Процесс окомкования агломерационной шихты предопределяется двумя факторами: режимом движения крупных и мелких частиц в контакте друг с другом и развитием сил капиллярного и молекулярного сцепления между ча-

стицами. Первый фактор связан с развитием процесса гранулообразования, второй с процессом упрочнения гранул. В окомкователе эти два процесса условно разделены в пространстве и во времени: процесс образования гранул наибольшее свое развитие получает во время движения частиц в зоне увлаж­нения; процесс упрочнения - в результате движения частиц в зоне укатыва­ния, где вода - основной связующий материал, в шихту не подается. Есте­ственно предположить, что гранулы, образовавшиеся в зоне увлажнения, по­лучают некоторое упрочнение в результате движения вдоль горизонтальной оси окомкователя. Однако здесь превалирует процесс образования и роста гранул, так как в достаточном количестве имеется "строительный материал" (частицы класса менее 1 мм), связующее (вода) и динамические нагрузки, способствующие сближению и сцеплению мелкодисперсных частиц. Пере­мешивание шихты и динамическое взаимодействие способствует сближению частиц в грануле, развитию капиллярных и молекулярных сил сцепления. Следует иметь ввиду, что барабанные окомкователи повторяют механику движения сыпучих материалов в шаровой мельнице, где в результате дина­мического взаимодействия происходит разрушение гранул в зоне при отсут­ствии подачи воды. Исходя из вышеизложенного, была поставлена задача со­здания такого устройства, в котором:

- мелкодисперсный материал уходил бы из зоны увлажнения только по­сле перехода в гранулы определенного размера;

- динамические нагрузки на гранулы в зоне гранулообразования были бы меньше, чем в зоне укатывания;

- мелкодисперсная часть разрушившихся гранул шихты возвращалась в зону увлажнения.

Решение поставленной задачи достигнуто тем, что был разработан окомкователь шихты, содержащий конусный барабан с осью вращения наклоненной относительно горизонтали в сторону загрузочного окна (рис. 4.3). С целью обеспечения необходимой производительности наклон оси вращения выбран таким образом, чтобы образующая усеченного конуса, рас­положенная в нижней части барабана, имела угол наклона относительно го­ризонтали равный 0 - 4° в сторону разгрузочного торца.

Окомкователь содержит раму 1, конусный барабан 2, загрузочную во­ронку 3, привод 4, зубчатую передачу 5, опорные 6 и упорные 7 ролики, раз­грузочную воронку 8 и трубы для подачи воды 9. Конусный барабан 2 вы­полнен установленным на раме 1 с углом наклона р оси вращения а - б от­носительно горизонтали а - в (рис. 4.3).

При вращении барабана агломерационная шихта перемешивается и увлажняется частицы сцепляются одна с другой и под действием капилляр­ных, и молекулярных сил происходит образование гранул (рис. 4.4).

При движении агломерационной шихты в поперечном сечении конусно­го барабана мелкие и крупные гранулы поднимаются вверх под действием центробежных сил и сил трения по прямой г - д перпендикулярно оси вра­щения а - б конусного барабана. Ссыпание шихты вниз происходит под дей­ствием силы тяжести по линии к - д перпендикулярно горизонтали а - в в поле градиента силы тяжести. Угол ф является углом скатывания. Таким об­разом, в поперечном сечении мелкие частицы поднимаются на высоту по ли­нии г - д, а крупные только на высоту г - м. За один цикл подъема - ссыпа - ния мелкие частицы проходят путь к - г, больший, чем н - г, который прохо­дят крупные гранулы. Разгрузка шихты из барабана осуществляется за счет выклинивания потока шихты вдоль оси барабана под углом ф.

Причем, в верхней части траектории движения шихты в поперечном се­чении барабана и крупные и мелкие частицы неподвижны относительно друг друга. При ссыпании шихты вниз наблюдается ее разрыхление, при этом мелкие частицы просыпаются через межкусковые промежутки, образованные крупными частицами и образовавшимися гранулами. Таким образом, осу­ществляется сегрегация материала и наиболее крупные гранулы оказываются на поверхности и приобретают движение по наклонной плоскости в сторону разгрузки. Поверхность скатывания относительно горизонтали наклонена в сторону разгрузки барабана под углом ф (рис. 4.3).

При повторении циклов вращения шихты в поперечном сечении конус­ного барабана 2 мелкие недоокомкованные гранулы возвращаются в зону увлажнения шихты водой, которая подается через трубу 9, а крупные грану­лы двигаются в противоположную сторону и поступают в разгрузочную во­ронку 8. Недоокомкованная шихта увлажняется, превращается в кондицион­ные гранулы и с общим потоком окомкованной шихты выходит из конусного барабана 2, через воронку 8. За счет этого качество окомкования агломераци­онной шихты повышается.

Для лабораторных исследований была разработана и изготовлена уста­новка со съемным конусным барабаном и механизмами вращения и измене­ния угла наклона оси вращения (рис. 4.5).

Барабан имеет длину равную 540 мм, меньший диаметр равен 320 мм, больший - 740 мм. Для устранения проскальзывания слоя на внутренней по­верхности конуса установлены уголки с высотой полки, равной 5 мм. Бара­бан вращается со скоростью 15 мин-1. Угол наклона изменяется в пределах от -30° до +30°.

Выполнение барабана в форме конуса установленного на раме, с углом наклона оси вращения в сторону загрузки, позволяет создать поток мелкой шихты, движущейся навстречу потоку из более крупной шихты, представ­ленной в основном центрами окомкования, и за счет этого повысить качество получаемой окомкованой шихты.

Механизм рециркуляционного движения крупных и мелких фракций ис­следовали в лабораторном конусном грануляторе. Для этого в загрузочную часть остановленного гранулятора загружали окатыши крупностью 5 - 15 мм в количестве, равном 1/3 общей массы шихты. После слоя окатышей загрузи­ли мелкую шихту крупностью 3 - 0 мм. Она состояла частично из микрогра­нул 3 - 1 мм и из концентрата. На рисунке 4.6 видна граница раздела слоя крупной и мелкой шихты. Угол наклона оси вращения барабана равнялся 10°.

После включения привода вращения барабана в течение 1 мин, наблю­дается движение мелких частиц (менее 3 мм) в сторону меньшего диаметра конуса и крупных окатышей в противоположном направлении. После 15 обо­ротов конуса у разгрузочного торца (большего диаметра конуса) наблюдают­ся только крупные гранулы смеси (рис. 4.7), что позволяет сделать заключе­ние о движении крупных и мелких гранул в противопотоке, т. е. о наличии рециркуляционного движения.