4.6.6.2 Внешний нагрев спекаемого слоя

Целесообразность внешнего нагрева слоя шихты обусловлено тем, что при обычном спекании в верхней его части наблюдается значительный дефицит тепла. В соответствии с закономерностями теплообмена в слое (см. раздел 4.3) регенерация тепла усиливается по мере перемещения зоны горения сверху вниз к колосниковой решётке таким образом, что максимальные температуры распределяются по высоте слоя от минимальных 950-1000 ^оС до максимальных 1350-1450^оС по кривой АОВ (рис. 4.39).

Офлюсованный агломерат нормального качества получают в основном при температурах около 1300-1350^оС (на графике оптимальная температура спекания – t_а).

Ниже горизонта ОК с температурами более 1350^оС (треугольник ОDB избытка тепла) происходит излишнее переоплавление агломерата, снижение его прочности и даже полное разрушение некоторой его части в пыль вследствие полиморфного (с увеличением объёма) превращения при охлаждении перегретого высокотемпературного двухкальциевого силиката (модификация β – 2 СаО∙SiO₂), входящего в состав связки – расплавленных минералов пустой породы офлюсованного агломерата. При температурах менее 1300^оС, характерных для элементарных слоёв выше горизонта ОК, достаточно прочный агломерат невозможно получить из-за того, что при невысоких температурах заторможены процессы минералообразования и плавления, в спеке присутствуют отдельные массы неусвоенной расплавом аглошихты.

Рис. 4.39. Схема распределения максимальных температур по высоте агломерируемого слоя – линия АОВ; линия СОD – оптимальная температура спекания

Стремление устранить или снизить указанные недостатки процесса привело к созданию технологии двойного, комбинированного нагрева слоя шихты, сочетающего внешний, газовый и внутренний, от твёрдого топлива, источники тепла. Внешний нагрев должен, как минимум, устранить дефицит тепла верхней части слоя, соответствующий треугольнику АОС. При этом содержание твёрдого топлива в шихте уменьшают до такого минимального уровня, чтобы только в самой нижней части слоя получить требуемые температуры спекания (t_а). Недостаток тепла в верхней части слоя компенсируют подачей в него горячих газов, причём количество этого тепла в идеальном случае должно соответствовать повышению температуры от t_м (минимальной температуры на поверхности слоя при указанном уменьшении содержания в шихте топлива) до оптимальной температуры спекания – t_а (заштрихованный треугольник t_м СD). Применение комбинированного нагрева, как подчёркнуто вначале, позволяет экономить до 20-30 % твёрдого топлива.

Для внешнего нагрева слоя используют различные методы. При наличии избыточного вторичного газового топлива (коксового, доменного, конверторного, ферросплавного газов) воздух можно подогревать до 1000^оС в обычных регенеративных воздухонагревателях (опыт Германии) и подавать его в удлинённый горн, перекрывающий треть длины агломашины. Этой длине соответствует начальная стадия процесса спекания с недостаточной регенерацией и дефицитом тепла.

Многие годы на аглофабриках Украины и других стран достаточно эффективно использовали газогорелочные устройства внешнего нагрева слоя продуктами сжигания природного газа, примыкающие непосредственно к зажигательному горну. В удлинённых горнах температуру зажигания по ходу паллет увеличивали от 950 до 1250-1300^оС, а затем в зоне внешнего нагрева температуру поддерживали в диапазоне 900-1000^оС. Воздух горения с температурой 300-500^оС подавали в устройство нагрева от охладителей агломерата или использовали обогащённый кислородом воздух. При этом минимальная экономия твёрдого топлива достигала 9,8%, а газообразного 22%.

В связи с дефицитом и резким удорожанием природного газа в начале ХХI века внешний нагрев на аглофабриках Украины не используется, а соответствующие устройства на альтернативном топливе пока не созданы. Вообще, интерес к проблеме внешнего нагрева значительно снижен, в частности из-за того, что в перспективных проектах новых аглофабрик отечественных предприятий предусмотрено высокослойное (500-600 мм) спекание. Такое спекание выравнивает температурно-тепловые условия для преобладающей части слоя и потому ослабляет необходимость внешнего газового нагрева, хотя и не исключает полностью его целесообразность.