Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Присутствие в шихте влаги оказывает большое влияние на протекание процесса спекания и в значительной мере определяет все показатели агломерации.
Из рис. 47 и 48 видно, что газопроницаемость и вертикальная скорость спекания для каждой конкретной шихты имеют наибольшее значение при определенной оптимальной влажности. Для разных шихт оптимальная влажность различна: для сульфидных свинцовых концентратов, имеющих кристаллическую структуру, она составляет 4,5—6% влаги, для гидрофильных окисленных никелевых руд достигает 23%. Однако для всех шихт отклонение влажности от оптимальной более чем на ±15% (отн.) приводит к резкому ухудшению показателей, а иногда и к полному прекращению процесса спекания. Так, например, на Чимкентском свинцовом заводе оптимальная влажность шихты составляла 4,5—6%.
Снижение ее до 3,6% не препятствовало доведению содержания серы до нормы, но скорость спекания настолько уменьшилась, что даже при минимально возможной скорости паллет был получен плохо спекшийся непрочный агломерат, а температура отходящих газов заметно снизилась. При переувлажнении шихты до 7,1—8% на той же агломерационной машине получался неспеченный агломерат, хотя содержание серы в нем было ниже 3%. Эти опыты показали, что нарушение узких пределов оптимальной влажности приводит к резкому замедлению процесса агломерации и к выдаче непрочного агломерата. При этом было подтверждено, что удаление серы опережает процесс спекания.
Влажность шихты на процессе агломерации сказывается двояко: с одной стороны, от нее зависит окомкованность и, соответственно, газопроницаемость холодной шихты; с другой стороны, влага является терморегулятором горения и оказывает влияние на газопроницаемость шихты в процессе спекания.
Практически оптимальную влажность спекания считают совпадающей с оптимальной влажностью окатывания и судят о ней по минимальному насыпному весу. Однако для тонких материалов оптимальная влажность спекания соответствует несколько большему содержанию влаги. Следует заметить, что оптимальная влажность зависит от минералогических и физических свойств руды, от количества и свойств флюсов, вводимых в шихту спекания, и от крупности зерен. Установлено, что с увеличением доли возврата в шихте и крупности его оптимальная влажность снижается.
Механизм удаления влаги иллюстрируется кривыми на рис. 49. В начале процесса температура отходящих газов была низкой и медленно возрастала с 20 до 55°. В этот период кривая точек росы лежала ниже кривой влажности отходящих газов, что свидетельствовало о насыщении и даже перенасыщении отходящих газов влагой и подтверждало конденсирование влаги в нижнем слое шихты. По мере прогрева шихты температура отходящих газов возрастала, содержание в них влаги повышалось с 20—30 до 150 г/м3, а количество уносимой влаги увеличивалось в 5—7 раз. Затем влажность газов снова снижалась и газы уходили не насыщенными влагой; с этого момента прекращалась конденсация влаги в нижнем слое шихты и начиналось его высыхание, одновременно резко повышалась температура газов. Так, присутствие переувлажненного слоя шихты удерживало температуру отходящих газов на низком уровне.
Для уточнения роли влаги непосредственно в процессе спекания И.Д. Резником, П.И. Воскресенским и М.С. Кругляковой были проведены сравнительные опыты спекания увлажненной и предварительно прокаленной шихты окисленных никелевых руд одинакового со става на чаще с постоянным расходом воздуха.
Из рис. 50, а видно, что при спекании влажной шихты зона высоких температур в слое имеет небольшую протяженность; в момент достижения максимальной температуры, равной 1120°. на глубине 140 мм от поверхности, в зоне, расположенной на 100 мм выше, температура уже успела снизиться до 500°, а в момент достижения максимальной температуры, равной 1120°, на глубину 140 мм от ниже 600°. Вертикальная скорость спекания изменялась: на первом участке в начале процесса она была равна 40 мм : 12 мин. = 3,3 мм/мин, к концу процесса у колосниковой решетки она составляла 60 мм/мин. Температура отходящих газов имела ясно выраженный максимум, что позволяло легко определять среднюю вертикальную скорость и удельную производительность процесса.
Иная картина имела место при спекании предварительно прокаленной шихты (с.м. рис. 50, б): температура в слоях и температура отходящих газов достигала максимума быстрее, чем при спекании влажной шихты, что соответствовало более высокой вертикальной скорости спекания. Однако высокая температура в слоях удерживалась более длительное время и зона высоких температур растягивалась на всю высоту слоя; температура отходящих газов также длительное время оставалась на высоком уровне, затрудняя определение момента окончания процесса
Как видно из табл. 8, при постоянном и неизменном количестве просасываемого воздуха спекание предварительно прокаленной шихты привело к повышению вертикальной скорости спекания и удельной производительности, но одновременно вызвало повышение сопротивления шихты.
Особенно наглядно зависимость между влажностью шихты и сопротивлением слоя видна в процессе спекания при повышенном количестве просасываемого воздуха (рис. 49, б, 50, в и табл. 8), поскольку абсолютная величина сопротивления в этом случае значительна. Так, при спекании шихты, предварительно подсушенной до 2,2% влаги, разрежение под решеткой возросло с 380—430 до 970 мм вод. ст. при постоянном расходе воздуха, равном 38,3 м3/м2*мин. Повышение разрежения при отсутствии влаги объясняется увеличением протяженности зоны высоких температур, что приводит к удлинению пути газов в горячем слое, представляющем для движущихся газов основное сопротивление. К концу процесса спекания, когда верхние слои агломерата начинают охлаждаться, зона высоких температур сокращается, сопротивление падает, а с ним снижается и разрежение. Присутствие влаги в шихте препятствует быстрому распространению горения, обеспечивает малую протяженность зоны высоких температур и тем самым ограничивает рост сопротивления шихты.
Характеристики эксгаустеров агломерационных машин позволяют обычно просасывать максимальное количество газов при сопротивлении шихты, соответствующем оптимальной влажности. Поэтому снижение влажности шихты и связанное с этим увеличение сопротивления приводят к значительному уменьшению количества просасываемых эксгаустером газов, снижению температуры в слое и ухудшению качества агломерата. При спекании сухой шихты сопротивление слоя возрастает настолько, что в промышленных условиях потребовалась бы установка значительно более мощных эксгаустеров. Следовательно, для достижения максимальной производительности эксгаустера, а с ней и максимальной производительности агломерационной машины, необходимо поддерживать оптимальную влажность шихты. Снижать влажность шихты для увеличения производительности можно и целесообразно только при возможности повышения разрежения, создаваемого эксгаустером.
Распространение зоны высоких температур на всю высоту слоя при отсутствии влаги приводит к получению раскаленного агломерата, что в свою очередь снижает тепловой коэффициент полезного действия агломерационной машины и вызывает повышенный расход горючего.