Электронная библиотека магистра ДонНТУ Горнилиной А.М.

Конспект лекций по дисциплине "Теоретические основы интенсификации процессов окускования" для студентов специальности 6.090401 "Металлургия черных металлов" специализаций "Металлургия чугуна" и «Подготовка железорудного сырья к металлургическому переделу и утилизация отходов металлургического производства» (заочной форм обучения) / Сост. В.Б.Семакова. - Мариуполь, ПГТУ, 2006. - 47 с.

4 МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Горение твердого топлива в условиях агломерационного процесса протекает в узком слое, при этом его частицы разобщены друг от друга рудной массой, а образующиеся продукты горения резко охлаждаются при прохождении через нижележащие пласты влажной шихты. Вследствие разобщенности частиц топлива не весь кислород воздуха реагирует с углеродом. Часть воздуха проходит зону горения, не касаясь частиц топлива, и присоединяется к продуктам горения, которые обычно содержат 3 - 4 % кислорода при нормальном расходе топлива.

При спекании шихты со средним и высоким расходом топлива скорость движения зоны горения, а следовательно, и производительность аглопроцесса, определяется скоростью горения частиц топлива, которая зависит от количества кислорода, подводимого в единицу времени к зоне горения твердого топлива. Зона горения поглощает весь кислород, и коксовые частицы под зоной горения не воспламеняются, даже если нагреты до температуры воспламенения, из-за нехватки кислорода. В этих условиях применяются методы интенсификации процесса горения топлива, направленные на увеличение количества кислорода, подаваемого в спекаемый слой: агломерация под давлением, повышение вакуума под аглолентой, обогащение воздуха кислородом и т.д.

При агломерации с низким расходом топлива скорость движения зоны высоких температур определяется скоростью теплообмена под зоной горения. В данном случае количества кислорода под зоной горения достаточно для горения топлива, однако частицы топлива не нагреты до температуры воспламенения. С целыю увеличения производительности аглопроцесса применяются различные методы ускорения реакции горения углерода топлива.

5 МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗОНЕ ГОРЕНИЯ ПО ВЫСОТЕ СПЕКАЕМОГО СЛОЯ

При агломерации железорудных материалов в небольшом по высоте участке слоя шихты (в активной зоне) протекает процессы горения твердого топлива, разложения гидратов и карбонатов, окисления или восстановления железа и марганца из оксидов, взаимодействия компонентов шихты и образования новых химических соединений, их размягчение, плавление и кристаллизация.

Процесс спекания агломерата характеризуется определенным уровнем максимальных температур в зоне горения (1300-1500 °С при спекании неофлюсованной шихты, 1200-1300 °С при спекании офлюсованной шихты). При спекании с постоянным количеством топлива по высоте слоя шихты в результате регенерации тепла нижние слои шихты получают гораздо больше тепла, чем верхние, что приводит к получению в нижних слоях более оплавленного агломерата с повышенным содержанием FеО. В верхней части спекаемого слоя ощущается нехватка тепла, полученный агломерат характеризуется пониженной прочностью.

Для улучшения механических свойств агломерата необходимо обеспечивать одинаковый температурный режим в зоне горения на всех горизонтах аглослоя. Для выхода на данный режим необходимо устранить нехватку тепла в верхнем слое (дополнительный обогрев) и избыток тепла в нижнем слое аглопирога (двухслойное спекание). Улучшение качества агломерата способствует использование тепла регенерации при увеличении высоты слоя.

6 МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АГЛОМЕРАТА

Наименее прочными являются агломераты основностью 1,2 - 1,4, содержащие наибольшее количество различных фаз, что обусловливает максимальные значения структурных и фазовых напряжений в аглопироге. Вредное воздействие на прочность агломерата оказывает присутствие в его структуре хрупкого стекла, в особенности двухкальциевого силиката, подверженного полиморфному превращению. Добавки магнезита, доломита и других стабилизаторов предотвращают полиморфное превращение ларнита (химическая стабилизация агломерата). Термообработка агломерата (повторный нагрев до температур 1100 °С) обеспечивает раскристаллизацию наиболее хрупкой его составляющей - стекла.

С целью обеспечения высокой прочности железорудного материала получают агломераты двух типов: малоофлюсованные и железофлюс, которые далее используются в доменных печах в соответствующих пропорциях.

Высокой прочностью обладает агломерат, полученный методом двухслойного спекания, который позволяет спекать в верхнем слое неофлюсованный или слабо офлюсованный агломерат, а в нижнем слое - железофлюс. При спекании смеси высокоосновной и низкоосновной шихт, представленной гранулами различной основности, минералообразование в отдельных объемах происходит в значительной степени по схемам, характерным для высокоосновных и низкоосновных агломератов. Вследствие этого агломерат, полученный из смеси шихт различной основности, имеет более высокую прочность, чем агломерат той же основности, но спеченный из обычной шихты.

Добавка в шихту предварительно перемешанной смеси извести с железосодержащим материалом ("ферритной" смеси) обеспечивает благоприятные условия для усиленного образования ферритов кальция в твердой фазе, увеличения количества расплава, улучшения качества агломерата.

Более прочные куски агломерата выделяются при стабилизации гранулометрического состава («калибровка»), проводимой путем обработки спека во вращающихся барабанах с последующим отсевом образовавшейся мелочи.