Спосіб підготовки шихти

МКИ: 6 С 22 В 1/00 СПОСІБ ПІДГОТОВКИ ШИХТИ Винахід призначен для підвищення якості підготовки шихти. Його можна вико ристовувати в металургійній, гірничорудній, харчовій та інших галузях, де необхідно огрудкування сипких матеріалів і визначення порожності їхнього шару. Відом спосіб підготовки агломераційної шихти до спекания з попереднім змішуванням палива з вапняком фракції 0,2-0,5 мм в кількості 5-20% від загального вмісту його в шихті [1]. Змішування твердого палива та дрібної фракції вапняка виробляють у змішувальному барабані та в дробарці, де здрібнюють паливо Після цього здрібнене до необхідної крупності, "опудрене" дрібною фракцією вапняка паливо змішують з іншими компонентами агломераційної шихти та великими фракціями вапняка (0,5-3,0 мм), здійснюючи при цьому тонке регулювання модуля основності агломерату кількістю останнього, зволожують до оптимальної вологості та виробляють огрудкування. У відомому способі паливо розташовується всередині гранул у результаті покращення змочування вапняком, що погіршує його розподіл по висоті шару шихти за рахунок сегрегації. Не враховують вплив на гранулометричний склад огрудкованої шихти інших фракцій. Труднощі при відсіві дрібної фракції вологого вапняка. Значне ускладнення технології при малому підвищенні продуктивності агломашини (1Відом спосіб отримання агломерату з високодисперсних матеріалів з попереднім розсівом повернення і/або аглоруди на фракції -3 мм і +3 мм, здрібненням фракцій +3 мм до крупності - 3 мм, зволоженням з застосуванням поверхнево-активних речовин, з наступним дозуванням у шихту, яку після цього змішують, зволожують і огрудковують, прийнятий за прототип [2]. У відомому способі крупність здрібнення повернення і/або аглоруди не конт ролюють і одержують гранулометричний склад вхідної шихти без врахування оптимальних співвідношень окремих фракцій та максимальної порожності шару огрудкованої шихти. У зв'язку з тим, що прототип заснован на експериментальних даних, які застосовані тільки в цих вузьких межах, то неможливо управляти гранулометричним складом і вологостю шихти з метою отримання оптимальних умов огрудкування. У результаті чого знижується продуктивність агломераційного процесу та підвищується витрата палива Крім того, необхідно дробіння повернення і/або аглоруди до необхідної фракції з відповідними додатковими капітальними витратами та затратами на експлуатацію відділення дробіння. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб підготовки шихти, в якому уведення нових дій дозволить отримати оптимальні гранулометричний склад і порожність шару огрудкованої шихти при мінімальній її вологості по оптимальному співвідношенню кількостей грудкуємих і грудкуючих частинок, що забезпечить підвищення продуктивності агломераційного процесу і знизить витрату палива. Для рішення поставленої задачі у способі підготовки шихти, який містить розсів повернення і/або аглоруди, змішування, зволоження й огрудкування, який відрізняється тим, що заздалегідь визначають оптимальний гранулометричний склад вхідної шихти по співвідношенню кількостей центрів огрудкування та накочуємих частинок, забезпечуюючих максимальне значення порожності шару огрудкованої шихги на виході з огрудкувача при мінімальній її вологості, та при відхиленні вхідного гранулометричного складу шихти після її розсіву від оптимального, здійснюють його корегування доданням фракцій повернення і/або аглоруди, які збережуть максимальне значення порожності шару поточної шихти. При цьому, для визначення порожності шихти її шар, який складається з розміщених у просторі кулястих гранул різних діаметрів і пустот, розбивають на піраміди з розміщенням гранул у отримані пустоти, та після цього обчислюють порожність у відповідності з вираженням , (1) Vn j =1 J m де Ке - коефіцієнт, що враховує фізико-механічні властивості шихти; 2 Vnip загальний т об'єм пірамід Vn - загальний об'єм пустот у шарі; у шарі. J У пропонуємому способі підготовки шихти попереднє визначення оптимального гранулометричного складу вхідної шихти по співвідношенню кількостей центрів огрудкування та накочуємих частинок забезпечить максимальне значення порожності шару огрудкованої шихти на виході з огрудкувача при мінімальній її вологості, відхилення вхідного гранулометричного складу шихти після її розсіву від оптимального корегують доданням фракцій повернення і/або аглоруди, що збережуть максимальне значення порожності шару поточної шихти. Порожність шару шихти5 який складається з розміщених у просторі кулястих гранул різних діаметрів і пустот і розкладеного на піраміди з розміщенням гранул у пустотах отриманих пірамід, визначають по вираженню (1). Запропонований спосіб дозволяє значно підвищити якість огрудкування, газопроникність і, отже, висоту зпекаємого шару шихти за рахунок управління по збуренню технологічних параметрів на вході в огрудкувач при різному складі шихти. При цьому знизиться витрата палива, підвищиться якість агломерату та продуктивність агломашини. Суттєвість способу підготовки шихти до спекания пояснюється кресленнями, фіг. 1 - Структурна схема підготовки шихти; фіг, 2 - Характеристики розподілу масового гранулометричного складу шихти; фіг 3 - Характеристики розподілу кількісного гранулометричного складу шихти, фіг. 4 - Характеристики змін вмісту грудкуємих частинок шихти в процесі огрудкування; фіг. 5 - Укладка кулястих гранул у сферообразне тіло. Структурна схема підготовки шихти (фіг. 1) включає грохоти 1, бункера 2, живителі З, засоби вимірів 43 керуючу обчислювальну машину 5, барабан-огрудкувач 6, регулятор витрати води 7, конвейєр 8 і установку для зволоження шихти 9. Суттєвість винаходу полягає у наступному. У процесі зволоження і огрудкування шихти дрібні частинки (грудкуємі) накочуються в основному на великі фракції (грудкуючі) повернення і/або аглоруди. Від крупносгі та кількості центрів огрудкування та накочуємих частинок залежить якість огрудкування та газопроникність зпекаємого шару. Повернення і/або аглоруду, що надходять у відділення дозування та які мають крупність до 10 мм, розсіюють грохотами 1 (фіг 1) на фракції, які подають у відповідні бункери 2. На вході у барабан-огрудкувач 8 (БО) контролюють гранулометричний склад і вологість шихти, яку заздалегідь сформували по хімскладу. Контроль гранулометричного складу та вологості здійснюють або в потоці, або періодично за допомогою засобів вимірів 4. Зміряні технологічні параметри вводять у керуючу обчислювальну машину 5 для визначення оптимальних вологості та гранулометричного складу шихти, згідно математичній моделі, що забезпечує максимальні значення порожності є та висоти зпекаємого шару Яш при мінімальній вологості W на виході з БО. При відхиленні поточного гранулометричного складу шихти на вході в БО від оптимального складу живитель 3 дозує фракцію, що не вистачає в шихті, відповідною фракцією повернення і/або аглоруди. Отриману шихту конвейєром 7 подають у БО. Розраховану оптимальну вологість шихти підгримують регулятором витрати води 6, яка надходить у БО через установку для зволоження шихти 9. Оптимальний гранулометричний склад шихти та порожність її шару можна визначити, в частковості, за допомогою математичної динамічної моделі (МДМ) процесу огрудкування з визначенням порожності шару, призначеної для визначення фізико-механічних характеристик шихти в динаміці по довжині БО та пошуку оптимальних параметрів процесу огрудкування. Вона включає: 1) опис розподілу масового гранулометричного складу (МГС) шихти, що надхо дить на вхід БО; ' , І 2) МДМ процесу огрудкування; 3) математичну модель визначення порожності шару. Для алпроксимації вхідного МГС багатокомпонентних шихт використано насі тупне вираження Л т W\~e І { ______ w IIP) ft І—О де m=D/Do - відношення діаметру частинок (для сухої шихти) або гранул (дня огрудкованої шихти) до діаметру найбільшої з них частинки або гранули, відповідно, долі; , ; К^ K2, -, Кг - емпіричні коефіцієнти, що визначаються в результаті аппроксимаf ції вхідних технологічних даних процесу огрудкування. ' Значення коефіцієнтів вираження (2) для кожної шихти визначають на ЕОМ з урахуванням наступних умов: 1) сумарна площа під характеристикою розподілу гранулометричного складу шихти рівна І, 2) площа під характеристикою розподілу на інтервалі від Д_і до Д рівна масовій долі матеріалу, що залишився на ситі з номером Д_ь 3) погрішність аппроксимації характеристики розподілу по даним експерименту не повинна перевищувати допустимої. Приклад аппроксимації характеристик розподілу масового гранулометричного складу шихти вираженням (2) представлен на фіг. 2. Кількісний гранулометричний склад (КГС) знаходять по вираженням N ІКРЖ J (4) I=0 де Nj - кількість частинок або гранул і-го діаметру, які приходяться на одну більшу; * iVo і [MQ] - кількість і масова доля частинок або гранул самого великого діаметру. На фіг.З представлени характеристики розподілу КГС шихти для відповідного МГС (див. фіг.2). При моделюванні процесу огрудкування для кожного перерізу БО визначають МГС [MJ і КГС [NJ, еквівалентний діаметр грудок D& уявну щільність р у. вологість шихти W\ витрати води GB та зволожуємої шихти Ош; об'єми накочуємих частинок і гранул ьго діаметру вологої шихти і їх загальний об'єм. Порожність є шару шихти визначають на виході з БО. Інтенсивність огрудкування залежить від швидкості подачі грудкуємих частинок до поверхні центрів огрудкування шихти. Отримане рівняння швидкості подачі частинок, в якому враховані час перебування шихти в БО, вологість і еквівалентний діаметр шихти, об'єми накочуємих частинок і центрів гранул у процесі огрудкуван яя: W(x,L) 1=0 (5) V де &г - функція розподілу масової долі грудкуємих частинок, накатаних за час dx; т Л - відповідно, поточний і загальний час огрудкування, с; і Wm{x,L) - об'єм шихти на час %, м3, і=0 Уп - загальний об'єм грудкуємих частинок, м ; Къ ..., Кь - емпіричні коефіцієнти, отримані в результаті досліджень. Коефіцієнт КІ служить для настройки швидкості накочування частинок по еквівалентному діаметру грудок шихти на виході з БО. Приклади розподілу масових долей грудкуємих частинок по довжині БО у процесі огрудкування по вираженню (5) предсташіени на фіг.4. Об'єм грудкуємих частинок, накатаних за час ch, Fr(t,I)=J>r Vto(dx/x). (б) Математична модель визначення порожності шару призначена для пошуку порожності шару сипкого матеріалу на основі упаковки сферообразних гранул з різними діаметрами в просторі. У відповідності з характеристикою розподілу КГС шихти створюють масив кількості гранул кожного діаметру. З отриманого масиву випадковим образом вибирають гранули та водночас визначають їх кількість, що залишилась. Укладку гранул здійснюють у сферообразне тіло навколо самої великої з них у тримірній системі координат по шарам (фіг. 5). Сформований шар розбивають на піраміди, верхівки яких є центрами самої великої гранули та трьох гранул, що лежать на її поверхні. Дня отримання більш щільної укладки в пустоти отриманих пірамід вписують гранули. Після цього розраховують еквівалентний діаметр шару Dm і приймають його за вхідний. По аналогії заповнюють наступний шар. Укладку здійснюють до того часу, доти гранули в масиві не будуть вибрані повністю. Порожність шару шихти на виході з БО визначають по формулі (1). Приклад. Повернення і/або аглоруду, що надходять у відділення дозування і які мають крупність до 10 мм, розсіюють грохотами 1 (фіг.1) на фракції 0-1,6 мм; 1,63,0 мм; 3,0-5,0 мм; +5,0 мм. Кожну фракцію подають в відповідний бункер 2. Така крупність фракцій зумовлена результатами досліджень, наведеними в табл. 1. На вхід у БО 3 надходить заздалегідь сформована по хімскладу шихта, гранулометричний склад і вологість якої контролюють або в потоці, або періодично за допомогою засобів вимірів 4. Вологість вхідної шихти складає 6,1% і її грануломет 8 Таблиця 1 Вид ШИХТЕ 1 Воло- Розсів шихти гість Wt% 0-1,6 1,6-3 мм мм [MJ, % 3-5 +5 мм MM є, Яд,, мм % Співвідношення Уо мм 4,67 25,61 27,48 1,04 23,48 6,1 42,24 18,67 29,61 9,48 1,03 40,88 7,5 12,82 4,55 43,51 39,12 2,17 23,56 270 Огр. опт. (W) 7,7 13,04 10,63 27,12 49,22 2,48 25,50 308 Огр. опт. ({MJ) 7,7 0,89 12,60 36,79 49,73 3,57 29,57 440 Неогрудк. 6,4 39,88 2,51 37,82 19,79 0,78 1,22 Неогр. опт. ([MJ) 6,4 39,88 7,51 37,82 14,79 0,79 3,86 Огр. факт. 7,4 23,03 2,58 49,11 25,28 3,12 26,02 250 Огр. опт. (W) 7,7 0,83 8,20 23,15 67,82 3,83 28,76 306 Огр. опт. ([MJ) 7,7 0,30 4,14 29,38 66,18 4,45 30,79 354 Неогрудк. 6,5 37,20 12,72 32,21 17,87 0,94 10,38 Неогр. опт, ([МД) 6,5 37,20 9572 39,21 13,87 11,12 Огр. факт. 7,0 8,06 17,74 33,87 40,33 2,65 25,57 250 Огр. опт. (W) 7,6 1,83 13,57 30,82 53,78 3,27 28,46 307 Огр. опт. ([Mj]) 7,6 0,58 5,10 31,52 62,78 4,16 30,38 390 Неогрудк. 6,9 54,88 16,26 17,48 11,38 0,83 5,58 Неогр. опт. ([MJ) 6,9 54,88 15,45 20,54 9,13 0,85 5,89 Огр. факт. 7,0 9,13 21,12 41,07 28,68 1,81 15,24 255 Огр. опт. (W) 7,9 6,25 38,33 20,77 34,65 2,51 19,42 348 Огр. опт. ([МІ]) 4 42,24 Огр. факт. 3 6,1 Неогр. om\ ([MJ) 2 Неогрудк. 7,9 5,17 39,07 24,54 31,42 2,66 20,59 368 1,00 ричний склад - фракція 0-1,6 мм - 42,24%; фракція 1,6-3,0 мм - 4,67%; фракція 3,05,0 мм - 25,61%, фракція +5,0 мм - 27,48%. При цьому, співвідношення кількостей центрів накочування ЛГЦН та грудкуємих частинок Nr4 складає 23,48% Порожність шару огрудкованої шихти при її вологості на виході з барабану 7,5% і еквівалентному діаметрі гранул 2,17 мм складає 23,56%. У цих умовах висота зпекаємого шару рівна 270 мм. Зміряні технологічні параметри вводять у керуючу обчислювальну машину 5. У результаті розрахунку за допомогою математичної моделі оптимальна вологість огрудкованої шихти склала 7,7%, еквівалентний діаметр гранул - 2Э48 мм і порожність шару підвищилася до 25,50%. Газопроникність шару аглошихти знаходять по рівнянню [3] Д (8) де % - коефіцієнт опору; h - висота шару, м; Z)e - еквівалентний діаметр гранул у шарі, м; и0 і у 0 - відповідно, умовна швидкість, м/с, і питома маса, кг/м3, газу при початковій температурі; s - порожність шару, доля; Тоі Tcv - початкова та середня температури газу в шарі, °С. На аглофабриці необхідну газопроникність одержують зміною висоти зпекаємого шару аглошихти. Підвищення порожності до оптимальної дозволить збільшити висоту зпекасмого шару. Нове значення даного параметру визначають із рівності рівнянь (8) при рівних перепадах тиску фактичного та моделюємого шарів. При цьому, припускають, що початкова та середня температури газу; умовна швидкість і питома маса при початковій температурі для фактичної висоти зпекаємого шару рівни відповідним параметрам при оптимальній висоті шару. Тоді в результаті перетворень опт j "ф Висота зпекаємого шару підвищиться до 308 мм. У результаті оптимізації гранулометричного складу вхідної шихти по співвідно 10 шенню кількостей центрів накочування та грудкуємих частинок після розсіву фракція 0-1,6 мм складає 42,24%; фракція 1,6-3,0 мм - 18,67%; фракція 3,0-5,0 мм 29,61%; фракція +5,0 мм - 9,48%, а означене співвідношення - 40,88% (див. табл.1, шихта №1, рядок Неогр. опт. ([MJ)). При цьому, для огрудкованої шихти фракція 01,6 мм після розсіву складе 0,89%; фракція 1,6-3,0 мм -12,60%; фракція 3,0-5,0 мм 36,79%; фракція +5,0 мм - 49,73%; еквівалентний діаметр дорівнює 3,57 мм і по рожність її шару - 29,57% (див. табл.1, шихта №1, рядок Огр. опт. ([MJ)). Висота зпекаємого шару при даних умовах збільшиться до 440 мм замість 270 мм. ( Отриману шихту конвейєром 7 подають у БО. При відхиленні поточного гранулометричного складу шихти на вході в БО від оптимального живителем 6 дозують невистачаєму фракцію в шихті відповідною фракцією повернення і/або аглоруди. Дозування здійснюють так, щоб кількість шихти, що завантажується в БО, була постійною 0і= 450 т/ч. і Оптимальна витрата кожної фракції в шихті, яка завантажується в БО, дорівнює 6E де [Afj ] - оптимальний масовий 100%, т/ч. (10) вміст фракцій в неогрудкованій (вхідній) ШИХТІ5%, опт Є 0-1,6 им потоп r^orm Уз-5 мм Уі&-3 мм 190,08 84,015 133,245 j-лопт fcf+5 мм 42,66 450 і 1 За ведучу приймають фракцію, у якої мінімальне відношення [ Af?"" ] I [MJ: 0-1,6 мм 1,6-3 мм 1,00 4,00 Таким чином, ведуча - фракція +5 мм. 3-5 мм +5 мм 1,16 0,34 Нову витрату шихти визначають по ведучій фракції +5 мм, при якій її витрата в шихті дорівнює оптимальній Q+s ^ = и и « ллл j і /""І "І Л Додаток фракцій повернення і/або аглоруди, що не вистачають, з бункерів 2 на конвейєр 7 складе бш Д£?0-1,бмм 155,24 124,51 76,77 93,49 0 450 Розраховану оптимальну вологість шихти підтримують регулятором витрати води 8, що надходить у БО через установку для зволоження шихти 9. Корегування для інших шихт здійснюють аналогічно. Таким чином, запропонований спосіб дозволить значно підвищити якість огрудкування, газопроникність і висоту зпекаємого шару шихти за рахунок управління по обуренню технологічних параметрів на вході в огрудкувач при різному складі шихти. При цьому знизиться витрата палива^ підвищиться якість агломерату та продуктивність агломашини. 12 Спосіб підготовки шихти ФІГ.1 Цифри у кривих -масова вологість аглошихтн на викоді 4 6 Діаметр Д, мм о И з 8 а. «а Фіг.2 2 докт. техн. наук, професор Тарасов Автори 1,2 0.9 0,6 0,3 В.П. Сирота В.І. Кривенко О.В. Крівенко С.В. 13 Спосіб підготовки шихти V) Ij 6 1 іі OK. 5, 0% Jf L. J Цифри у крива: -масова вологісї аглошихти на в иході зБО,% 8. 0, 4 j Л J •--— ^^^ 34% 8 Діаметр Д мм Фіг. З 1 0,032 Ц 0,024 0,016 0,008 0 D 11[ Ч і і / ____ j __________ Ци^фи у кривих .__bv_bJ__ І_2 __ ------масова вологість аглошихти на виході з БО,% ^ 6^3% і------- 0,6 0,2 0,4 ----- Ф Автори іг. 4 докт. техн. наук, професор Тарасов В.П. [ Сирота В. І. Кривенко О.В. Крівенко С В. 14 Спосіб підготовки шихти Вписана гранула Центральна гранула ФІГ. 5 Автори докт. техн. наук, професор Тарасов В.П. Сирота В.І. Кривенко О. В. Крівенко С.В. Список літератури. 1. А. С. №789611 (СССР). Способ подготовки агломерационной шихты к спека нию. Авторы Крыленко В.И., Белоконь С М., Зенькович А.Л., Зубко В.Ф., Кормышев В.В. Предъявлено 03.05.76, опубл. 23.12.80, Бюл. №47. 2. А. С. №1373736 (СССР). Способ получения агломерата из высокодисперсных материалов. Авторы Амбросимов Б.В., Дубов Р.Г., Попов М.И., Латашев А.Н. Предъявлено 16.06.86, опубл. 15.02.88, Бюл. №6. 3. Федоровский Н.В., Шанидзе Д.И. Агломерация железных руд: Справочник.К.:Тэхника,1991.- 141 с.