Спосіб зовнішнього нагрівання агломераційної шихти та пристрій для його здійснення

6 мак с 22 в 1/16 СПОСІБ ЗОВНІШНЬОГО НАГРІВАННЯ^ШИХТИ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ Винахід належить до металургії і може бути використаний для зовнішнього нагрівання шихти на агломераційній машині. Відомий спосіб зовнішнього нагрівання шляхом спалювання газоподібного палива і факельне подавання теплоносія нормально до поверхні шару шихти, що спікається. Спосіб здійснюється в пристрої, який складається з топкової камери, обмеженої склепінням з рівномірно розташованими в ньому пальниками, боковими та торцевими стінками/1, с 12-8; с.43-55/. Недолік згаданих способу та пристрою полягає в тому, що їх використання супроводжується низькою ефективністю агломераційного виробництва, особливо при спіканні вологомістких ши хт з підвищеним вмістом тонкозернистих матеріалів та відходів металургії. Це зумовлено факельним подаванням теплоносія нормально до шару, що спікається, поза його зв'язком з газопроникністю та структурою, а також з процесами, що відбуваються в шарі на конкретній ділянці зовнішнього нагрівання. Інтенсивна теплова обробка шихти на початковій стадії зовнішнього нагрівання призводить до руйнування гранул, що знижує газопроникність і гальмує теплообмін у шарі. Крім цього, переважна частина тепла втрачається через випромінювання з поверхні шару, що спікається, яка має на виході зі зони зовнішнього нагрівання температуру 1000°-1300°С. Установлення пальників у склепінні горна знижує його стійкість та утруднює керування зовнішнім нагріванням. Найближчими до пропонованого винаходу по технічній суті та досягненню результату є спосіб і пристрій, що здійснюються шляхом спалювання газоподібного палива, в яких зовнішнє нагрівання шихти на початковій стадії відбувається за рахунок тепловипромінювання від склепіння пристрою. Для цього на вхідній торцевій стінці установлюються пальники, осі яких відхилені від горизонталі в напрямку склепіння. В заключній стадії зовнішнє нагрівання здійснюється через конвективний теплообмін від факелів пальників, установлених на вихідній торцевій стінці пристрою і спрямованих назустріч руху аглострічки з відхиленням від горизонталі вбік шару, що спікається/2, с 180-182/. Недолік зазначеного способу та пристрою полягає в тому, що вони не забезпечують суттєвого поліпшення техніко-економічних показників агломераційного виробництва. Це зумовлено наступними обставинами. Швидкісне високотемпературне нагрівання шихти в початковій стадії термообробки призводить до руйнування гранул, в результаті чого знижується газопроникність шару й уповільнюється тепломасообмін у процесі спікання шихти, що зменшує продуктивність агломашини, знижує міцність агломерату, збільшує витрати палива та викиди шкідливих речовин в атмосферу. Відсутність можливості утилізації тепла, яке виділяється поверхнею шару, що спікається, потребує додаткових витрат палива. Установлення пальників назустріч потоку шихти на виході з пристрою при взаємодії факелів із верхнім пластом розпушує його, внаслідок чого міцність агломерату погіршується, втрати сировини та викиди шкідливих речовин збільшуються. Це посилюється ще й тим, що до шару, який залишає зону зовнішнього нагрівання з температурою 1000°-1300° С, надходить холодне повітря, через що також відбувається руйнування агломерату. В основу винаходу поставлене завдання створити спосіб зовнішнього нагрівання шихти та пристрій для його здійснення, які дозволяють збільшити продуктивність агломашини і поліпшити міцність агломерату, зменшити витрати палива та викиди шкідливих речовин в атмосферу. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі зовнішнього нагрівання агломераційної шихти шляхом спалення газоподібного палива з використанн ям променистого та конвекти вного теплообмінів, згідно з винаходом, тепловий потік, випромінюваний поверхнею шару, повертається до зон зовнішнього нагрівання по висхідній криволінійній траєкторії з параметрами cos ct/V= 2,40-2,47, д е а - к у т ( г р а д ус ) н а х и л у с к л е п і н н я д о ша р у ши хт и , V - шв и д кі ст ь ( м/ с) фі л ьтр аці ї г аз у д о ша р у н а конкретній ділянці зовнішнього нагрівання. Спосіб здійснюється в пристрої, що має камеру з вхідною та вихідною стінками, торцеве розміщення пальників, в якому, відповідно до винаходу, склепіння зроблено з 3-4 конгруентних арок, прилеглих до вхідної торцевої стінки, висота котрої становить 0,020,04 довжини аглострічки, й утворюючих низхідну в напрямку руху аглострічки криву. Проекція першої арки на горизонтальну вісь аглострічки становить 0,015-0,030 її довжини, а прирощення проекції кожної наступної арки зростає на 0,30-0,40 довжини попередньої. Обігрівання камери здійснюється пальниками, установленими на її вхідній стінці, факели яких спрямовані вздовж руху аглострічки з відхиленням від горизонталі на 24°-30° вбік шару, що спікається. Суть способу полягає в тому, що в кожній зоні зовнішнього нагрівання (сушіння ши хти, займання палива, спікання та кристалізація розплава) витрати теплоносія і тривалість термообробки установлюються в залежності від зміни газопроникності шару, яка визначається швидкістю фільтрації газу до шару. Це досягається тим, що в пропонованому пристрої кут нахилу та довжина кожної арки установлюються в залежності від часу, необхідного для завершення процесу в шарі на конкретній ділянці зовнішнього нагрівання. Шар шихти, що спікається, піддається зовнішньому нагріванню до переміщення теплової хвилі вглиб шару та завершення тепловипромінювання з його поверхні. Згідно з пропонованим способом сушіння шихти відбувається за рахунок перенесення випромінюваного поверхнею шару тепла, внаслідок чого виключається руйнування гранул верхнього пласта. Факельній обробці шихта піддається після завершення процесу сушіння, що забезпечує її ефективне запалювання. Процес спікання та кристалізації розплава відбувається в потоці нагрітого повітря, що забезпечує повне завершення фізико-хімічних реакцій, пов'язаних з утворенням агломерату. На фіг. зображений пристрій для зовнішнього нагрівання агломераційної шихти, який розташований над аглострічкою (1) з шаром шихти на ній (2) і прилягає до завантажувального вузла (3). Пристрій для зовнішнього нагрівання складається з камери (4), склепіння якої зроблено з 3-4 конгруентних арок (5), розташованих від вхідної торцевої стінки (6), висота якої дорівнює 0,02-0,04 довжини аглострічки. Конгруентні арки (5) в сукупності створюють криву, низхідну в напрямку руху аглострічки (1). Кут нахилу кожної арки установлюється зі співвідношення cos a/ V=2,40-2,47, де а - кут (градус) нахилу арки до шару шихти (2), V - швидкість фільтрації (м/с) газу до шару на конкретній ділянці зовнішнього нагрівання. Проекція довжини першої арки, прилеглої до вхідної торцевої стінки (6), на горизонтальну вісь аглострічки становить 0,015-0,030 частини довжини аглострічки, а прирощення проекції кожної наступної дорівнює 0,3-0,4 довжини першої арки. Обігрівання камери (4) здійснюється шляхом спалення газоподібного палива за допомогою установлених на вхідній стінці (6) пальників (7), факели яких спрямовані вздовж руху аглострічки з відхиленням 24°-30° вбік шару, що спікається (2). Пальники (7) приєднані до розподільних колекторів газу (8) та повітря (9). Суть способу і принцип роботи пристрою полягає в наступному. Шихта за допомогою завантажувального вузла (3) укладається на аглострічку (1) і надходить для зовнішнього нагрівання в площу, обмежену камерою (4), де послідовно піддається сушінню, запаленню та спіканню. Дотримання вказаних геометричних співвідношень і їх ув'язка з газопроникністю шихти, що визначається швидкістю фільтрації газу до шару на конкретній ділянці зовнішнього нагрівання, забезпечує високу ефективність використання пропонованих способу та пристрою. Для інтенсивного перетікання випромінюваного тепла і повної його регенерації необхідно в межах кожної арки дотримуватись співвідношення кута її нахилу та швидкості фільтрації в межах cosa/V=2,40-2,47. Зі збільшенням цього співвідношення понад зазначених меж склепіння горну наближається до прямокутного, внаслідок чого випромінюване тепло концентрується у заключній стадії зовнішнього нагрівання. Це призводить до перегріву верхнього пласта, у зв'язку з чим залишаючий зону зовнішнього нагрівання шар продовжує випромінювати тепло, яке безповоротно виходить в оточуєче середовище. Далі в результаті інтенсивного охолодження в потоці холодного повітря розплав застигає у вигляді скла, що спричиняє погіршення якості агломерату, зниження продуктивності агломашини і зростання викидів шкідливих речовин в атмосферу. Зменшення cos a/V нижче дозволенної межі призводить до зниження регенерації тепла, оскільки не весь випромінюваний потік надходить у зону зовнішнього нагрівання. Це затримує розвиток всіх елементарних стадій, особливо сушіння і нагрівання шихти до температури займання твердого палива. Незавершеність цих процесів потребує додаткових витрат палива, веде до зниження ефективності агломерації та збільшення шкідливих речовин. Сушіння шихти здійснюється на ділянці, обмеженій першою аркою, за рахунок перетікання тепла, випромінюваного поверхнею шару (2), з заключної стадії зовнішнього нагрівання в початкову, де під впливом розрідження, утворюваного ексгаустером, фільтрується через шар шихти, що спікається. Через інтенсивний теплообмін у сформованому шарі гранульованої шихти відбувається видалення вологи і нагрівання верхнього пласта до температури 600°-700° С, яка забезпечує займання твердого палива. Довжина проекції першої арки на горизонтальну вісь аглострічки, яка дорівнює 0,015-0,030 довжини аглострічки, установлена на основі кінетичних закономірностей сушіння гранульованої шихти на умовах збереження вихідної структури насипного шару. Зменшення довжини першої арки призводить до того, що волога з шихти верхнього пласта видаляється частково. Надходження такої шихти до зони факельної обробки спричиняє руйнування гранул і, як наслідок, зниження ефективності агломераційного переділу. Збільшення довжини першої арки понад оптимальну веде до зросту товщини висушеного пласта шихти, в результаті чого зростає висота зони горіння твердого палива в шарі у процесі факельної обробки його поверхні. Збільшення товщини зони горіння твердого палива призводить до того, що деяка його частина згоряє до монооксиду вуглецю. Це потребує додаткових витрат тепла і супроводжується збільшенням викидів шкідливих речовин в атмосферу. До того ж у зв'язку з надмірною довжиною зони сушіння в період зовнішнього нагрівання скорочується довжина аглострічки для спікання шихти за рахунок згоряння твердого палива в шарі, що призводить до зниження продуктивності агломашини. Після завершення сушіння шихта надходить під другу арку пристрою, обробляється потоком продуктів згоряння газу, внаслідок чого відбувається займання твердого палива і нагрівання шихти до температури початку її рідкофазного спікання. Подальший процес спікання і кристалізація розплава відбувається під третьою та четвертою арками. На виході зі зони зовнішнього нагрівання внаслідок переміщення теплової хвилі вглиб шару кількість випромінюваного його поверхнею тепла незначне і надходження в шар атмосферного повітря не впливає на його міцнісні характеристики. Тому оптимальна кількість арок дорівнює 3-4, що відповідає структурним змінам, які відбуваються в шарі шихти в процесі її зовнішнього нагрівання. Запалювання призводить до усадки шихти, в результаті чого її газопроникність зменшується і, отже, знижується швидкість тепломасообміних процесів у шарі. Тому проекція другої арки на горизонтальну вісь аглострічки збільшена відносно першої арки на 0,3-0,4 частини її довжини. Після запалювання інтенсивно розвиваються процеси рідкофазного спікання шихти у верхньому пласті, що супроводжується додатковим зростанням газодинамічного опору шару. Це потребує додаткового збільшення довжини третьої арки відносно другої. В заключній стадії зовнішнього нагрівання газодинамічний опір шару досягає максимальної величини у зв'язку з утворенням зони перезволоженої шихти, що потребує додаткового збільшення довжини четвертої арки. В цілому, прирощення проекції довжини кожної наступної арки відносно попередньої має становити 0,3-0,4 частини її довжини. Висота вхідної торцевої стінки повинна дорівнювати 0,02-0,04 довжини аглострічки. Зменшення висоти призведе до появи надмірного надлишкового тиску теплового потоку і, як наслідок, до його витікання за межі пристрою. Збільшення висоти вхідної торцевої стінки недоречне, оскільки це веде до зниження тиску теплового потоку, в результаті чого з'являється підсмоктування атмосферного повітря в робочий простір пристрою. До того ж збільшення висоти вхідної стінки вимагатиме додаткових витрат на будівництво й експлуатацію пристрою для зовнішнього нагрівання шихти. Кут нахилу пальника до поверхні шару шихти має становити 24°-30°. При установленні пальників під кутом менш ніж 24° не весь потік продуктів згоряння газу зосереджується під другою аркою, деяка його частина перетікає в зони, обмежені наступними арками, що погіршує запалення шихти і веде до неповного згоряння твердого палива, яке міститься у верхньому пласті шару, що спікається, внаслідок чого знижується ефективність агломерації та збільшуються викиди шкідливих речовин в атмосферу. При установленні пальників під кутом більш ніж 30° відбувається розпушення верхнього пласту висушеної шихти, через що показники агломераційного переділу погіршуються. Проведені промислові випробування відомого та пропонованого технічних рішень на типових (АК-75) агломераційних машинах № 1 і № 2 аглофабрики № 1 Криворізького Південного гірничозбагачувального комбінату. Агломерації підлягала шихта, яка склададася з магнетитового концентрату, агломераційної руди, залізовмісних та флюсовміснихі відходів металургії. За тверде паливо використовувався коксовий дрібняк. Підготовка шихти до спікання (дозування,змішування, грануляція) виконувалась в однакових апаратах і однакових технологічних режимах. В період промислових випробувань порівнювались техніко-економічні показники роботи агломашин, якість агломерату та викиди шкідливих речовин в атмосферу в залежності від технології зовнішнього нагрівання шихти з використанням відомого і пропонованого пристрою. Результати випробувань наведені в таблиці. Режими 1. 2. Спосіб та пристрій Продукдля зовнішнього тивність нагрівання шихти агломашини, т/м година Відомі 0,94 Пропоновані 1,26 Витрати палива, кг/т агло мерату 86,0 79,8 Викиди в атмосфеВміст дрібняку ру, кг/т агломерату CO 0-5 мм в пил агломераті,% 19,3 2,82 28,0 16,2 2,34 25,3 Як видно з таблиці, для інтенсифікації агломераційного процесу, економії палива, зниження дрібняку 0-5 мм в агломераті та зменшення викидів шкідливих речовин в атмосферу необхідно тепловий потік, випромінюваний поверхнею шару шихти, що спікається, в заключній стадії зовнішнього нагрівання повертати в попередні по криволінійній траєкторії, що досягається за допомогою пристрою, який мас камеру, створену 3-4 конгруентними ареками з нахилом у напрямку руху аглострічки. причому проекція першої арки на горизонтальну вісь повинна становити 0,015-0,030 довжини аглострічки, а кожної наступної - збільшуватись на 0,3-0,4 частини попередньої. Висота вхід ної торцевої стінки має дорів нюв ати 0, 02-0, 04 довжини аглострічки. Пристрій оснащений пальниками, установленими на вхідній стінці кам ери, факели котрих спрямовані вздовж руху аглострічки з відхиленням від горизонталі на 24-30°. В порівнянні з відомим (режим 1) пропоноване технічне рішення (режим 2) дозволяє збільшити продуктивність у 1,34 рази, зменшити витрати палива на 7,2%, знизити масову частку дрібняка 0-5 мм в агломераті на 3,1%, скоротити викиди пилу та монооксиду вуглецю відповідно на 17,0% і 9.6%. Доісерела інформації: 1. Рязанцев А.П., Антошечкин М.П. Нагрев агломерационной шихты М., "Металлургия", 1968, 167 с. 2. Доменное производство. Справочное издание. В 2-х томах. Т. 3. Подготовка руд и доменный процесс /Под ред. Вегмана Е.Ф.- М.. "Металлургия", 1989, 496 с. Спосіб Нагрібання (Pit. Н?.Г Гармаш M-J Та най ВОВД В. А в.А А В.