— регулировочные дроссели на патрубках камер отвода продуктов горения; 18— бункер шихты над машиной

возможным пропустить через спекаемый слой больше кислорода по массе в единицу времени. Более подробно технология спекания под воздухом, обогащенном кисло­ родом, будет рассмотрена ниже в разделе, посвященном горению твердого топлива.

Значительные успехи достигнуты в последние годы и в области автоматического контроля и регулирования

57

газодинамических характеристик агломерационного процесса. В производственных условиях влажность ших­ ты колеблется в широких пределах из-за изменений дав­ ления воды в водопроводе, изменений массы аглошихты, проходящей через барабан-окомкователь в единицу вре­ мени и по многим другим причинам. Кроме того, посто­ янно меняется минералогический и гранулометрический составы сырья, а вместе с ними и величина оптимальной влажности шихты, соответствующей максимальной ее газопроницаемости. Автоматическая система должна поэтому не только с большой частотой определять абсо­ лютную влажность шихты, но должна также с помощью электронного оптимизатора искать новое значение опти­ мальной влажности, характерное для спекаемой в дан­ ный момент шихты.

Влажность шихты может быть определена по ее элек­ тросопротивлению на ленте или в бункере шихты [62], а также с помощью нейтронного влагомера с у-коррек- тором, учитывающим плотность аглошихты [63] и обес­ печивающего точность замера влажности до ±0,5% [64] . По предложениям Б. Вейландта, Н. Петруша (па­

№ 1169471, 30 июня 1962 г.) влажность аглошихты мож­ но определять по влажности и количеству отходящих га­ зов. Вредные подсосы не влияют на точность метода, так как, меняя количество отходящих газов, они одно­ временно в той же пропорции меняют их влажность. А. А. Волков предложил и опробовал в промышленных условиях метод бесконтактного определения электро­ проводности спекаемой шихты по величине вихревых токов Фуко, возникающих в слое под действием первич­ ного магнитного поля катушки, подвешенной над слоем. С увеличением толщины слоя готового агломерата его электропроводность падает. Разность показаний двух датчиков такого типа, установленных над лентой на не­ котором расстоянии друг от друга, позволяет определить фактический прирост толщины слоя готового агломера­ та, т. е. вертикальную скорость спекания. Зная скорость спекания, можно регулировать влажность шихты.

Подбор оптимальной влажности шихты возможен при одновременном замере вакуума на машине или путем прямых замеров газопроницаемости шихты в бункере [65] .

58

Оригинальный метод непрерывного замера газопро­ ницаемости шихты предложен Н. 3. Плоткиным [66]; в слой шихты с торца аглоленты вводят измерительные трубки ^(рис. 45), показания которых сравниваются с ве­ личиной вакуума в первой вакуум-камере. О газопрони-

о — кривые изменения разности давлений в слое и в первой вакуум-камере

цаемости судят по величине перепада давлений, измеряемого дифференциальным манометром.

В заключение упомянем метод регулирования хода процесса спекания, предложенный в 1962 г. А. Франкау (патент ФРГ, кл. 31а, 21/06, № 1143334, 3 апреля 1962 г.). Фиксируя с помощью термопар положение максимума температур отходящих газов по длине ленты, регулиру­ ют режим спекания не скоростью движения паллет, как это делается обычно, а числом оборотов ротора эксгаус­ тера. В частности, при перемещении максимума темпе­ ратур отходящих газов в сторону головной части маши­ ны (по отношению к заранее заданному положению на длине ленты) автоматическая система увеличивает чис­ ло оборотов ротора эксгаустера. Метод позволяет регу­ лировать ход процесса агломерации даже на мишинах устаревших конструкций, работающих с постоянной ско­ ростью движения паллет.

59