Спосіб термообробки мінеральної сировини на випалювальній конвеєрній машині

Реферат: Спосіб термообробки мінеральної сировини на випалювальній конвеєрній машині включає стадії попереднього термічного впливу, випалу і охолодження атмосферним повітрям, що подається прососом через шар мінеральної сировини, з одержанням високотемпературного повітря, а також стадію відбору випалювальних газів з наступним їхнім очищенням. Стадію попереднього термічного впливу розділяють на стадію зневоднювання і стадію нагрівання, а стадію випалу розділяють на стадії насичення мінеральної сировини киснем і високотемпературним випалом. На стадію зневоднювання прососом подають сухий газоподібний азот, за допомогою якого адсорбують вологу з мінеральної сировини, яку подають на стадію нагрівання високотемпературним повітрям, після чого мінеральну сировину переміщають на стадію насичення її киснем. Після цього сировину переміщують на стадію високотемпературного обпалювання, де її піддають термічному впливу газових пальників. Далі мінеральну сировину переміщають на стадію охолодження атмосферним повітрям, яке подають прососом через шар мінеральної сировини, і одержують при цьому високотемпературне повітря, яке направляють на стадії нагрівання і насичення мінеральної сировини киснем. UA 115111 U (12) UA 115111 U UA 115111 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до металургійної промисловості і може бути використана як технологічний процес, у результаті якого залізорудна і мінеральна сировина піддається високотемпературному впливу з одержанням продукту для металургійних підприємств. Зокрема корисна модель може бути використана в різних галузях промисловості, там, де для одержання товарного мінерального продукту вхідну сировину необхідно піддавати термічному впливу. Відомий спосіб термообробки залізорудних котунів на випалювальній конвеєрній машині, що включає стадії сушіння, нагрівання, випалу і рекуперації. При термообробці котунів здійснюють коректування співвідношення тривалості стадій нагрівання, випалу і рекуперації залежно від висоти шару котунів, що завантажується (Патент Росії № 2078837 на винахід). Недоліком відомого способу є те, що перед термічною обробкою сировини не включається процес її зневоднювання без енергетичних витрат. Крім цього спосіб не включає активізації теплових характеристик процесу термічної обробки сировини. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є спосіб термообробки мінеральної сировини на випалювальній конвеєрній машині, що включає стадії попереднього термічного впливу, випалу і охолодження атмосферним повітрям, що подається прососом через шар мінеральної сировини з одержанням високотемпературного повітря, а також стадію відбору випалювальних газів з наступним їхнім очищенням (див. М.М. Бережний і ін. Виробництво залізорудних котунів. - М.: Надра, 1977. - С. 106-151). Недоліком відомого способу є те, що: - при реалізації способу відбувається значне утворення дріб'язку за рахунок руйнування котунів, що надходять у зону випалу не повністю висушеними; - спосіб характеризується високою питомою витратою палива за рахунок відсутності попереднього зневоднювання котунів; - відомий спосіб не включає можливості попереднього зневоднювання сировини, що приводить до витрат теплової енергії на видалення вологи, що утримується в матеріалі, який підлягає подальшій переробці; - спосіб не включає можливості використання сухого інертного газу, при пропущенні якого через шар вхідної сировини відбувається зв'язування і видалення вологи; - спосіб не включає активізації горіння за рахунок насичення вихідного матеріалу газоподібним окислювачем, застосування якого дозволяє підвищити температуру горіння в процесі термічної обробки і, відповідно, процесу відновлення заліза в котунах, їхню металізацію і зміцнення; - спосіб не включає застосування газоподібного кисню в сполученні з високотемпературним повітрям, яке збагачене киснем для підвищення дифузійних властивостей газоподібних продуктів у мінеральну сировину перед термічною обробкою; - спосіб вимагає значної теплової енергії при термічній обробці до одержання кондиційного продукту; - відомий спосіб не включає повною мірою використання теплової енергії у вигляді високотемпературного повітря при використанні в циклах попереднього сушіння і термічної обробки; - спосіб не включає використання газів, отриманих при охолодженні, для поділу на компоненти і синтез горючого газу, що може бути використаний на стадії термічної обробки, забезпечуючи економію промислового газу, якийвикористовується для металізації котунів; - спосіб складний при використанні вихідної сировини, у якої змінюються фізико-механічні властивості. Поставлена задача перед корисною моделлю вирішується за рахунок того, що спосіб термообробки мінеральної сировини на випалювальній конвеєрній машині, включає стадію попереднього термічного впливу, стадію випалу, стадію охолодження атмосферним повітрям, що подається прососом через шар мінеральної сировини з одержанням високотемпературного повітря, а також стадію відбору випалювальних газів, отриманих прососом атмосферного повітря через шар сировини з наступним очищенням отриманих випалювальних газів. Відповідно до корисної моделі, стадію попереднього термічного впливу поділяють на стадію зневоднювання і стадію нагрівання. Стадію випалу поділяють на стадії насичення мінеральної сировини киснем і високотемпературного випалу. На стадію зневоднювання прососом подають сухий газоподібний азот, за допомогою якого адсорбують вологу з мінеральної сировини, яку подальше подають на стадію нагрівання високотемпературним повітрям. Після попереднього підігріву мінеральну сировину переміщають на стадію насичення її киснем. 1 UA 115111 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Насичення киснем здійснюють за рахунок подачі прососом через шар сировини високотемпературного повітря. Оптимальна масова частка кисню у високотемпературному повітрі повинна становити 20-35 %. Сировину, яка була насичена повітрям, переміщають на стадію високотемпературного випалу. Випал здійснюють шляхом термічного впливу газових пальників до початку спікання і металізації сировини, що отримує якість товарного продукту. Після закінчення процесу випалу, сировину переміщають на стадію охолодження атмосферним повітрям, яке подають прососом через шар мінеральної сировини. На стадії охолодження сировини, через неї подають повітря, яке нагрівається до високої температури. Отримане високотемпературне повітря направляють у якості теплоносія на стадії нагрівання для підготовки сировини до термічної обробки і насичення її киснем, який як окислювач забезпечує повноту згоряння палива у флюсі і високу температуру термічного процесу. Для зниження собівартості технологічного процесу і, відповідно, вартості готового продукту для металургійної промисловості, випалювальний газ очищають і синтезують у горючий газ, який направляють на стадію високотемпературного випалу мінеральної сировини. Технічний результат від використання корисної моделі полягає в тому, що: - спосіб включає зниження питомої витрати палива при виробництві котунів за рахунок більш повного використання тепла газів, що відходять; - спосіб включає зменшення або, практично, повне виключення руйнування котунів у верхніх перезволожених шарах при переході їх із зони сушіння продувом у зону сушіння прососом; - спосіб включає високий рівень зневоднювання вихідного продукту, чим забезпечує зниження нераціональної витрати теплової енергії і попереджає "вибухове" руйнування вологих котунів. - забезпечується високий рівень утилізації теплової енергії, яка використовується в допоміжних процесах, що забезпечують попередній підігрів вхідної сировини і її насичення киснем перед високотемпературним впливом при випалі; - технологія може бути реалізована в умовах ремонту і реконструкції підприємств, які випускають продукцію для металургійних підприємств у вигляді котунів, агломерату, вапна; - технологія забезпечує можливість одержання високоякісного продукту за рахунок регламентованого термічного впливу на сировину, що має широкий діапазон фізико-механічних властивостей; - спосіб дозволяє підвищити температуру нагрівання котунів, забезпечує високий рівень їх металізації і високі міцнісні характеристики, що забезпечують збереження їхніх геометричних параметрів при транспортуванні від місця виготовлення до металургійного підприємства; - спосіб дозволяє піддавати термічній обробці сировину для будівельної промисловості, наприклад, для одержання цементу; - спосіб дозволяє знизити витрати енергоносіїв, зменшити викиди в атмосферу газоподібних і мінеральних речовин, які негативно позначаються на екології промислового регіону. Спосіб реалізується таким чином. Реалізація способу показана на прикладі термічної обробки залізорудних котунів. Вихідною сировиною для одержання сировини для металургійної промисловості є залізна руда, яка добувається відкритим або підземним способом, а також вапняк. У процесі збагачувального переділуз руди одержують залізорудний концентрат, який огрудковують з отриманням котунів з заданими геометричними параметрами. Котуни є основною сировиною для металургійної промисловості. Після формування тіл котунів вони надходять у кільцеву випалювальну машину, що являє собою безперервний транспортуючий орган, за допомогою якого сировина послідовно надходить на стадії різного впливу, в результаті якого одержують готовий продукт у вигляді механічно міцних і металізованих котунів. Основними стадіями процесу обробки котунів є їх зневоднювання, попереднє термічне нагрівання - сушіння, обпалювання і охолодження атмосферним повітрям, що подається прососом через шар мінеральної сировини з одержанням високотемпературного повітря, а також стадія відбору випалювальних газів з наступним їхнім очищенням. Сирі котуни після формування надходять за допомогою дозатора на поверхню конвеєра печі. На початковій стадії котуни мають високу вологість. Недоліком надлишкової вологості є те, що на її випар потрібні значні енергетичні витрати, що підвищує собівартість процесу і, відповідно, вартість готової продукції. Істотним є те, що при високій вологості котуни, піддаючись швидкодіючому термічному впливу, руйнуються через миттєвий випар вологи під дією високої температури. 2 UA 115111 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для усунень вологи усередині котунів стадію попереднього термічного впливу розділяють на стадію зневоднювання і стадію нагрівання. Проведені дослідження показали, що принципово новим, з технологічної точки зору для зневоднювання сировини, може бути застосування нейтрального газу, властивості якого дозволяють абсорбувати та видаляти воду, що утримується в котунах. Дослідження показали, що найбільш ефективним є використання сухого газоподібного азоту. Для видалення води з котунів, на стадії зневоднення, прососом подають сухий газоподібний азот, за допомогою якого адсорбують і видаляють вологу з мінеральної сировини. Адсорбція забезпечується за рахунок того, що молекули азоту взаємодіють із молекулами води на поверхні мінеральних часток котунів, відривають їх і видаляються висхідним потоком. У результаті взаємодії газоподібного азоту, у міру руху транспортера печі, котуни, практично, повністю збезводнюються. Перевагою цієї стадії зневоднювання є те, що в цьому процесі не відбуваються енерговитрати, а газ, що застосовується, не змінює фізико-механічних властивостей котунів при подальшому термічному впливі. Крім цього використання інертного газу дозволяє використовувати його повторно-циркуляційно після відділення вологи. Збезводнені котуни подають на стадію нагрівання - сушіння високотемпературним повітрям. Джерелом високотемпературного повітря є котуни, які пройшли високотемпературну обробку і мають температуру 400-800 °C. Для одержання потоку високотемпературного повітря його продувають прососом через шар котунів, які перебувають на транспортуючому органі. Швидкість руху повітря вибирається, виходячи з умови забезпечення необхідного ступеня охолодження котунів до потрібної температури. Отримане високотемпературне повітря подають по повітропроводах на стадію нагрівання котунів. На цій стадії здійснюється поступове збільшення температури до температури повітря, що продуває. Це дозволяє остаточно, без "вибухового" впливу, забезпечити зневоднення котунів. Попереднє нагрівання дозволяє розкрити порові отвори в котунах, роблячи їх деякою мірою проникними для газоподібного потоку. Такий стан котунів забезпечує ефективну підготовку для наступної стадії випалу, що починається стадією насичення мінеральної сировини киснем. Дослідженнями встановлено, що ефективним елементом підготовки котунів до повноцінного випалу є їхнє попереднє насичення киснем. Це підвищує температуру термічного впливу, збільшує міцність котунів, впливає на присутні окисли заліза. Насичення мінеральної сировини киснем здійснюють за рахунок подачі прососом через шар сировини високотемпературного повітря, яке збагачують киснем з доведенням масової частки його у високотемпературному повітрі до 20-35 %. Дослідженнями встановлено, що доведення масової частки кисню в повітрі від 20 до 35 % є оптимальним для реалізації процесу термічного впливу на залізорудну сировину. При насичення котунів повітрям з масовою часткою кисню менше 20 % не дозволяє повною мірою забезпечити реалізацію процесу термічного впливу і приводить до перевитрати теплоносія - технологічного газу. При насиченні котунів повітрям з масовою часткою більше 35 % не забезпечує збільшення температурного градієнта при термічному впливі і веде до збільшення технологічних витрат, які негативно відображаються на економічних показниках роботи підприємства. Після обробки котунів високотемпературним повітрям, насиченим киснем, вони надходять на стадію високотемпературного випалу. На цій стадії котуни піддаються термічному впливу газових пальників, при якому відбуваються всі хіміко-фізичні процеси спікання і металізації. По закінченню цієї стадії котуни є готовим продуктом, але мають високу температуру, яку знижують шляхом прососу через шар мінеральної сировини. При охолодженні котунів одержують високотемпературне повітря, яке утилізують шляхом використання на стадіях підігріву і насичення повітрям збагаченим киснем. На кінцевій стадії технологічного процесу, у результаті випалу котунів, у їхньому шарі утворюються випалювальні гази, що представляють полікомпонентну сировину. Випалювальні гази піддають очищенню від пилоподібних часток, які використовують у різних галузях промисловості. Очищені випалювальні гази піддають переробці, у результаті чого синтезують горючий газ, який направляють на стадію високотемпературного випалу мінеральної сировини. Дослідження заявленого способу показали, що його реалізація дозволяє знизити енергетичні витрати на одержання залізорудної сировини для металургійної промисловості. Спосіб забезпечує можливість одержання продукції високої якості і міцнісних характеристик, 3 UA 115111 U 5 10 15 роблячи придатною сировину для транспортування на значні відстані при динамічних і статичних навантаженнях. Спосіб може використовуватися для одержання продукції в інших галузях промисловості там, де необхідна попередня високотемпературна термічна обробка, яка пов'язана зі значними витратами теплоносія. Дослідно-промислові дослідження показали, що спосіб може бути реалізований на всіх гірничо-переробних підприємствах, у технологічному циклі випуску залізорудних котунів з метою їхнього зміцнення і металізації. Розроблена технологія може бути реалізована на діючих підприємствах без істотної реконструкції устаткування, що реалізує спосіб. Найбільш істотним є те, що спосіб дозволяє істотно заощаджувати енергоресурси за рахунок ефективної утилізації тепла, утвореного при термічній обробці сировини. Крім цього спосіб включає можливість використання випалювальних газів для синтезу горючих газів, які можуть бути використані при обпалюванні на стадії високотемпературної обробки разом з технологічним промисловим газом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Спосіб термообробки мінеральної сировини на випалювальній конвеєрній машині, що включає стадії попереднього термічного впливу, випалу і охолодження атмосферним повітрям, що подається прососом через шар мінеральної сировини, з одержанням високотемпературного повітря, а також стадію відбору випалювальних газів з наступним їхнім очищенням, який відрізняється тим, що стадію попереднього термічного впливу розділяють на стадію зневоднювання і стадію нагрівання, а стадію випалу розділяють на стадії насичення мінеральної сировини киснем і високотемпературним випалом, при цьому на стадію зневоднювання прососом подають сухий газоподібний азот, за допомогою якого адсорбують вологу з мінеральної сировини, яку подають на стадію нагрівання високотемпературним повітрям, після чого мінеральну сировину переміщають на стадію насичення її киснем, яку здійснюють за рахунок подачі прососом через шар сировини високотемпературного повітря, яке збагачують киснем, з доведенням масової частки його у високотемпературному повітрі 20-35 %, після чого сировину переміщують на стадію високотемпературного обпалювання, де її піддають термічному впливу газових пальників, після чого мінеральну сировину переміщають на стадію охолодження атмосферним повітрям, яке подають прососом через шар мінеральної сировини, і одержують при цьому високотемпературне повітря, яке направляють на стадії нагрівання і насичення мінеральної сировини киснем. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що випалювальний газ очищують і синтезують у горючий газ, який направляють на стадію високотемпературного випалу мінеральної сировини. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4