Спосіб отримання офлюсованого агломерату

Винахід відноситься до підготовки сировини для металургійного виробництва і спрямований на зниження викидів оксидів сірки в агломераційному виробництві. Відомий спосіб отримання офлюсованого агломерату при агломерації за рахунок двошарового укладання агломеруємої шихти, за умови, що тільки нижній шар шихти за рахунок вапняного ліжка має основність 3-4 [2]. Даний спосіб характеризується перевитратою флюсуючи х добавок до шихти, крім цього [1], технічно складно реалізувати двошарове укладання шихти . Найближчим по технічній сутності і досягаємому результату є спосіб отримання офлюсованого агломерату (а. с. 692875 СРСР С22D1/16), що включає завантаження ліжка і шихти, запалення шихти і просмоктування крізь шихту повітря, відмінний тим, що з метою зменшення викидів SO2 на ліжко перед завантаженням шихти укладається карбонатний флюс крупністю 1-5мм, в кількості 50-100% від флюсу, що вводиться до ши хти. Характерне для даного способу спікання збідніння флюсуючою добавкою основної частини шихти знижує міцність одержуваного агломерату [1]. Крім цього розрахунки показують, що використання двошарової шихти з таким гранулометричним складом флюсів не може повністю запобігти викидам SO2. В основу винаходу покладена задача удосконалення способу отримання офлюсованого агломерату, в якому за рахунок змін умов здійснення дій забезпечується повнота поглинання SO2 вапняним флюсом, що дозволить знизити викиди SO2 до навколишнього середовища. Для вирішення поставленої задачі в способі отримання офлюсованого агломерату шляхом спікання шихти за рахунок тепла, що виділяється при спаленні твердого палива в струмені засмоктуваного в шар повітря у присутності вапняного флюсу, відповідно до винаходу застосовують вапняні флюси з характерним гранулометричним складом 0,5-2мм. Запропоноване технічне рішення обґрунтовано топохімічним характером горіння палива і поглинання шматками вапна. Визначимо кількість SO2, що переходить в агломераційний газ, як різницю між утворенням його в зоні горіння і поглинанням вапном в шихтовій зоні спікаємого шару SО2=SО 2об -SО2св (1) Кількість окису сірки що утворюється, з урахуванням стехіометричного коефіцієнта, визначимо як SO 2 об = 2C * S% (2) де C - кількість згорілого вуглецю; S% - вміст сірки в паливі. Прийом допущення про те, що частинки вапна і палива, що входять до складу агломераційної шихти, мають сферичну форму. Тоді, з урахуванням виразу кількість SO2, що утвориться за час dt , буде дорівнювати 2 FA h r Ш C % k Г С О 2 S 2% dSO 2 = dt 10 4 rT r T (3) де, FA - площа агломеруємого шару; h - висота зони горіння; r Ш - насипна густина шихти; С% - процентний C вміст вуглецю в ши хті; S% - процентний вміст сірки в паливі; O2 - концентрація кисню в зоні горіння; k г константа швидкості горіння палива; rт і r T відповідно радіус і густина шматка палива. Згідно закону діючих мас за час dt з одним шматком вапна прореагує кількість SO2 рівна: ( ) dSO 2 = 4p r 2 k C SO 2 - C * SO 2 dt (4) C C * SO 2 де r - радіус фронту реакції взаємодії; SO 2 і , відповідно, концентрація SO2 в зоні реакції і k - константа швидкості топохімічної реакції або швидкість рівноважна концентрація SO2 для даної реакції; просування фронту горіння углиб шматка палива. Враховуючи, що кількість шматків вапна в не спеченому шарі ши хти дорівнює 3F H r * СаО% N= A Ш Ш 3 100 * 4 pr0 r CaO (5) FA - площа агломеруємого шару; Hш - висота не спеченого шару ши хти; r СаО - густина вапна; к - радіус де фронту топохімічної реакції; СаО% - процентний вміст вапна в агломераційній шихті. З урахуванням даного виразу кількість SO2, зв'язуваного вапном в шихтовій зоні аглошару буде дорівнювати dSO 2 = ( ) 3FA HШ r Ш * СаО %r 2 k CSO 2 - C * SO 2 dt 3 100 * r0 r CaO (6) Підставивши в рівняння (2) вирази (4) і (7) отримаємо вираз для розрахунку кількості SO2, що переходить в димові гази протягом проміжку часу dt æ 2hC% kГ СО 2 S % ö ç ÷ ç ÷ 100rTr T F r ÷ dt dSO 2 = A Ш ç 100 ç 3HШ СаО% r 2k CSO 2 - C * SO 2 ÷ ç÷ 3 ç ÷ r0 r CaO è ø (7) Приймемо припущення про те, що радіус фронту взаємодії SO2 з вапном у всіх шматках шару шихти постійний по висоті шихтової зони, але змінюється з часом. Якщо врахува ти, що кількість вапна, яка на одному шматку флюсу за час dt в результаті взаємодії з SO2 в сульфат кальцію перетворюється кількість вапна рівна ( ) d(CaO) = 4pr 2 rCaO dr (8) тоді прирівнюючи праві частини рівнянь (5) і (11) при відповідному стехіометричному коефіцієнті і вирішуючи отриманий вираз щодо dr , отримаємо dr = ( 1 75k C SO 2 - C * SO2 , r CaO ) dt (9) Прийнявши допущення про постійність концентрації SO2 протягом проміжку часу D t і вводячи позначення 1 75k C SO 2 - C * SO 2 , n= r CaO (10) в результаті інтеграції рівняння (12) матимемо r = r0 - nt (11) ( ) де r0 - початковий радіус частинки вапна, t - час процесу. Концентрацію SО2 в шихтовому шарі визначимо як відношення кількості SO2, що утворилося за час dt , до кількості повітря, що пройшло крізь агломераційний шар за цей ж проміжок часу. Тоді з ура хуванням виразу (3), концентрація окису сірки в ши хтовой зоні буде дорівнювати 2h r Ш С %k Г С О 2 S 2% C SO = 2 10 4 rT r T w ф де wф - швидкість фільтрації шару повітрям. При сумісному вирішенні приведених рівнянь можна встановити чисельну залежність кількості SO2 в агломераційних газах від розміру частинок палива і вапна, згідно якої при прийнятому в агломераційному процесі фракційному складі палива d =1-2мм, при основності 1,4 розмір частинок вапна, забезпечуючий зниження питомого викиду SО2 в агломераційному процесі до рівня міжнародних норм 1-1,5кг/т годного агломерату, розмір частинок вапна або вапняку в агломераційній шихті повинен бути рівний менше 2мм. У разі перевищення частинок розміру вапняного флюсу, за рахунок зменшення реакційної поверхні буде порушений баланс між окисом сірки, що утворюється, й кількістю окису сірки яка може бути зв'язана вапном. В загальному випадку розмір часток вапна для скорочення викидів окису сірки в агломераційному процесі повинен зменшуватися пропорційно зменшенню розміру частинок твердого палива. За нижню межу крупності часток вапняного флюсу слід прийняти критичну для умов агломерації межу спікаємих частинок 0,5мм [1]. Частинки більш дрібної фракції, видувані в нижні горизонти спікаємого шару погіршують його газопроникність. Прикладом конкретного виконання запропонованого технічного рішення може бути реалізація його на будьякій агломераційній фабриці і, зокрема, на агломераційній фабриці «ММК ім. Ілліча». Тут питомі викиди SО2 досягають 3,18кг на тонну агломерату [3], що удвічі перевищує сві товий стандарт на викиди SO2 в агломераційному виробництві. Для реалізації запропонованого способу отримання офлюсованого агломерату в умовах «ММК ім. Ілліча» вапно, одержуване у вапняному цеху комбінату, необхідно піддавати подрібненню в молоткастих дробарках агломераційної фабрики до більш дрібної фракції, а потім на грохотах відсівати з неї фракцію з розміром частинок 0,5мм< d