Olena Zhyriakova

Развитие технологии загрузки шихты на агломерационные машины*. Металл и Литье Украины, №9-10, 2007.

Развитие технологии загрузки шихты на агломерационные машины
А.Я.Илюхин, И.А.Овчинникова*
*работа выполнена под руководством к.т.н., доцента И.М.Мищенко

Поиск способов модернизации технологии и оборудования загрузки шихты на агломашины продолжает оставаться актуальной задачей, поскольку в агломерации пока еще не разработано такое уникальное загрузочное устройство (далее ЗУ), которое бы отвечало всем требованиям современной технологии формирования на агломашине слоя с оптимальными температурно-тепловыми и газодинамическими характеристиками.
Следует подчеркнуть, что проблема качественной укладки слоя шихты на агломашину по своей значимости в аглопроцессе мало уступает аналогичной проблеме загрузки доменных печей. Такие важные показатели агломерации, как прочность спека, производительность агломашин, расход твердого и газообразного топлив, потери шихты в виде просыпи и пылеуноса из слоя, степень износа колосников и бортов спекательных тележек и, наконец, эффективность работы эксгаустеров (использования создаваемого ими разрежения для спекания нормально уложенного или недогруженного, или переуплотненного слоя) - все это в значительной степени определяется уровнем технологии загрузки шихты на агломашины.
Рассматриваемые далее отечественные системы загрузки не соответствуют многим требованиям специфической технологии подготовки и спекания шихты из железорудных концентратов и отходов. В целом, ЗУ отечественных агломашин менее совершенны, чем некоторые зарубежные аналоги, и нуждаются хотя бы в элементарной модернизации.
Здесь следует обратить внимание на главное. Агломерационные фабрики Украины - основные производители окускованного рудного сырья для доменного производства отрасли - давно морально и физически устарели, многие десятилетия не обновлялись, производят некачественный агломерат, почти на 30-40% больше, чем за рубежом, сжигают твердого топлива, на 50-70% определяют экологическую «картину» предприятий по выбросам пыли, СО, SO2, и других супертоксичных газов. Поэтому так необходима модернизация аглофабрик и в целом, и по отдельным агрегатам и устройствам цепи аппаратов.
Напомним, что ЗУ выполняет завершающую операцию в цикле подготовки шихты к процессу спекания и должно обеспечивать:

• малую степень разрушения гранул и комков шихты при перегрузках ее от барабана-окомкователя до спекательных тележек агломашин;
• идентичность гранулометрического состава шихты по ширине и высоте спекаемого на агломашине слоя;
• оптимальную степень сегрегации шихты при максимально возможной концентрации топлива в верхней части слоя и крупных классов шихты - в нижней;
• постоянную (заданную) высоту слоя шихты по ширине и, следовательно, по длине всей площади спекания агломашины.

По мнению авторов, эти основные функции ЗУ можно дополнить новыми (или модернизированными), исходящими, в том числе и из приведенных в статье материалов. Они включают:

• минимальное уплотнение основной массы шихты при укладке в основные, центральные зоны слоя;
• локальное переуплотнение шихты периферийных зон слоя и вдоль бортов спекательных тележек;
• автоматическое регулирование расхода, режима движения и степени сегрегации шихты при выходе ее из промежуточного бункера и падении на отражательный лоток и спекательные тележки агломашины;
• обеспечение дозированной загрузки тонкого слоя мелкого коксика, угля крупностью менее 0,5 мм или других дешевых органических топлив на поверхность слоя перед зажигательным горном;
• регулируемое формирование в загружаемом слое, так называемых, отдушин с помощью механических или пневмомеханических приставок к ЗУ;
• регулируемое выравнивание (заглаживание) поверхности слоя перед зажиганием дополнительного (запального) и основного топлива шихты.

Анализ влияния технологии загрузки шихты на показатели процесса спекания
Производительность процесса. Известно, что главным фактором влияния на производительность агломашины является скорость спекания шихты. Основу для оптимальной скорости спекания создают преимущественно на стадии окомкования шихты - превращения ее в прочные гранулы и комки, способные выдержать, не разрушаясь, динамические, статические и различные внутрислоевые нагрузки. Мягкая укладка рассредоточенного на ЗЛ слоя шихты, как оказалось, может не только предупредить разрушение гранул, но и создать неплотный слой с повышенной порозностью.
Результаты улучшения параметров и показателей процесса по основным рассмотренным вариантам совершенствования загрузки шихты представлены в обобщенном виде в табл. 1.


Таблица 1 - Влияние технологий укладки шихты, обеспеченных различными типами ЗУ агломашин, на показатели процесса спекания

* - СТ - массовая доля углерода топлива;
** - прогнозные величины

Анализ показателей работы ЗУ (табл. 1) показывает, что почти во всех случаях существенного улучшения укладки - сегрегации шихты достигнуто увеличение производительности процесса агломерации как за счет повышения скорости спекания более газопроницаемой шихты, так и за счет увеличения выхода годного продукта. Последнее становится возможным потому, что прочность аглоспека возрастает вследствие улучшения температурно-тепловых условий спекания по высоте слоя. С одной стороны - в этом благоприятном направлении действует сегрегация твердого топлива снизу вверх, а с другой - увеличение высоты слоя и его нижней, преобладающей зоны, для которой характерны стабильно высокие температуры спекания и замедленное охлаждение расплава.
Из множества исследований, объясняющих благоприятное влияние технологии загрузки шихты на производительность и другие показатели процесса спекания, отметим работу С.Н.Петрушова с сотрудниками. В ней наиболее контрастно дана количественная характеристика процесса сегрегации в связи с нахождением оптимального угла наклона ЗЛ (45 град) (табл. 2).


Таблица 2 - Изменение гранулометрического состава шихты и содержания углерода топлива по высоте слоя (угол наклона ЗЛ 45 град, высота слоя 350 мм)

Из данных таблицы видно, что типовая загрузка обычным КЗУ относительно высокого для отечественной практики слоя шихты - 350 мм при наклоне ЗЛ 45 град обеспечивает сегрегацию 74,2% мелких классов размером 0-3 мм - носителей углерода топлива - в верхние горизонты слоя толщиной 100 мм, для которых характерна нехватка тепла. Содержание горючего углерода в двух верхних горизонтах слоя шихты на 1,5% (абс.) превышает среднюю его величину для всего слоя, а разница между содержанием твердого топлива вверху и внизу слоя составляет 2,5%. Такие весомые результаты достигаются редко и объяснить их можно, в частности, образцовой организацией как самого процесса исследования, так и режима работы шихтового тракта и ЗУ агломашины.
Совершенная загрузка увеличивает не только порозность слоя шихты, но и пористость спека. Просасываемый по множеству пор и каналов самой шихты воздух и в застывающем спеке фиксирует множество крупных открытых пор, по которым в ходе всего процесса спекания облегчается доступ кислорода воздуха в зону горения. Это положение подчеркивают данные о лучшем (на 3,7%) использовании кислорода воздуха при спекании разрыхленной шихты. Рыхлые зоны - каналы в слое - повышают газопроницаемость лимитирующих зон плавления и переувлажнения шихты.
Таким образом, почти во всех упомянутых случаях усовершенствования технологии загрузки аглошихты достигнуто увеличение производительности процесса: на 3-5% в условиях отечественной практики и на 7-14% в условиях применения современных ЗУ на японских аглофабриках.
Прочность спека, гранулометрический состав агломерата. Эти самые важные для доменного производства показатели агломерации определяются многими факторами, среди которых ведущую роль занимают: содержание углерода топлива в шихте, температурно-тепловые условия спекания, основность шихты, интенсивность охлаждения и совершенство технологии обработки спека. Именно последняя, наиболее несовершенная стадия аглопроцесса сильно ограничивает возможности получения качественного агломерата на аглофабриках Украины. Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что технология загрузки шихты может влиять не только на производительность, но и на прочность агломерата и его окончательную характеристику холодной прочности - гранулометрический состав. Лучший показатель «загрузочного» упрочнения агломерата. - снижение содержания в нем вредных мелких классов 0-5 мм на 4,5% (абс.) - достигнут на ОАО «Запорожсталь» даже в ущерб производительности агломашин. Снижение ее на 6% (из-за уменьшения насыпной массы и падения скорости спекания в более высоком слое) было признано несущественным на фоне больших выгод в доменном производстве.
В других работах, характеризующих в основном японскую практику, отмечается увеличение выхода годного продукта на 1,3-4% и снижение содержания фракций 0-5 мм в агломерате на 1,2-2,4%. Из промышленного опыта известно, что одновременное значительное повышение производительности и прочности агломерата не всегда достигается, т.к. определяющие их факторы действуют в диаметрально противоположных направлениях. Поэтому приходится искать компромиссное положение между этими показателями или отдавать предпочтение только одному из них, как это обоснованно сделали на ОАО "Запорожсталь".
Удельный расход энергоносителей. В сравнении с зарубежной практикой, энергоемкость продукции отечественных аглофабрик на 30-40% выше по сравнению с зарубежными при несравнимо малой мощности агломашин и слабом оснащении всего цикла подготовки и спекания шихты современным оборудованием.
Вопросам распределения углерода топлива между фракциями окомкованной шихты и его сегрегации при загрузке на агломашины посвящено много работ. Установлено, что топливо сосредоточено в мелких классах шихты 0-3 мм, почти, как правило, сегрегирующих в верхние горизонты слоя. Распределение углерода топлива по высоте слоя зависит от совершенства ЗУ, крупности топлива и окомкованной шихты. Увеличение содержания углерода в верхних элементарных слоях в 1,5 раза и более используется в основном для упрочнения спека этих слоев. Если в реальных условиях совершенной загрузкой создаются возможности для увеличения высоты слоя, тогда этот фактор самостоятельно обуславливает снижение удельного расхода твердого топлива.
Высота слоя увеличивается <на 20-60 мм в связи с лучшей загрузкой шихты и расход топлива снижается соответственно на 0,85-4%. При вводе твердого топлива на поверхность или в верхнюю толщу слоя перед зажиганием появляется возможность экономии дефицитного газообразного топлива - природного газа. За счет твердого топлива температура в верхнем горизонте слоя повышается до необходимого уровня при меньшем расходе более дорогого газообразного топлива для зажигания. По данным табл. 1 видно, что применение модели ЗУ с рыхлителями обеспечило не только увеличение производительности агломашин, но и уменьшение на 9-16% удельных расходов газа и электроэнергии.
Выводы
Модернизированные загрузочные устройства агломашин на базе барабанных питателей с различными модификациями стабилизаторов, плоских, роликовых, стержневых и др. укладчиков и рыхлителей шихты успешно применяют в мировой практике. Они обеспечивают увеличение производительности агломашин, улучшение качества агломерата, снижение расхода энергоносителей.
Особого внимания заслуживают дополнительные устройства для ввода твердого топлива в верхний слой шихты на стадии укладки на агломашину, поскольку такой вариант использования твердого топлива способствует упрочнению агломерата и позволяет экономить дорогое и дефицитное газообразное топливо - природный газ.
В объем работ по модернизации ЗУ агломашин и всей шихтоподачи на аглофабриках предприятий Украины целесообразно включить:

• создание на базе современного оборудования поточно-транспортных систем, обеспечивающих заданный, автоматически регулируемый, устойчивый поток шихты от дозировочного отделения до спекательных тележек агломашин за счет: исключения налипаний, задержек материалов, придания им достаточной сыпучести используемыми в практике агломерации методами; применения современных уровнемеров, тензодатчиков, весовых дозаторов и конвейерных весов, средств автоматического управления расходом шихтовых материалов с применением вычислительной техники;
• исследование и внедрение относительно несложных, возможно автоматически управляемых приставок ЗУ в виде шиберных и сегментных затворов промежуточных бункеров, шарнирно соединенных секций стабилизаторов потока, двухсекционных ЗЛ и рыхлителей слоя шихты применительно к высокослойному спеканию (450-600 мм) шихты повышенной основности (1,7-2,4 абс.ед) - стратегическому направлению развития агломерации в Украине;
• исследование ввода твердого топлива мелких фракций (менее 0,5 мм) в шихту верхних горизонтов слоя.