Задачи, поставленные правительством перед металлургами, направлены на максимальное использование важнейших факторов экономического роста с тем, чтобы обеспечить вхождение предприятий в ВТО, всемерная экономия энергоресурсов, сокращение потребления природного газа [1].

B настоящее время в Украине работает 10 агломерационных фабрик с

Л

общей площадью спекания 5379 м. Работают аглофабрики в сложных техно­логических условиях, отсутствуют необходимые запасы сырья, не обеспечи­вается должная подготовка шихты к спеканию. Перечисленные и другие фак­торы приводят к снижению удельной производительности агломерационных машин, снижению качества агломерата и выхода годного.

В сложившихся условиях особенно важно обеспечить правильную экс­плуатацию агломерационных фабрик.

Эксплуатация агломерационных фабрик включает комплекс мероприя­тий, приемов, способов и условий организации бесперебойной, безаварийной работы оборудования, своевременного профилактического обслуживания и ремонта его, а также соблюдение технологической дисциплины с целью по­лучения агломерата высокого качества с минимально возможными затратами [2, 3, 4].

Грамотная эксплуатация агломерационных фабрик немыслима без глу­боких знаний, теории и технологии агломерации, основных положений пра­вил эксплуатации оборудования и технологических инструкций по выполне­нию операций и работ на каждом из участков технологической цепи подго­товки сырья и спекания агломерата.

Одной из важнейших задач агломерационного производства является экономия дорогостоящих компонентов шихты, в том числе кокса и извести.

Наиболее дешевым компонентом агломерационной шихты является во­да, она используется при окомковании. Проблема максимального использо­вания её потенциальных возможностей ускорить аглопроцесс является в аг­ломерационном производстве весьма актуальной. В настоящей работе интен­сификация процесса спекания железорудных материалов достигается без до­бавления дорогостоящих интенсификаторов таких, например, как известь, пар, тепло, газ, а на основании максимального использования связующих свойств воды и других компонентов шихты, составляющих материальную основу агломерата.

Проблемным вопросом подготовки доменного сырья является использо­вание в окусковании железорудных материалов, тонких концентратов - про­дукта обогащения бедных железных руд. Трудности окомкования при боль­шой производительности агломерационных машин привели к развитию тех­нологии получения железорудных окатышей путем их обжига. Именно труд­ности получения хорошо окомкованной шихты заставили металлургов стро­ить горно-обогатительные комбинаты, имеющие в своем составе гигантские обжиговые машины. В конечном счете, получен продукт, который в сравне­нии с агломератом имеет некоторые преимущества, но и существенные недо­статки. К таковым относятся, например, высокая абразивность материала, разбухание и частичное разрушение окатышей при восстановлении, более высокая стоимость окатышей.

Наиболее выгодным по сравнению с окатышами будет агломерат, кото­рый содержит в железорудной части максимальное количество железорудно­го концентрата, способствующего повышению содержания железа в конеч­ном продукте. Уточнение некоторых вопросов в теории окомкования желе­зорудных материалов, повышение технологической культуры производства агломерата, переработка различных технологических отходов сталеплавиль­ного, доменного и агломерационного производства совместно с основными составляющими железорудной части шихты (рудой и концентратом) позво­лят решить проблему подготовки сырья для доменного производства.

В развитие теории и технологии агломерационного производства боль­шой вклад внесли Е. Ф. Вегман, В. И. Коротич, Г. Г. Ефименко, В. А. Шурхал, А. А. Сигов, Д. А. Ковалев, С. Н. Петрушов, П. Г. Русаков и многие другие уче­ные. Однако вопрос использования рециркуляции шихты в едином агрегате при окомковании с целью интенсификации агломерационного процесса по­ставлен впервые.

Основой наиболее экономичных методов агломерации железорудных материалов в диссертационной работе является окомкование агломерацион­ной шихты. Однако, подход к подготовке слоя к спеканию должен быть це­лостным, так как окомкование является значимым фактором, но далеко не единственным. Поэтому предложения, базирующиеся только на подготовке шихты, не будут обладать полнотой, а стоимость агломерата минимальной, если не усовершенствовать технологию агломерации в целом. Тем более что некоторые положения теории и практики аглопроизводства в связи с изме­нившимися в отрасли шихтовыми условиями несколько устарели и требуют уточнения. Поэтому в диссертационной работе рассматривается проблема взаимосвязи разработки новых методов окомкования с совершенствованием технологии спекания шихты, с формированием агломерируемого слоя, с внешним нагревом, с рациональным использованием твердого топлива в аг­лопроизводстве.

Актуальность темы. Государственной программой развития горно­металлургического комплекса Украины до 2010 года предусмотрено значи­тельное увеличение эффективности доменного производства за счет улучше­ния качества металлургического сырья и рационального использования мате­риальных и энергетических ресурсов.

Газопроницаемость один из основных факторов, определяющих высоту спекаемого слоя аглошихты. Максимальная газопроницаемость изотермиче­ского слоя достигается высоким качеством окомкования исходных шихтовых материалов. Исходной шихте определенного состава и физико-химических свойств соответствует определенное значение влажности, которую следует поддерживать при окомковании. Но не менее важная задача сохранить высо­кую газопроницаемость и после зажигания, т. е. газопроницаемость неизо­термического слоя шихты.

В связи с этим работы, направленные на дальнейшее развитие научных представлений о процессах формирования гранул, слоя сыпучих материалов и создания новых устройств для окомкования аглошихты являются актуаль­ными.

Связь с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена на основании программ научных исследований кафедры металлургии черных металлов Донбасского государственного технического университета. Базовыми для подготовки диссертации явились научно­исследовательские работы, выполненные на кафедре: "Разработать, исследо­вать и внедрить технологию производства высокоосновного агломерата в вы­соком слое с использованием топлива оптимального гранулометрического состава", "Улучшение экологических показателей агломерации путем совер­шенствования распределения тепла и топлива в спекаемом слое", "Развитие теоретических основ ресурсосбережения в агломерационном производстве" (№ гос. рег.: 0187U0029614, 0198U002650) при непосредственном участии соискателя.

Цель исследования. Интенсификация агломерационного процесса на основе разработки нового способа подготовки шихты к окомкованию и фор­мирования слоя, повышение однородности гранулометрического состава аг­ломерационной шихты.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие зада­чи:

- исследовать особенности механизма гранулообразования при повыше­нии содержания в аглошихте тонких концентратов;

- разработать зависимости для расчета параметров характеризующих свойства гранул агломерационной шихты при окомковании;

- исследовать влияние крупности гранул на производительность агло­установки;

- исследовать механизм переувлажнения агломерируемого слоя;

- разработать способы снижения негативного действия переувлажнения на процесс агломерации;

- разработать устройство для получения гранул агломерационной ших­ты с рециркуляцией мелких фракций в одном агрегате;

- исследовать эффективность агломерации при использовании шихт, по­лученных по предложенной технологии окомкования.

Объект исследования. Технология подготовки и спекания агломераци­онной шихты.

Предмет исследования. Формирование гранул агломерационной шихты, способы сохранения газопроницательности слоя шихты при спекании.

Методы исследования. Для исследования технологических приемов подготовки и спекания агломерационной шихты использовали метод физиче­ского моделирования в лабораторных и промышленных условиях. В основу исследований положены фундаментальные положения законов массо - и теп­лообмена, базовые законы теории металлургических процессов. Результаты исследований обработаны на основе эмпирико-статистических методов.

Научная новизна полученных результатов:

Получили дальнейшее развитие научные представления технологии под­готовки агломерационной шихты к спеканию.

1. Сформулированы требования, уточнены и усовершенствованы методы расчета геометрических параметров конических и цилиндрических грануля­торов. Определены длины зон увлажнения и стабилизации гранулометриче­ского состава шихты в зависимости от технологических параметров: влажно­сти, степени заполнения барабана, частоты вращения и др.

2. Разработаны методы расчета тепловой и массовой интенсивности го­рения твердого топлива в агломерируемом слое. Предложенные методы поз­воляют объяснить процессы происходящие в зоне горения. Если температур­ный максимум на термограмме совпадает по времени с максимумом приро­ста интенсивности горения то развивается более высокий уровень температур и наоборот при несовпадении температурный уровень снижается.

3. Получили дальнейшее развитие представления о механизме образова­ния зоны переувлажнения. Механизм переувлажнения гранул шихты вклю­чает два различных процесса: поверхностного и объемного насыщения гра­нул водой, отличающихся длительностью и динамикой протекания. Установ­ление равновесной температуры в зоне переувлажнения соответствует началу поверхностного переувлажнения. Объемное насыщение гранул водой длится более половины времени спекания слоя.

4. Впервые доказано, что оптимальная влажность шихты с точки зрения окомкования составляет 7,2 - 7,5 % и превышает оптимальную влажность шихты с точки зрения процесса спекания составляющую 4 - 4,5 %.

5. Впервые разработаны теоретические основы процесса рециркуляци­онного окомкования мелкодисперсной шихты за счет одновременного дви­жения крупных гранул к разгрузочному торцу конусного барабана окомкова - теля и возврата мелких фракций во время пересыпания в направлении загру­зочного торца. Установлены геометрические параметры барабана окомкова - теля, обеспечивающие одновременное окомкование и рециркуляцию шихты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием фундаментальных положений теории металлургических процессов, экспериментальной проверкой в лабо­раторных и промышленных условиях с применением методов планирования экспериментов и математической статистики, а также подтверждена резуль­татами опытно-промышленных испытаний разработанной технологии.

Научное значение работы. Диссертационная работа расширяет имею­щиеся представления о закономерностях получения качественного агломера­та, путем управления свойствами окомкованной шихты, содержащей тонкие железорудные концентраты.

Практическое использование полученных результатов. Использова­ние разработанных способов окомкования, характеризующих изменение свойств окомкованной агломерационной шихты, позволяет интенсифициро­вать процесс агломерации, при увеличении газопроницаемости слоя. Поднять высоту спекаемого пирога с соответствующим ростом качества агломерата. Проведено исследование на аглофабрике ОАО "Алчевский металлургический комбинат" показало возможность улучшения технико-экономических показа­телей работы аглофабрики за счет управления процессом окомкования с ис­пользованием разработанного конусного окомкователя.

Личный вклад соискателя. В диссертации обобщены результаты, по­лученные автором в ходе выполнения научно-исследовательских работ, вы­полненных при его участии. Личный вклад соискателя состоит в следующем: формирование планов экспериментов в лабораторных и промышленных условиях, первичная обработка результатов, формирование целевых функ­ций. Разработанные автором зависимости вошли в состав моделей использо­ванных при анализе предложенных технологий. Разработано устройство для окомкования агломерационной шихты, исследованы возможности получения окомкованной шихты требуемого гранулометрического состава. Исследова­ны закономерности спекания полученной шихты.

Апробация результатов диссертации. Результаты работы освещались на научно-технических конференциях: Актуальные вопросы науки и практи­ки: достижения и перспективы (г. Полтава, 2007 г.); Наука і життя: українські тенденції, інтеграція у світову наукову думку. (м. Київ, 2008 р.), неоднократ­но обсуждались на научных семинарах ДонГТУ (Алчевск) и научно­технических советах ОАО "Алчевский металлургический комбинат"

Публикации. Результаты работы опубликованы в 3 статьях в научных журналах, 8 сборниках трудов и тезисов научно-технических конференций, 3 патентах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованных источников из 170 наименований, приложений. Изложена на 172 стр., включает 18 табл., 40 рис.

Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедры и осо­бенно д. т.н., проф. Петрушову С. Н. за ценные замечания и рекомендации, высказанные в процессе подготовки диссертационной работы.