Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический литературный обзор 7
1.1. Окомкование шихты 7
1.2. Загрузка шихты на агломерационную машину 24
1.3. Начальный период агломерации 37
1.3.1. Сушка шихты, конденсация влаги и газодинамика начального периода 38
1.3.2. Зажигание шихты 41
1.4. Газодинамическая работа агломерационной машины 53
2. Объект исследований, шихтовые материалы, методики расчетов и исследований
2.1. Методика подготовки шихты к спеканию 62
2.2. Методика проведения лабораторных спеканий, контроля показателей спекания и качества агломерата 64
2.3. Методика проведения промышленных спеканий, контроля показателей спекания и качества агломерата 65
2.4. Математическая модель загрузки шихты 67
2.5. Инженерная методика расчета газодинамической работы агломашин 68
2.6. Методика расчета теплообмена и газодинамики процесса агломерации 73
3. Исследование и совершенствование процесса окомкования шихты 75
3.1. Определение показателя энергетического воздействия вращающегося барабана на поток шихты 75
3.2. Оптимизация режима работы тарельчатых грануляторов 83
3.3. Оптимизация режима совместной работы барабанных окомкователей и тарельчатых грануляторов 85
3.4. Исследование влияния внешнего уплотняющего шихту воздействия при использовании барабанного и тарельчатого окомкователей 88
4. Загрузка шихты на агломерационную машину 93
5. Внешний нагрев слоя спекаемой шихты 108
5.1. Анализ процессов, протекающих в слое под зажигательным горном 108
5.2. Исследования зажигания шихты на агломашине АКМ-312 121
6. Исследование газодинамической работы агломашин АКМ-312 128
Заключение 135
Библиографический список 138
Приложения
- Сушка шихты, конденсация влаги и газодинамика начального периода
- Инженерная методика расчета газодинамической работы агломашин
- Оптимизация режима совместной работы барабанных окомкователей и тарельчатых грануляторов
- Исследование газодинамической работы агломашин АКМ-312
Введение к работе
Актуальность работы. Агломерация и сегодня, и в обозримом будущем остаётся основным способом подготовки железорудного сырья к доменной плавке. В настоящее время приоритетными задачами для всей отрасли и для ОАО «НЛМК», в частности, несмотря на самую высокую удельную производительность агломашин в черной металлургии России, является дальнейший рост производства агломерата и улучшение качественных показателей.
Работы ученых Ленинградской, Липецкой, Московской, Украинской и Уральской школ, а также зарубежных исследователей заложили базовые знания и технологические основы процесса агломерации, в том числе таких основных технологических операций, как окомкование, загрузка, зажигание и спекание шихты, которым посвящена диссертационная работа.
Основной путь увеличения производительности агломашин – повышение газопроницаемости слоя шихты путём её эффективного окомкования. Вместе с тем, в связи с возрастающей долей тонких концентратов в агломерационной шихте, с одной стороны, и практически исчерпанными возможностями окомкователей барабанного типа, с другой, необходим поиск новых подходов по дальнейшему совершенствованию технологии и техники для окомкования агломерационной шихты и последующих операций.
Решение указанных задач, которым посвящена диссертационная работа, и определяет её актуальность.
Цель работы: на основе экспериментальных и модельных исследований процесса агломерации разработать и внедрить технические решения, направленные на увеличение производительности агломерационных машин при сохранении качества агломерата.
На защиту вынесены положения диссертационной работы, содержащие результаты исследований технологических и теплотехнических операций агломерационного процесса, начиная от окомкования шихты и заканчивая процессом ее спекания, а именно:
экспериментальные и модельные исследования процессов окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты;
способы, режимы и устройства для подготовки и спекания шихты, результаты их внедрения.
Научная новизна. Получены следующие научные результаты:
для оценки внешнего уплотняющего гранулы воздействия предложен показатель, характеризуемый центробежной силой, средним диаметром гранул, основными конструктивными и технологическими характеристиками вращающегося цилиндрического барабана;
установлена возможность интенсификации агломерационного процесса, за счет увеличения уплотняющего воздействия на поток шихты путем применения тарельчатых грануляторов, определены их рациональные параметры работы;
уточнены представления о механизме сушки шихты, конденсации влаги в слое шихты и о газодинамике начального периода агломерации;
установлены причины и характер формирования неравномерности распределения шихты в загрузочной воронке узла загрузки шихты на агломашину, обоснован и защищен патентом режим работы челнокового распределителя, минимизирующий указанную неравномерность.
Практическая значимость работы. Результаты работы по внедрению комбинированного окомкования шихты, способы и режимы ее загрузки на агломашину и зажигания шихты, а также научно-техническое обоснование оценки замены батарейных циклонов на электрофильтры могут использоваться в отрасли при проектировании и модернизации агломерационных фабрик.
Реализация результатов работы. На агломерационной машине АКМ-312 в 2007 г. принята в эксплуатацию промышленная установка, включающая 3 тарельчатых гранулятора, с помощью которой отработана технология комбинированного окомкования (совместно с барабанными окомкователями) шихты. Удельная производительность агломерационной машины возросла на 5,0 %, высота слоя шихты увеличена на 30 мм, улучшены металлургические свойства агломерата. В связи с достигнутыми результатами запланирована установка двух грануляторов 6 м и производительностью по 100 т/ч.
Внедрены мероприятия по увеличению ширины паллет, дросселированию первых вакуум-камер, управлению загрузкой шихты и режимом работы горна.
Снижение затрат на производство агломерата за счет увеличения производительности агломашины на 5% и уменьшения его себестоимости составляет около 25 млн. руб. в год.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:
- семинаре межзаводской школы по обмену опытом специалистов агломерационного производства ОАО «ММК», ОАО «НЛМК», ОАО «Северсталь» (Липецк, 2003, 2006 г.г.;
- международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009 г.);
- четвертой (Липецк, 2008 г.) и пятой (Липецк, 2009 г.) Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия».
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 статьях и докладах, из них 7 статей - в периодических изданиях, входящих в «Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук», а также защищены 2 авторскими свидетельствами.
Структура и объём диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав с выводами и заключения. Диссертационная работа содержит 110 страниц текста, 18 таблиц, 54 рисунка, 192 наименований литературных источников, всего 157 страниц.
Сушка шихты, конденсация влаги и газодинамика начального периода
Как показывают расчеты по уравнению (1), увеличению среднего диаметра гранул, например от 3 до 6 мм, соответствует рост продолжительности их растворения в 6,5 раз (от 8,8 до 57,2 с). Поэтому, учитывая верхний предел крупности окомкованной шихты, предполагаемые G. Ryszard и Г.В. Коршиковым явления вполне обоснованы.
Вероятно, это послужило одной из технологических причин того, что на окомкование в тарельчатых грануляторах подается не вся шихта, а только ее часть (мы не обсуждаем здесь вопрос относительно низкой производительности тарельчатых грануляторов). Однако, не менее важной причиной является то обстоятельство, что мелкая фракция шихты имеет повышенное содержание топлива и преимущественно концентрируется в верхней части слоя, уменьшая, таким образом, дефицит в ней тепла и повышая выход годного агломерата. На практике для получения агломерационной шихты, содержащей 30-50 % тонкоизмельченного концентрата, применялись тарельчатые окомкователи диаметром 2,45-4,50 м с высотой борта 0,3-0,4 м при угле наклона 50-55 и частоте вращения 8,3-16 мин"1, обеспечивающие замену на микроокатыши 10-30 % обычной шихты [5, 7, 31]. В этом случае общая производительность грануляторов не превышала 25-50 т/ч при крупности микроокатышей 3-10 мм. При указанных характеристиках достигается прирост производительности агломашин на 4—15 % и улучшение качества агломерата, выход массовой доли мелочи класса 0-5 мм уменьшается на 3,5-7,0 % (аба). Следует отметить, что в лабораторных условиях прирост производительности агломерационной установки при окомковании шихты в тарельчатом грануляторе (по сравнению с ее грануляцией в барабанном окомкователе) пропорционален росту содержания тонкоизмельченного концентрата [7]. Можно констатировать, что изменение гранулометрического состава шихты приводит, по крайней мере, к двум последствиям: 1) изменяется структура насыпного слоя шихты, сформированного на агломашине, что связано с изменением условий сегрегации материала при неизменных условиях загрузки; 2) изменяется- распределение топлива по высоте слоя, что приводит к» изменению соотношения теплопотребности в нижнем и верхнем, слоях спекаемого материала и невозможности не только растворения, но и расплавления крупных гранул шихты, а также росту дефицита тепла в верхней части слоя. Таким образом, на основе краткого обзора и анализа литературы по вопросам повышения эффективности подготовки шихты, содержащей тонкоизмельченные концентраты, можно сделать следующие выводы: 1) окомкование агломерационной шихты в технологии производства агломерата является одним из первичных процессов, определяющих требования к техническим характеристикам и режиму работы оборудования; 2) с помощью процесса окомкования раздельно или комплексно могут быть решены три задачи: увеличение производительности агломашин, снижение энергозатрат и улучшение потребительских (металлургических) свойств агломерата; 3) основной причиной незавершенности процессов подготовки шихты является низкий уровень энергетического воздействия оборудования (вращающихся цилиндрических барабанов) на поток обрабатываемых материалов; 4) показателями эффективности собственно процесса окомкования агломерационной шихты являются две характеристики — гранулометрический состав (средний диаметр гранул) и прочность гранул (или уровень энергетического воздействия оборудования на обрабатываемый поток шихты), а процесса агломерации в целом — скорость процесса спекания; 5) увеличение нижнего и верхнего пределов крупности гранул окомкованной шихты лимитируется (кроме массовой доли тонкоизмельченного концентрата в железорудной части шихты) продолжительностью растворения. 22" гранул в железистом расплаве и температурным уровнем процесса спекания, связанным с расходом твердого топлива, его гранулометрическим составом и высотой спекаемого слоя. Таким образом, основными задачами исследования в части подготовки шихты к спеканию являются анализ работы барабанного окомкователя на стадиях гранулирования и уплотнения гранул; обоснование показателя, определяющего работу уплотнения материалов при окомковании шихты, а также разработка способа интенсификации агломерационного процесса в условиях АГП при сохранении качественных характеристик агломерата. 1.2. Загрузка шихты на агломерационную машину Заключительной операцией подготовки агломерационной шихты к спеканию является ее загрузка на агломерационную машину. Самая тщательная подготовка шихты может оказаться неэффективной из-за нерационального: формирования слоя шихты, которое включает распределение гранулометрического состава, топлива и насыпной массы шихты по ширине и высоте слоя. Целью оптимального формирования слоя шихты является увеличение скорости процесса спекания и выхода годного агломерата, снижение расхода твердого и газообразного видов топлива, для чего загрузка должна удовлетворять следующим условиям [34]: 1) достижению.одновременного по ширине ленты подхода зоны горения топлива к нижней границе слоя; 2) такому распределению гранулометрического состава шихты и, как следствие топлива, по высоте слоя, при котором максимально компенсируется дефицит тепла в верхней части; слоя и=исключается избыток тепла в нижней; 3) получению минимальной по абсолютной; величине и близкой по высоте слоя насыпной массы шихты; 4) стабильности во времени перечисленных характеристик. На наш взгляд, перечисленные условия должны быть дополнены еще одним: минимизации макронеоднородности распределения грансостава и топлива в объемеслоя, создаваемой в процессе загрузки шихты. На большинстве аглофабрик России узел загрузки шихты включает челноковый распределитель (далее ЧР), загрузочную воронку (ЗВ) с шибером, барабанный питатель (БП), стабилизатор потока шихты (СПШ), загрузочный лоток и гладилку (рис. 7).
Инженерная методика расчета газодинамической работы агломашин
Следовательно, при переходе на однослойную загрузку шихты естественная сегрегация, топлива не восполнила снижение содержания горючего углерода в верхней части слоя и сокращения пребывания1 слоя под горном при увеличении скорости ленты. Восстановление в опытах скорости ленты частично компенсировало снижение содержания углерода в шихте за счет увеличения продолжительности внешнего нагрева слоя. Однако, для полной компенсации потребовалось увеличить расход твердого топлива примерно на 3 %. По-нашему мнению, более эффективно задача могла быть решена и путем увеличения высоты слоя шихты. Так как в условиях АГП приоритетной задачей является увеличение производительности агломашин, то это послужило основанием для перевода всех агломашин на однослойную загрузку.
Применение двухслойной загрузки шихты при высоте слоя 600 мм на агломашине площадью 600 м фирмы "Син Ниппон Сайтэцу" в Вакамацу способствовало увеличению выхода годного с 70 до 73,9 % [47]. При этом одинаковая производительность агломашин была достигнута с меньшим удельным расходом топлива 51,5 против 45,2 кг/т, что позволило снизить содержание закиси железа с 6,34 до 5,68 % и повысить восстановимость агломерата. Полученные данные подтверждают результаты и выводы работы [48] относительно расхода газообразного и твердого топлив и скорости спекания при сравнении одно- и двухслойной загрузки, а также то обстоятельство, что в отдельных условиях технология двухслойной загрузки шихты имеет право на существование.
Пониженную прочность агломерата из верхнего слоя обычно связывают с дефицитом тепла в этой части слоя. Это справедливо лишь отчасти, поскольку важнейшая физико-механическая характеристика, связывающая скорость спекания и прочность спека, — объемная плотность шихты. По высоте слоя она распределяется неравномерно. Например, по данным [40, 46] при однослойной загрузке грубозернистой шихты объемная плотность шихты увеличивается сверху вниз слоя на 170-К260 кг/м3. Это обусловлено повышенным содержанием влаги, топлива и известняка в мелкой шихте верхнего слоя, различием в величинах коэффициента внутреннего трения (т) и угла естественного откоса (а), разным воздействием динамических и статистических нагрузок. Для фракций шихты НЛМК 3-0 и 8 мм значения т и а составляют 1,05 и 52, 0,90 и 35,5 соответственно. Как следствие, насыпная масса этих фракций шихты равна 1470 и 1890 кг/м3.
Сравнение объемной плотности слоев шихты- НЛМК при двух- и однослойной загрузке шихты и отборе проб после загрузки всего слоя дало следующие результаты: слой в целом — 1955 и 1805, нижний слой — 2070 и 1970, верхний слой — 1840 и 1740 кг/м3 соответственно [46]. Следовательно, снижение объемной плотности слоя шихты в основном и обусловило ускорение спекания при переводе агломашины АГП на однослойную загрузку.
Меньшая объемная плотность верхнего слоя шихты не может не вызывать снижение прочности получаемого из него агломерата, т.е. сегрегация шихты по крупности по высоте слоя для перераспределения топлива сопровождается и негативным влиянием на процесс спекания. Отсюда вытекает требование уплотнения верхнего слоя, которое дает весьма ощутимый эффект. По данным работы [48] при регулируемом уплотнении поверхностного слоя шихты на 30 мм от уровня борта паллеты достигнуто увеличение производительности ленты с 31 до 34 т/(м2хсут.) и выхода годного агломерата из спека с 68 до 72 %.
Усилие давления на поверхностный слой в первом приближении должно составлять 150—200 кг/м , что соответствует давлению верхнего слоя на нижележащий средний, имеющий оптимальную плотность [34]. Переуплотнение нижней части слоя можно уменьшить улучшением подготовки шихты к спеканию, установкой СПШ, уменьшением угла наклона загрузочного лотка и снижением усадки слоя при зажигании шихты.
Негативное влияние неравномерности спекания по ширине ленты на показатели процесса весьма велико, что отмечено рядом исследователей [34, 49-54 и др.]. Например, по данным [54] при агломерации шихты на основе концентрата в слое высотой 300 мм на агломашине АКМ-312 на расстоянии 50 мм от борта паллеты спекание завершается на 50 % длины ленты, на расстоянии 250 мм — на 70 %, а подход зоны горения к нижней границе слоя выравнивается по ширине ленты лишь на расстоянии 500 мм от борта паллеты. Показано, что при наличии защитной постели просос воздуха непосредственно через щель, образующуюся между бортом и спеком, не оказывает определяющего влияния на показатели процесса. Однако по мере формирования щели усиливается движение потока воздуха в слое по направлению к центру паллеты. Периферийная часть слоя, представленная охлаждаемым спеком, быстро расширяется. Средняя скорость перемещения границы между областями спекания шихты и охлаждения спека к центру ленты (горизонтальная скорость) составляет 68,7 мм/мин, общая площадь периферийной зоны — 48,5 м2 или 15,5 % от площади спекания, а расчетное уменьшение площади периферийной области даже на 20 % обеспечивает повышение производительности агломашины на 8,5 %.
Известен ряд способов борьбы с неравномерностью спекания шихты по ширине аглоленты, а именно: 1) организация направленной сегрегации шихты в промежуточном бункере [48] (мелкую шихту — к бортам паллет); 2) уплотнение слоя у бортов (гладилкой, катком); 3) постепенное увеличение высоты слоя от центральной части к бортам паллет [52, 53]; 4) применение "гофрированных" бортов с уширением паллет; 5) установка плоских,колосников и плит [55] у бортов паллет. Выбор рационального способа4 борьбы с неравномерностью«для условий аглопроизводства является одной из задач настоящего исследования; Стабильное распределение шихтьг по; высоте слоя достигается? путем увеличения; скорости вращения БП при соответствующем уменьшении высоты выходного отверстия ЗВ, применения СГШІ и ЗЛ с отрывом его нижней кромки; от слоя: С увеличением частоты вращения БИ: уменьшается дискретность выдачи-шихты из ЗВ. СПП1 обеспечивает уменьшение дискретности истечения шихты, из; ЗВ; разрушает уплотненные образования шихты и увеличивает рабочую-длину ЗЛ без увеличенияшысоты установки БП По; данным [57] установка наде БИ (на выходе из ЗВ) криволинейного "порога" уменьшила- линейное отклонение объемной; плотности шихты и содержания углерода топлива в объемах по 160 см? в 3—4 раза. Объемная плотность слоя шихты при этом снизилась на 2,8—3,8; %. Однако, короткий криволинейный порог не позволяет увеличить рабочую длину ЗЛ и не применим для тонкозернистых и склонных к налипанию шихт. Поэтому он был трансформирован в плоский ЄПШ с регулируемым углом наклона [39, 57], его конструктивные характеристики были, впервые отработаны- на агломашинах НЛМК и, благодаря высокой эффективности, он применяется в настоящее время как типовой элемент системы загрузки шихты..
Оптимизация режима совместной работы барабанных окомкователей и тарельчатых грануляторов
В результате выполнения диссертационной работы дано научно-техническое обоснование и разработан ряд технических решений, направленных на совершенствование технологических операций агломерационного производства. На основании литературного обзора и анализа актуальных задач, стоящих перед отраслью, перед диссертационной работой были поставлены задачи: 1) анализ работы барабанного окомкователя агломерационной шихты на стадиях гранулирования и уплотнения гранул и обоснование показателя, определяющего работу уплотнения материалов при окомковании шихты; 2) разработка комбинированного способа окомкования шихты барабанными окомкователями и тарельчатыми грануляторами; 3) выбор и реализация способов борьбы с неравномерностью процесса спекания по ширине ленты и в объеме слоя; 4) исследование условий формирования слоя в загрузочной воронке узла загрузки шихты на агломерационную машину и обоснование режима работы челнокового распределителя шихты для их оптимизации; 5) изучение механизма сушки и конденсации влаги в слое холодной и подогретой шихте и газодинамики начального периода агломерации; 6) разработка технологических и теплотехнических требований к управлению температурно-тепловым и газодинамическим режимом работы зажигательного горна; 7) анализ газодинамической работы агломашины АКМ-312, в том числе при использовании комбинированного окомкования шихты, замене батарейных циклонов на электрофильтры и существующих нагнетателей на высоконапорные. Получены следующие основные научные результаты. В качестве характеристики оценки внешнего уплотняющего гранулы воздействия и инструмента анализа процесса обоснован показатель, характеризуемый центробежной силой и включающий средний диаметр гранул, основные конструктивные и технологические характеристики вращающегося цилиндрического барабана. Установлена возможность интенсификации агломерационной установки процесса за счет увеличения уплотняющего воздействия окомкователей на обрабатываемый в них поток шихты путем применения тарельчатых грануляторов. Получена модель для определения среднего диаметра гранул окомкованной шихты НЛМК в зависимости от параметров работы тарельчатого гранулятора и от влажности шихты. На основании экспериментальных и модельных исследований технологической операции загрузки шихты на агломерационную машину установлены причины и характер формирования неравномерности распределения шихты в загрузочной воронке. Обоснован новый режим работы челнокового распределителя, минимизирующий указанную неравномерность. Модельные и экспериментальные исследования начального периода агломерации позволили дополнить теорию сушки агломерационной шихты Показано, что управление тепловым и газодинамическим режимом работы горна должно осуществляться путем стабилизации температуры поверхности слоя расходом газа и воздуха при поддержании атмосферного давления в горне. Необходимыми условиями для этого являются дросселирование вакуум-камер под горном, установка уплотнений между вакуум-камерами и уплотнение горна относительно паллет и слоя шихты. При этом при увеличении скорости ленты и изменении температуры поверхности слоя, обусловленными повышением газопроницаемости шихты, стабилизацию температуры следует осуществлять изменением расхода газа при сохранении соотношения газ - воздух, а при изменении температуры поверхности, обусловленном возмущениями по влажности шихты или расхода топлива — только расходом газа.
Показана эффективность применения комбинированного способа окомкования шихты с газодинамической точки зрения. Результаты работы по комбинированному окомкованию шихты, требованиям к режимам ее загрузки и зажигания, замене батарейных циклонов на электрофильтры и средненапорных нагнетателей на высоконапорные могут быть использованы в отрасли при модернизации и проектировании новых аглофабрик. В качестве меры борьбы с: неравномерным распределением скорости спекания по ширине; паллет также может быть использован опыт, АГП НЛМК по уширению бортов паллет при неизменной ширине колосникового-поля, что обеспечило существенное улучшение показателей процесса спекания шихты. В этом практическая» полезность работы. На агломерационной машине АКМ-312 № 4 внедрена промышленная установка для комбинированного окомкования шихты, включающая 3 тарельчатых гранулятора, с помощью которой отработана технология комбинированного окомкования шихты. Удельная производительность агломерационной машины № 4 возросла, на 5,0%, улучшились металлургические свойства агломерата.. Годовой экономический эффект от применения грануляторов шихты составил около 25 млн. рублей. Подтверждающий акт (копия)- по внедрению новой технологии комбинированного окомкования на агломашине №4 и. Расчёт показателей экономической эффективности, прилагается к диссертационной работе (приложения 1,2). В приложениях 3,4: представлены Диплом лауреата международной выставки Металл-Экспо (2007 г.) за разработку и внедрение способа загрузки агломерационной шихты и Золотая медаль лауреата международной; выставки Металл-Экспо (2010т.) за совершенствование и внедрение технологии, техники и управления процессом агломерации;
Исследование газодинамической работы агломашин АКМ-312
Что касается различного толкования эффекта дросселирования исследователями, можно согласиться с обобщенной оценкой, данной в работе [90]: "Дросселирование вакуум-камер, расположенных под горном, эффективно во всех случаях и во всех отношениях и должно быть обязательным элементом технологии, так как оно снижает расход горновых газов через слой (т.е. топлива на зажигание шихты), приводя в соответствие скорости фронтов теплопередачи и горения топлива, уменьшает подсосы воздуха в горн, устраняя тем самым основную причину неравномерного распределения температур по ширине горна, сокращает подсосы воздуха в газоотводящий тракт, увеличивая разрежение в коллекторе агломашины и скорость процесса спекания. Если дросселирование первых вакуум-камер сопровождается общим снижением усадки слоя спекаемой шихты (под горном и в процессе спекания), то конечный эффект возрастает, и признаком этого является снижение или отсутствие роста разрежения в коллекторе агломашины при одновременном увеличении скорости процесса спекания. Борьба с усадкой слоя шихты актуальна прежде всего для структурно неустойчивых, плохо подготовленных шихт с непрочными гранулами, разрушающимися под воздействием конденсирующейся в слое влаги..." Вид топлива. В зависимости от вида-топлива, сжигаемого в горне, одна и та же температура горновых газов достигается при разном коэффициенте расхода воздуха и, следовательно, при разном содержании кислорода в продуктах сгорания. Согласно [103] достаточная для внешнего нагрева слоя с точки зрения содержания кислорода и водяных паров доля богатого газа (природного или коксового) в смеси с доменным составляет 30-35 %. На практике выбор топлива для этих целей, как правило, отсутствует. Поэтому на агломашинах АГП для внешнего нагрева применяется смесь природного (12 %) и доменного газов (88 %).
Комбинированный нагрев шихты. Целью комбинированного нагрева шихты (совместного нагрева слоя внешним и внутренним источниками тепла, далее — КНШ) является повышение прочности и выхода годного агломерата за счет выравнивания температурно-тепловых условий по высоте слоя спекаемой шихты, а также частичная замена твердого топлива газообразным. В наиболее развитом виде КНШ включает предварительный нагрев слоя шихты на ленте, собственно зажигание шитый дополнительный нагрев слоя.
Попытки заменить подогрев шихты возвратом или в барабанных окомкователях газом или паром предварительным подогревом слоя- в течение нескольких — до 10 мин непосредственно на агломашине перед зажиганием теплоносителем с постоянной температурой 300 или 800С были предприняты авторами [104, 105]. Цель этих опытов — снижение расхода твердого топлива. Однако, ввиду использования под этот процесс значительной площади1 агломашины и лишения процесса агломерации его основного преимущества — движущегося по высоте слоя внутреннего источника тепла (зоны горения топлива), обеспечивающего высокую скорость нагрева шихты и концентрацию необходимых для плавления высоких температур в узкой зоне, этот способ был обречен на неудачу.
В 1951 г. В.И. Распоповым [106] опытами в лабораторной чаше было установлено,- что расход твердого топлива может быть снижен до 20 %, если в слой после зажигания шихты подать горячий воздух в течение первой трети процесса спекания. Это исследование положило начале изучению и внедрению комбинированного нагрева шихты (КНШ).
Первые промышленные опыты по сжиганию газа над слоем спекаемой шихты осуществлены фирмой Лурги в 1953 г. на заводе Бурбах [107]. Промышленное применение этого метода началось в ФРГ, где в 1959 г. с использованием воздуха с температурой 840С, нагреваемого в кауперах, была пущена аглофабрика в составе 4-х машин общей площадью спекания 132 м [108]. При перекрытии камерой для КНИГ 30 % площади спекания и расходе воздуха 213 м /т агломерата расход твердого топлива был снижен с 123 до 93 кг/т (24,3 %). Производительность агломашин возросла на 8,3 %, а общая экономия условного топлива составила 15 %. Детальные исследования КНШ были проведены Н. Raush и К. Meyer в ФРГ на двух агломашинах площадью спекания по 60 м [109]. На каждой из них за коротким зажигательным горном был установлен дополнительный горн длиною 12 м, отапливаемый доменным газом. Прочность агломерата оценивалась по выходу фракции +20 мм после обработки в барабане в течение 3-х минут. Оптимальная продолжительность КНШ составила 30 % от времени спекания. Дальнейшее увеличение времени КНШ сопровождалось резким снижением производительности ленты и падением прочности агломерата. Восстановимость агломерата по мере роста времени КЕШ непрерывно росла.
Вслед за ФРГ КНШ получил широкое распространение в различных вариантах в Англии, Японии, США и СССР. В СССР были испытаны различные способы внешнего нагрева слоя [109]: с пульсирующей подачей продуктов сгорания газа на первую треть или всю площадь агломашины, с одновременной или раздельной термообработкой над разгрузочной частью и первой 1/3 агломашины, с термообработкой спека в разгрузочном бункере агломерата, с непрерывной подачей продуктов сгорания над всей агломашиной. При этом в качестве устройств для КНШ на начальном этапе применялись системы трубчатых горелок, в т.ч. с подачей в факела сжатого воздуха, беспламенные панельные горелки и удлиненные камерные горны. По обобщенным данным [ПО] экономия твердого топлива на аглофабриках МЧМ СССР, начавших в 60-х годах в различных вариантах внедрять КНШ, составила от 7,5 до 16%.
В результате анализа результатов предварительно полученного опыта КНШ был признан эффективным методом совершенствования процесса агломерации, что послужило его широкому директивному внедрению на аглофабриках МЧМ СССР. Оно осуществлялось на базе горнов камерного типа, впервые с большим эффектом внедренных на ММК и ОХМК [109, ПО] и занимающих от 20 до 30 % площади спекания агломашин. В горнах совмещались все операции внешнего нагрева: подогрев шихты до температуры воспламенения топлива, собственно зажигание и дополнительный нагрев слоя.
По обобщенным данным [111], в 80-х годах аглофабрики МЧМ СССР, имеющие годовое производство агломерата 54,9 млн. т, получили за счет внедрения КНШ годовую экономию твердого топлива в количестве 250 тыс. т при снижении выбросов GO и С02 в атмосферу на 138 и 577 тыс. т в год соответственно. При этом повышалась прочность агломерата, а общий расход тепла на производство агломерата оставался как правило, на одном уровне.
Режим КНШ можно условно разделить на "классический! и "экономичный" [91]. Для классического режима (вместе с зажиганием занимает около 30 % от площади спекания агломашины) характерно установление заданной, одинаковой по высоте слоя максимальной температуры материала и; как следствие, оптимального количества расплава при максимальном количестве тепла, вносимом в слой внешним источником., При дальнейшем увеличении длины горна тепло внешнего источника расходуется преимущественно на-перегрев-спека. За "экономичный" принят режим,, при котором, достаточно компенсировать дефицит тепла в верхней части слоя (10 % от площади спекания после зажигания).
