УДК 669.162.16
С7\
ПРАКТИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
АГЛОМЕРАЦИОННОГО ПРОЦЕССА Я5* .
~ чщщг и инновации
© Фролов Юрий Андреевич1, Д-р техн. наук, e-mail: uaf.39@mail.ru; Мансурова Наталья Рамилевна2, канд. техн. наук, e-mail: mansurova_nm@nlmk.ru; Семенов Олег Анатольевич2, начальник Аглопроизводства, e-mail: semenov_oa@nlmk.ru
1 НПП «Уралэлектра». Россия, г. Екатеринбург
2 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Россия, г. Липецк Статья поступила 04.09.2014 г.
Начиная с 1980-х го ов НЛМК осуществляет сотру ничество с ве ущими научно иссле овательскими институтами и учеными в области агломерации. В статье пре ставлен аналитический обзор ря а научно-иссле овательских работ, которые позволили усовершенствовать агломерационный процесс и развить теорию агломерации.
Ключевые слова: агломерат; агломерационная машина; газо инамика; загрузка шихты; зажигание; качество; разрежение; температура; теория сушки и кон енсации.
Опыт сотру ничества Новолипецкого металлургического комбината с ве ущими научно-иссле овательскими институтами и учеными в области агломерационного произво ства исчисляется не о ним есятилетием. На базе АГП НЛМК прове ено много промышленных иссле ований, которые помогли уточнить и развить теорию основных процессов, протекающих при агломерации железору ных материалов, что способствовало вне рению эффективных технологий.
1. Загрузка агломерационной шихты на агломашины. В 1980-е-1990-е го ы ря зарубежных аглофабрик, спекающих грубозернистые шихты, начали отказываться от вухслойной загрузки шихты, которая применялась на агло-машинах НЛМК, ЗСМК, ЧерМК и КарМК. При этом остигался заметный прирост произво ства агломерата. В связи с этим было изучено влияние различных факторов на работу агломашин НЛМК при вухслойной и о нослойной загрузке шихты [1, 2]. Для аглофабрик, работающих на железору ных концентратах, такая оценка прово и-лась впервые. При прове ении промышленных испытаний установлено [1]:
- у ельное газо инамическое сопротивление нижней трети слоя вухслойной шихты в 1,8 раза превышает сопротивление сре ней трети слоя и в 4 раза - верхней, поэтому лимитирующим скорость спекания является не пограничный слой (хотя и он вносит свой отрицательный «вкла »), как это интерпретировалось в работе [2], а ниж-
ний, в котором объемная плотность больше, а область высоких температур шире, чем в вышележащих частях слоя;
- сре ний перепа авления газа в нижней половине слоя спекаемой шихты составляет около 70% общего сопротивления слоя;
- перехо на о нослойную загрузку шихты обеспечивает рост скорости процесса спекания примерно на 10%, что по тверж ает общее улучшение газо инамической структуры слоя;
- со ержание фракции -5 мм в скиповом агломерате выросло на 0,2 абс. %.
Сравнение объемной плотности слоев шихты при вух- и о нослойной загрузке ало сле ующие результаты: ля нижнего слоя - 2070 и 1970 кг/м3, ля верхнего - 1840 и 1740 кг/м3, в сре нем - 1955 и 1805 кг/м3. Именно с общей меньшей плотностью шихты в основном и связан рост скорости процесса спекания при перехо е на о нослойную укла ку шихты.
В соответствии с результатами промышленных испытаний все агломашины НЛМК были после овательно переве ены на о нослойную загрузку шихты при небольшом увеличении у ель-ного расхо а топлива.
Вместе с тем ля аглофабрик, спекающих плохо комкуемые шихты на основе тонкоиз-мельченных концентратов, не обеспечивающих сегрегацию шихты по крупности и топливу по высоте слоя (ЗСМК, ЧерМК и вновь проектируемые аглофабрики), вухслойная загрузка более эффективна.
Фракционный состав шихты на стабилизаторе
Слой шихты Содержание в слое (%) фракций, мм
на аглоленте >8 5-8 2-5 <2 £
Верхний 5,77 14,51 73,36 6,36 100,00
Нижний 11,76 20,05 59,37 8,82 100,00
(Собщ) по высоте слоя. Установлено, что на аглома-шинах № 3 и № 4 формируется слой с пониженным со ержанием углеро а в верхней части, в которой существует ефицит теплоты, обусловленный поступлением атмосферного воз уха в слой после зажигательного горна. Результаты рассевов шихты, отобранной из верхнего и нижнего слоев (примерно по 50 мм) на стабилизаторе агломаши-ны № 4, приве ены в таблице.
В верхнем слое, который ссыпается на загрузочный лоток первым и попа ает по более мелкую шихту, со ержится значительное количество крупной фракции, с минимальным количеством топлива. Это и обусловливает неблагоприятный характер распре еления топлива в слое шихты на агломашинах НЛМК, ля которых характерно или отсутствие сегрегации состава шихты по углеро у, или аже «обратная» ее сегрегация по высоте слоя. В настоящее время работы по оптимизации распре еления углеро а в шихте про-олжаются совместно с ОАО «Уральский институт металлов».
2. Зажигание агломерационной шихты. Для прове ения теплотехнических иссле ований процесса зажигания шихты на агломашине № 3 закрывали, а после стабилизации режима зажигания открывали россельные заслонки первых вух вакуум-камер и снимали параметры внешнего нагрева [7]. Влияние разрежения в горне на температуру поверхности слоя и теснота связи меж у ними (рис. 3) остаточно велики, что позволяет использовать эти параметры ля управления режимом спекания агломерата. На второй вакуум-камерой при снижении разрежения в гор-
1180
1150
CS
Ь 1120
и л
g 1090
S
£ 1060
1030
y = -25,08ж + 1275 ж R = 0,810
не с 9,5 о 5,0 Па температура поверхности возросла на 80 °С. Это обусловлено снижением количества по сосов атмосферного воз уха в горн. Сре няя за полуторачасовой перио испытаний температура поверхности, измеряемая сразу за торцевой стенкой горна пирометрическими ат-чиками, составила слева, в центре и справа слоя по хо у ленты 624, 664 и 621°С соответственно. Эта неравномерность является о ной из причин нео новременного по хо а зоны горения к колосниковой решетке: отклонение температуры отхо ящих газов на периферии слоя от температуры центра, измеряемой термопарами, установленными непосре ственно по колосниковой решеткой, составило в сре нем от 14 °С (справа) о 45 °С (слева). Кроме того, она является о ной из причин меньшей прочности агломерата в периферийных областях слоя спекаемой шихты по сравнению с центром.
Иссле ования показали, что ля решения за ачи устранения по сосов воз уха в горн не-обхо имо, во-первых, повысить уровень россе-лирования первых вакуум-камер и, во-вторых, герметизировать зазоры меж у стенками горна и бортами палет за счет организации лабиринтных уплотнений.
Анализ влияния влажности шихты на температуру поверхности слоя (рис. 4, а) и разрежение в горне (рис. 4, б) показал, что рост сопротивления слоя аналогичен эффекту росселирования вакуум-камеры, так как понижает разрежение в камере горна. Уменьшение влажности шихты закономерно сопровож ается ростом температуры поверхности слоя, так как при этом снижаются
1080
2,2 2,4 2,6 2,8
Массовая оля влаги, %
3,0
К
S <u
y = 3,876ж - 3,585
• m i R = 0,880 | I
4,5
5,5 6,5 7,5
Разрежение в горне, Па
8,5
2,2 2,4 2,6 2,8
Массовая оля влаги, %
3,0
Рис. 3. Влияние разряжения в горне на температуру поверхности слоя шихты
Рис. 4. Влияние добавленной влажности шихты на температуру поверхности слоя (а) и разрежение в горне (б)
а
б
Рис. 5. Влияние содержания кислорода в горновых газах на скорость перемещения фронта горения топлива:
1 - инертный материал; 2 - неофлюсованный концентрат ВЖР;
3 - офлюсованная ру а КМА при основности 1,2
затраты тепла на испарение влаги и уменьшаются по сосы атмосферного воз уха всле ствие роста сопротивления слоя. Контроль иссле ованных параметров целесообразно использовать в алгоритмах АСУ ТП.
Для зажигания шихты на агломашинах НЛМК используют смесь приро ного (12-14%) и о-менного (86-88%) газов. Учитывая, что зажигательные горны агломашин работают на самом низкокалорийном газе сре и аглофабрик стран СНГ (г е оля богатого газа нахо ится в пре е-лах 27-45%), в 2014 г. на НЛМК выполнена оценка влияния теплотворной способности газа на показатели процесса спекания. Влияние концентрации кислоро а в горновом газе на скорость перемещения фронта горения установлено на основе литературных анных (рис. 5). Обогащение смешанного газа приро ным ( о 20%) позволит сократить лину камеры горна агломашин с 7,8 о 6,0 м. Увеличение оли приро ного газа в смеси с оменным о 30% и, соответственно, коэффициента избытка воз уха от 1,25 о 1,50 позволит увеличить со ержание кислоро а в про уктах горения от 2,94 о 5,34%, т.е. на 2,4 абс. %. При этом вертикальная скорость спекания возрастет на 1,1%. Сокращение лины горна снизит общую потребность в воз ухе и газе и позволит оптимизировать режим его работы. Теплота сгорания смешанного газа составит 13,4 МДж/м3 при существующей 7,3 МДж/м3, а его расхо - 3800 м3/ч при существующем поря ка 9000 м3/ч. При этом расхо приро ного газа увеличится с 990 о 1140 м3/ч.
Сокращение лины горна также снизит расхо огнеупоров при капитальных ремонтах.
Всле ствие уменьшения неравномерности распре еления температуры по ширине слоя и улучшения горения топлива улучшится качество агломерата.
3. Разработка высоконапорного нагнетателя 13000-11-1. Газодинамические исследования. В 1981 г. началась совместная работа коллектива АГП НЛМК с ВНИИМТ по выявлению причин низкого разрежения в газоотво ящих трактах агломашин АКМ-312. В этот перио высота загружаемой на агломашину в ва слоя шихты составляла 320 мм, разрежение в коллекторе - 6,62 кПа, а пере эксгаустерами - 9,80 кПа, у ельная произво ительность агломашин составляла 1,272 т/(м2-ч). Было прове ено комплексное обсле ование технического состояния агломаши-ны № 3 и ее газоотво ящего тракта, опре елены расхо , состав и потери авления отхо ящих газов на выхо е из слоя, в вакуум-камерах, коллекторе и пере эксгаустерами, по сосы воз уха во все элементы газоотво ящего тракта, коэффициенты газо инамического сопротивления каж ого из этих элементов [1]. Измерения показали, что количество по сосов воз уха в вакуум-камеры составляло 65% от расхо а газа в них, а в батарейные циклоны - 20% общего расхо а газа пере эксгаустерами. Было количественно оценено влияние состояния колосниковой
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.