» » Воздушный режим спекания
02.06.2015

Увеличение количества воздуха, просасываемого через шихту в единицу времени, повышает вертикальную скорость спекания и удельную производительность по выдаче агломерата. Влияние повышенного расхода воздуха может быть иллюстрировано экспериментальными работами на опытных чашах и подтверждено практикой работы агломерационных машин.
В табл. 8 было показано, что при спекании окисленной никелевой руды на агломерационной чаше увеличение количества просасываемого воздуха с 23 до 38,3 м/м2*мин, т. е. в 1,7 раза, привело к повышению вертикальной скорости спекания в 1,8 раза; следовательно, скорость спекания возросла прямо пропорционально расходу воздуха.
Рис. 49, б и 50, в аналогичны рис. 49, а и 50, а, но соответствуют увеличенной скорости воздуха. При повышенном количестве просасываемого воздуха максимальная температура в слоях наступает быстрее, но зона высоких температур сохраняет небольшую протяженность. Вертикальная скорость спекания, так же как и при меньшей скорости воздуха. не постоянна по ходу процесса. Характер кривых влажности и температуры газов в обоих случаях одинаков, но при увеличенной скорости воздуха точки максимумов сдвинуты в сторону ускорения процессов. В обоих примерах восходящая ветвь кривой влажности близка к кривой точек росы, что свидетельствует о насыщении газов парами воды; перегиб кривой влажности совпал по времени с началом резкого подъема температуры отходящих газов и т. д.
Полная аналогия явлений, протекавших при разных скоростях воздуха, свидетельствует о том, что повышение расхода воздуха не просто ускорило горение коксика. но вызвало ускорение всех процессов, протекающих при спекании. Это подтверждает рассмотренную выше двойную роль просасываемого воздуха как носителя кислорода для горения и как переносчика тепла и влаги из слоя в слой.
Количество просасываемого в единицу времени воздуха зависит от следующих факторов:
а) газопроницаемости холодной и горячей шихты;
б) разрежения, развиваемого эксгаустером;
в) высоты слоя шихты на колосниковой решетке;
г) степени герметичности аппаратуры, определяющей долю воздуха, просасываемого через шихту, и долю подсосов.
Газопроницаемость

Удельная газопроницаемость показывает объем воздуха (приведенного к нормальным или комнатным условиям), просасываемого в единицу времени через единицу площади спекательной решетки при сравнимых условиях; она выражается в кубометрах на квадратный метр или в метрах в единицу времени.
Газопроницаемость холодной шихты зависит от ее гранулометрического состава. Присутствие большого количества мелких классов снижает газопроницаемость шихты. Руды и концентраты, состоящие из частиц мельче 0,3 мм, из-за низкой газопроницаемости практически не пригодны к спеканию без специальной подготовки.
Поскольку укрупнение гранулометрического состава уменьшает сопротивление слоя холодной шихты, неоднократно предпринимались попытки оставлять в шихте крупные классы руды или вводить крупнокусковой возврат и флюсы. Однако эти попытки не имели большого успеха. Так, например, при исследовании на агломерационной чаше газопроницаемости сырой и спекающейся шихты из окисленных никелевых руд с различным ситовым составом И.Д. Резник и 3.Ф. Адова установили следующее;
1. Газопроницаемость холодной шихты возрастает с увеличением крупности составляющих ее зерен. Однако при содержании более 60% мелких, главным образом пылеватых, классов руды (мельче 5 мм) присутствие зерен более крупных фракций не оказывает значительного влияния на абсолютную величину газопроницаемости.
2. Газопроницаемость холодной шихты в недостаточной степени характеризует пригодность материалов к агломерации, поскольку наибольшим сопротивлением обладает шихта в процессе спекания (рис. 51). Падение газопроницаемости при зажигании шихты обусловлено высокой температурой, развивающейся в зоне горения. Нагреваясь, воздух и отходящие газы в несколько раз увеличиваются в объеме и скорость их возрастает, что приводит к увеличению сопротивления по квадратичному закону.
Газопроницаемость остывшего агломерата практически была равна газопроницаемости сырой шихты.
3. Удаление из шихты крупных классов руды (+15 мм) снижало газопроницаемость и вертикальная скорость спекания уменьшалась на 8,5%. Но спекание более однородной шихты без крупных комков при постоянном расходе горючего давало агломерат лучшего качества, а при неизменном качестве агломерата расход коксика снижался с 12 до 10 /о от веса шихты.
4. Снижение производительности (на 8,5%) вследствие исключения из шихты крупных классов руды с избытком компенсировалось тем, что при этом 28% кускового материала выделялось в отдельную фракцию, пригодную для шахтной плавки без агломерации. В результате был сделан вывод, что отсев крупных классов и переход на спекание более мелкой руды позволит повысить суммарное количество материалов, пригодных для плавки. — агломерата и кусковой руды.
Воздушный режим спекания

Практическое осуществление отсева крупных классов на комбинате «Южуралникель» встретило затруднения из-за невозможности рассева высоковлажных глинистых руд на стандартном оборудовании для грохочения. Эта задача была решена заменой грохочения руды грохочением шихты, поскольку при добавке 25—30% возврата шихта имела влажность 20—22% и хорошо отгрохачивалась. Операция эта сразу же дала значительный положительный эффект: производительность цеха по выдаче агломерата и комков возросла на 15%, расход топлива снизился на 1,5%, расход электроэнергии — на 20%, а качество агломерата несколько улучшилось, но распределение коксика в шихте стало более неравномерным.
При агломерации свинцовых концентратов особое влияние на газопроницаемость оказывает крупность возврата и его доля в шихте спекания. На основании опытных данных исследователи пришли к следующим выводам:
1. Оптимальный размер зерен возврата лежит в пределах 4—8 мм. Применение возврата крупнее 8 мм почти не увеличивает газопроницаемость, но понижает степень десульфуризации шихты.
2. Добавка возврата должна быть не менее 140—160% от веса сырой шихты.
3. Содержание в шихте класса -4 мм не должно превышать 40%.
По опытным данным И. Д. Резника и М.С. Кругляковой, при спекании свинцовой шихты снижение содержания класса 0—2 мм в возврате с 25 до 7% привело к снижению максимального разрежения в процессе спекания с 545 до 220 мм вод. ст. при постоянном расходе воздуха, равном 35м3/м2*мин, вертикальная скорость спекания возросла на 11%, а качество агломерата улучшилось, но десульфуризации понизилась на 19%.
Одним из наиболее эффективных способов повышения газопроницаемости шихты является предварительное ее окомкование. Оно применяется в промышленном масштабе при агломерации свинцовых шихт в Трейле, на заводах «Бункер Хилл», в Реншере (Швеция) и др.
На Чимкентском свинцовом заводе были проведены промышленные испытания по окомкованию шихты перед агломерационной машиной в барабане-окатывателе и на наклонной чаше. Испытания показали, что при агломерации окомкованной шихты производительность по выдаче агломерата возрастала за отдельные смены на 4—30%, чаще — на 10—20%. Разрежение и степень десульфуризации изменялись мало, а прирост производительности шел преимущественно за счет повышения выхода годного агломерата, т. е. благодаря более равномерному и полному пропеканию шихты.
В черной металлургии предварительное окомкование перед агломерацией впервые было осуществлено в Саарбрюкене-Бурбахе (ФРГ) в 1952 г. фирмой Лурги, одновременно с переводом агломерационной машины на смешанное отопление: первая половина машины была закрыта зажигательной камерой, отапливаемой газом. В России предварительное окатывание осуществляется на новых агломерационных фабриках Криворожского бассейна.
Разрежение

Количество просасываемого через шихту воздуха зависит от газопроницаемости шихты и разрежения, создаваемого эксгаустером. Чем больше разрежение при постоянной высоте слоя одинаковой шихты, тем больше просасывается воздуха в единицу времени; при постоянном разрежении расход воздуха тем больше, чем выше газопроницаемость шихты.
На рис. 52 приведены характеристики стандартного эксгаустера типа Д-3500-12, устанавливаемого обычно на агломерационных машинах с площадью всасывания 50 м2 и эксгаустера с номинальной производительностью 1000 м3/мин, устанавливаемого на меньших машинах. На рис. 53 показано, что повышение температуры газов приводит к значительному снижению производительности эксгаустера; так как весовое количество отсасываемого газа обратно пропорционально его абсолютной температуре.
Воздушный режим спекания

Если сопротивление газоотводной системы и подсосы постоянны, то с повышением сопротивления шихты, например за счет увеличения высоты слоя, разрежение возрастает, а производительность эксгаустера падает. При снижении сопротивления шихты производительность эксгаустера начинает расти; приблизительно пропорционально производительности возрастает и расход электроэнергии.
Воздушный режим спекания

Если при заданных параметрах электродвигатель экстуастера нагружен до установленного предела, то снижение сопротивления приводит к его перегрузке, что недопустимо, в таких случаях приходится дросселировать отходящие газы при помощи шибера на всасывании или выхлопе эксгаустера, т. е. повышать сопротивление газового тракта за счет ненужных потерь отмятия отходящих газов у шибера. Естественно, что это приводит к повышению удельного расхода электроэнергии. Следовательно, для максимальной производительности эксгаустера необходимо вести процесс на таком разрежении, при котором нет необходимости в дросселировании отходящих газов, а двигатель эксгаустера работает на полную мощность; дальнейшее увеличение производительности возможно в некоторой мере за счет увеличения мощности двигателя.
У эксгаустеров с крутопадающей характеристикой H—Q чрезмерное снижение разрежения мало влияет на количество просасываемого воздуха. Для таких эксгаустеров увеличение мощности двигателя сверх номинальной и большое снижение разрежения не дают существенного прироста производительности.
Значительные подсосы в газоотводящем тракте резко снижают разрежение у эксгаустера, вынуждая прикрывать шибер для предохранения двигателя от перегрузки. Увеличение сопротивления шихты при этом, например за счет поднятия высоты сыпи, только ухудшает положение, снижая долю воздуха, просасываемого через шихту, и увеличивая долю воздуха, проходящего через различные неплотности. Следует заметить что на обычных агломерационных машинах ленточного типа подсосы воздуха достигают 50% и более.
Большие подсосы оказывают двоякое действие на работу агломерационной машины. С одной стороны, это приводит к тому, что значительная часть просасываемого эксгаустером воздуха не участвует в процессе спекания, что соответственно снижает производительность агломерационной машины.
С другой стороны, подсосы снижают температуру отходящих газов и тем самым повышают нагрузку эксгаустера по весовому количеству газов.
Температура газов у эксгаустера не должна быть ниже 100° во избежание конденсации влаги, содержащей сернистый газ и разъедающей металлические части газового тракта. При спекании влажных окисленных руд расходуется минимальное количество коксика и температура газов сравнительно низкая; в этих условиях подсосы и связанное с ними понижение температуры отходящих газов вредно, а при снижении до 60° считается даже аварийным.
При спекании сульфидных концентратов, содержащих избыток горючего, получаются излишне горячие газы и весовая производительность эксгаустера заметно снижается (см. рис. 53). В этом случае разбавление газов подсасываемым воздухом может оказаться полезным и даже необходимым для предохранения ткани мешочных фильтров от загорания. Хотя охлаждение газов за счет неорганизованных подсосов затрудняет регулирование технологического процесса и обходится дорого, в отдельных конкретных случаях оно может оказаться действенным способом понижения температуры газов.
Подсосы воздуха могут быть обусловлены либо механическими неисправностями и конструктивными недостатками машин, либо самим технологическим процессом спекания. Для устранения механических неисправностей требуются герметизация стыков и затворов газового тракта, тщательная сборка и пригонка и т. п. Уплотнение между паллетами и вакуум-камерами достигается с помощью резиновых шлангов или самоприсасывающихся резиновых лент. Основным технологическим метолом снижения подсосов является ведение процесса на шихте, обладающей хорошей газопроницаемостью, и, соответственно, при пониженном разрежении.
Наряду с этим приходится вести борьбу с прососами воздуха вдоль бортов паллет, вызванными усадкой шихты во время спекания.
Борьба с сегрегацией шихты на паллетах, подача к бортам паллет более мелкой шихты и уплотнение ее в этих местах в некоторой мере снижают бортовые прососы воздуха.
Первая камера (см. рис. 51) до полного зажигания шихты обладает столь большой газопроницаемостью, что просасываемое количество воздуха препятствует нормальному зажиганию шихты; поэтому разрежение в вакуум-камере № 1 следует искусственно понижать за счет прикрытия шибера. На последних камерах, где газопроницаемость остывающего агломерата возрастает, а прососы воздуха через щели у бортов, вследствие усадки шихты, особенно велики, также целесообразно снижать разрежение.
Из сказанного следует, что важным условием производительной работы эксгаустера является тщательное уплотнение газоотводящего тракта и снижение подсосов воздуха. Только при этом появляется возможность поддержания оптимального разрежения в соответствии с требованиями технологического режима и характеристикой эксгаустера.
Высота слоя

Количество просасываемого через шихту воздуха является функцией не только удельной газопроницаемости шихты, но и высоты слоя. Чем выше слой шихты при постоянной скорости движения паллет, тем выше пропускная способность машины по сырой шихте. Высказывалось мнение, что работа на высоком слое позволит повысить производительность за счет лучшего использования кислорода воздуха и улучшения теплового баланса процесса. Однако на практике ведение процесса с высотой слоя, превышающей 300 мм, как правило, приводило к снижению производительности агломерационной машины.
Зависимость между высотой слоя и сопротивлением не подчиняется закону прямой пропорциональности и носит сложный характер, так как основное сопротивление оказывает только часть высоты слоя с высокой температурой и отчасти зона остывающего агломерата. Но. тем не менее, повышение высоты слоя шихты увеличивает сопротивление прохождению воздуха. Таким образом, высота слоя является тем фактором, регулируя который можно изменять сопротивление, а с ним и газопроницаемость шихты, и устанавливать оптимальный режим по разрежению, обеспечивающий наибольшую производительность эксгаустера, в соответствии с его характеристикой.
И.Д. Резник и 3.Ф. Адова провели промышленные испытания по агломерации окисленной никелевой руды с разной высотой слоя в сопоставимых условиях. Работа на различных слоях (246, 296 и 346 мм) показала, что максимальная производительность достигается при самой низкой высоте слоя, а выход агломерата от шихты и его прочность при этом также наибольшие. Было установлено, что снижение высоты способствует значительному увеличению газопроницаемости слоя шихты и приводит к увеличению количества воздуха, просасываемого через шихту, а с ним и к увеличению производительности по агломерату.
В описанных выше опытах снижение высоты слоя компенсировалось увеличением скорости движения паллет. Однако в тех случаях, когда предельная скорость паллет оказывается недостаточной для нормального ведения процесса, уменьшение высоты слоя может повлечь снижение производительности. Вместе с тем, поскольку оптимальная высота слоя должна соответствовать качеству шихты, при колебаниях последнего следует соответственно изменять и высоту слоя.
Изменение высоты слоя позволяет осуществлять режимы с постоянным разрежением и постоянной нагрузкой на мотор эксгаустера. Длительные наблюдения в цеховых условиях показали, что осуществление процесса с максимальной нагрузкой на двигатель эксгаустера не вызывало затруднений и подняло производительность агломерационной машины на 7—10%.
Необходимо отметить, однако, что регулирование процесса по нагрузке на двигатель эксгаустера или по разрежению имеет смысл лишь при условии хорошего состояния газового тракта. Так, опыты снижения высоты слоя при агломерации свинцовых концентратов на Чимкентском свинцовом заводе показали, что при одинаковом составе шихты работа на низком слое повышает производительность по агломерату на 10%, а по выжигу серы на 31%, но снижение высоты слоя с 353 до 186 мм ведет лишь к небольшому изменению разрежения у эксгаустера, а нагрузка на двигатель эксгаустера оставалась неизменной. Такой результат объясняется специфическими условиями работы данного эксгаустера, весь статический напор которого расходовался на преодоление трех примерно равных по величине сопротивлений: слоя шихты, весьма забитого жалюзийного фильтра и расположенных за эксгаустером мешочных фильтров. В этих условиях снижение высоты сыпи, уменьшавшее только одно из трех сопротивлений, мало влияло на изменение общего статического напора и соответственно мало сказывалось на увеличении производительности эксгаустера.
Последний пример показывает, что высотой слоя можно эффективно регулировать процесс спекания только в том случае, если агломерационная машина достаточно уплотнена и не имеет чересчур больших подсосов и прососов, а эксгаустер большую часть своего напора расходует на создание разрежения под вакуум-камерами. Аналогично улучшение газопроницаемости шихты за счет окомкования и других мер дает заметный прирост производительности только тогда, когда вызываемое этим снижение разрежения приводит к увеличению количества просасываемого воздуха в соответствии с характеристикой эксгаустера. И наоборот, если разрежение эксгаустера в большой мере идет на преодоление сопротивлений тракта и пылеулавливающей аппаратуры, улучшение газопроницаемости шихты за счет укрупнения гранулометрического состава или снижения высоты не дает существенного прироста производительности.
В связи с этим уместно упомянуть, что начиная с 1934 г. неоднократно велись опыты по двухслойному спеканию с двойным зажиганием, когда процесс протекает одновременно в двух расположенных один над другим слоях общей высотой, обычно равной высоте слоя при однослойном спекании. Предполагалось, что при одинаковой вертикальной скорости спекания процесс должен идти вдвое скорее и производительность агломерационной машины должна возрастать в 1,5—2 раза. Однако надежды эти не оправдались: два горячих слоя повышали сопротивление шихты, а общее количество воздуха, просасываемого через слой, уменьшалось, снижая вертикальную скорость спекания. К тому же в нижнем слое наблюдалось затухание горения вследствие конденсации влаги из верхнего слоя и недостатка кислорода.
Более перспективен упоминавшийся ранее процесс укладки двух или нескольких слоев, содержащих разное количество горючего или имеющих разную влажность при одинарном зажигании и обычном последовательном горении в слоях. Поскольку нижележащие слои находятся в более благоприятных тепловых условиях, снижение в них содержания горючего позволяет получить более однородный по качеству агломерат при меньшем расходе горючего. Это же направление получило развитие и в описанном выше комбинированном процессе, при котором вся шихта содержит одинаковое, но недостаточное количество горючего, а верхний слой получает дополнительное тепло за счет сжигания над ним мазута или газообразного топлива.