УДК 622.785: 681.3
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ МИХАЙЛОВСКИХ И ЛЕБЕДИНСКИХ КОНЦЕНТРАТОВ
© Панычев Анатолий Алексеевич, канд. техн. наук,
ОАО «Уральская Сталь». Россия, 462353, Оренбургская обл., г. Новотроицк, ул. Заводская, 1. Тел.: +7 (3537) 66 28 09, e-mail: a.panychev@uralsteel.com
Никонова Алена Петровна,
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Россия, 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: +7 (812) 2972095
Статья поступила 27.05.2008 г.
Выведены формулы математических зависимостей параметров процесса агломерации железорудных концентратов на ленточных агломерационных машинах, которые позволяют оптимизировать процесс и осуществить его автоматизацию на основе компьютерного программирования.
На основе экспериментальных данных решены уравнения и созданы математические модели для агломерации шихты, состоящей в основном из смеси Михайловских и Лебединских концентратов, которые имеют практическую ценность при агломерации этого сырья и могут служить образцом для создания аналогичных моделей при спекании шихты другого состава.
Ключевые слова: агломерация шихты, автоматизация процесса спекания, математические модели.
Эффективность процесса агломерации зависит от многих факторов, причем их влияние часто взаимосвязано, поэтому оптимальное значение какого-либо параметра определяется при конкретных значениях других технологических факторов. Эта взаимосвязь определяется экспериментальным путем. Однако в связи с высокой трудоемкостью и необходимостью проведения экспериментов с изменением каждого из факторов часто используется профессиональный опыт специалиста, что отрицательно влияет не только на экономическую эффективность процесса, но и сдерживает проведение работ по автоматизации процесса агломерации. Задача настоящей работы -найти математическую взаимосвязь между основными технологическими параметрами, которую можно было бы использовать для управления процессом с помощью компьютерного программирования.
О некоторых параметрах спекания. При спекании осуществляется совокупность превращений, при которых сжигаемое при продувке воздухом твердое топливо в слое шихты обеспечивает высокие температуры в зоне горения и оплавление материалов. В результате получается спек, обладающий необходимыми физико-химическими свойствами. Процесс спекания характеризуется следующими параметрами: температура поверхности зажженной шихты, высота слоя, вертикальная скорость спекания, температура в зоне оо горения, время пребывания шихты на ленте - про-Я должительность процесса спекания (скорость ленты) ^ и степень законченности спекания.
На начальной стадии спекания - при зажигании | шихты необходимо воспламенить частицы содер-< жащегося в ней топлива и внести в слой количество г теплоты, обеспечивающее дальнейшее развитие го-
рения. Наряду с этим в зажигательном горне следует иметь соответствующий состав продуктов сгорания с тем, чтобы в них содержалось достаточное количество кислорода, идущего на сжигание топлива в слое.
Чтобы в горн не подсасывался холодный воздух со стороны или из него не выбивалось пламя, особенно со стороны бортов тележек, необходимо поддерживать определенное давление, в то время как для обеспечения перемещения зоны горения и просачивания газов через слой требуется создавать в вакуум-камерах под горном соответствующее разрежение.
При зажигании шихты основными факторами являются температура поверхности и количество теплоты, аккумулируемое в верхнем слое шихты. Определенное влияние на процесс зажигания оказывает величина разрежения под зажигаемым слоем. При слишком малом разрежении продукты горения просачиваются медленно, что приводит к замедлению процесса зажигания; особенно уменьшается скорость теплопередачи в нижние горизонты слоя, снижается также скорость перемещения фронта горения твердого топлива. При повышенном разрежении теплопередача осуществляется слишком быстро, опережая фронт горения, концентрация тепла в зажигаемом слое снижается, в результате чего спек получается непрочным.
Практика ведения процесса спекания. Агломерационная фабрика ОАО «Уральская Сталь» работает на шихте, железосодержащая часть которой состоит в основном из руды Михайловского ГОКа и Бакаль-ского сидерита, а также концентратов Михайловского и Лебединского ГОКов (табл. 1).
Спекание подготовленной шихты - основной этап в технологии получения высококачественного агломерата, ведется на колосниковой решетке агломерацион-
Таблица 1. Химический состав спекаемого железорудного сырья ОАО «Уральская Сталь»
Сырье Содержание, %
FeO МпО 8Ю2 А12°з СаО М^ SOз ГО2
Михайловская руда 5,35 69,20 0,05 21,23 1,52 1,11 0,37 1,10 0,06 -
Бакальский сидерит 22,5 8,50 1,23 16,1 2,73 4,90 11,4 0,85 0,78 31,2
Лебединский концентрат 0,61 66,41 0,01 11,78 0,15 0,25 0,60 0,163 0,051 0,023 -
ной машины при просачивании воздуха за счет развития высоких температур при горении углерода в слое шихты и рекуперации тепла верхних слоев агломерата. В зоне горения топлива температура достигает 14501500 °С, при которой происходит плавление и образование жидкой фазы.
Тщательная подготовка шихты должна обеспечить постоянство работы агломерационной машины с возможно более постоянной скоростью и с неизменной высотой слоя шихты.
Скорость движения спекательных тележек регулируется в зависимости от вертикальной скорости спекания с таким расчетом, чтобы процесс спекания закончился в предпоследней вакуум-камере коллектора.
На уменьшение вертикальной скорости спекания оказывают влияние следующие основные факторы: отклонения от нормальной массовой доли топлива и влаги в аглошихте; отклонения от нормальной температуры зажигания шихты; уменьшение массы возврата и ухудшение его качества; увеличение массовой доли мелких фракций в шихте; уменьшение массы извести в шихте; чрезмерное уплотнение шихты при загрузке на спекательные тележки; наличие вредных прососов на спекательных тележках в торцовых и продольных уплотнениях и в газовом тракте; ухудшение условий смешивания и окомкования шихты.
На основании наблюдений за ходом процесса спекания и излома «пирога» агломерата, в хвостовой части агломашин устанавливают необходимую скорость движения спекательных тележек с тем условием, чтобы процесс спекания заканчивался над 14-й вакуум-камерой.
При нормальном ходе процесса спекания готовый агломерат в изломе при сходе со спекательных тележек должен быть равномерно оплавленным по всей высоте и ширине «пирога». В «пироге» должны отсутствовать гнезда неспеченной шихты. Раскаленный слой «пирога» у колосников спекательных тележек не должен превышать 1/3 высоты.
Законченность процесса спекания по контрольно-измерительным приборам определяется по температуре отходящих продуктов горения в последних вакуум-камерах. При нормальном окончании процесса спекания в 14-й вакуум-камере достигается максимальная температура продуктов горения 250-300 °С.
Совокупное рассмотрение изменения разрежения и температуры под колосниковой решеткой дает полное представление о ходе процесса спекания агломерационной шихты.
Температура отходящих газов в каждом конкретном случае может быть различной и определяется рядом факторов (составом шихты, высотой слоя и величиной вредных прососов). В первых вакуум-камерах температура обычно достигает 50-120 °С, в предпоследней она максимальна (250-300 °С), а в последней вакуум-камере на 30-70 °С ниже, чем в предпоследней. Понижение температуры в предпоследней вакуум-камере по сравнению с температурой в предыдущих камерах указывает на более раннее окончание процесса и необходимость в связи с этим увеличить высоту слоя шихты или скорость аглоленты.
Более высокая температура в последней вакуум-камере по сравнению с температурой в предпоследней камере указывает на слишком высокую скорость агло-машин, при которой процесс спекания не успевает закончиться в предпоследней вакуум-камере.
Повышение температуры газов от установившегося предела происходит при: замедлении скорости движения или кратковременных остановках агломашины; улучшении газопроницаемости шихты; недогрузе спе-кательных тележек шихтой.
Понижение температуры газов от установившегося предела связано со снижением вертикальной скорости спекания (ухудшение газопроницаемости слоя шихты) и происходит при: уменьшении или значительном превышении массового расхода топлива в шихте в сравнении с оптимальным; недоувлажнении и переувлажнении шихты; переоплавлении поверхности слоя из-за высокой температуры зажигания; наличии большого количества вредных прососов; завышении скорости движения спекательных тележек; переуплотнении шихты.
Температура отходящих газов в коллекторе и перед эксгаустером устанавливается в пределах 100-140 °С (не ниже 100 °С) с целью исключения конденсации влаги и предотвращения забивания газоочистки и эксгаустера грязью.
О количестве и скорости просачивания воздуха, определяющих вертикальную скорость спекания, судят по величине разрежения под колосниковой решеткой агломерационной машины, создаваемом м
о
эксгаустером. Для каждого конкретного случая вели- 5
чина оптимального разрежения различна и выбирает- ^
ся с учетом экономических соображений, обеспечи- •
вающих минимальную себестоимость агломерата при |
максимальной производительности агломерацион- 5
ных машин. 2
Таблица 2. Технологические показатели процесса агломерации шихты
из смеси Михайловских и Лебединских концентратов, Бакальских и Михайловских руд
Показатели Месяцы 2006 г. Год
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2006 2005
Удельная производительность, т/(м2-ч) 1,092 1,112 1,120 1,122 1,152 1,200 1,144 1,140 1,103 1,119 1,120 1,098 1,127 1,119
Высота слоя шихты, мм 260 252 276 280 280 280 289 300 297 300 296 280 283 263
Насыпная масса шихты, т/м3 1,95 1,96 1,96 1,8 1,94 1,90 1,89 1,92 1,94 1,93 1,96 1,94 1,92 1,93
Температура шихты, °С 38 43 43 44 51 56 58 58 55 57 50 48 50 46
Содержание в шихте, %: углерода 3,84 4,31 4,23 4,43 3,99 4,14 4,08 4,05 3,96 4,09 4,27 4,12 4,13 3,98
влаги 6,8 6,79 6,93 6,75 6,96 7,24 7,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.