Агломерацией называется процесс окускования материалов путем спекания их за счет сжигания топлива в слое гранулированного материала или подвода теплоты со стороны. Наибольшее распространение агломерация получила для спекания руд черных и цветных металлов, хотя принципиально она применима и для тепловой обработки многих других материалов. Главную роль играет метод агломерации просасыванием, при котором горение топлива в слое спекаемого материала осуществляется за счет непрерывно просасываемого воздуха.

Процесс агломерации, изобретенный в 1887 году англичанами Ф. Гебер - лейном и Т. Хантингтоном, первоначально использовался в цветной метал­лургии для обжига и окускования сульфидных руд, сера которых служила топливом для процесса спекания.

Позднее немецкие инженеры В. Джоб (1902 г.) и С. Завельсберг (1905 г.) применили этот метод к пиритным огаркам, пылеватым железным рудам и колошниковой пыли. Содержание серы в железных рудах обычно невелико. Поэтому рудная пыль предварительно смешивалась с 6-7% (по массе) коксовой мелочи. Теплоты, выделяющейся при горении коксовой мелочи, было достаточно для плавления шихты (1300-1500°С).

Процесс спекания железной руды осуществляется первоначально в чашевых установках периодического действия продувкой спекаемого слоя в чаше снизу вверх. Однако продувка слоя связана с рядом технологических неудобств, ограничивающих производительность установок. Главными из них являются высокая запыленность цехов и переход при напоре выше 5 кПа к режиму кипящего слоя. В 1906 г. А. Дуайт и Р. Ллойд предложили принцип вакуумной агломерации с просасыванием воздуха через спекаемый слой сверху вниз. При этом вакуум (до 20 кПа) под колосниковой решеткой создается с помощью отсасывающего вентилятора - эксгаустера. Ход процесса спекания руд и концентратов в чашевой установке, эксплуатируемой, как это принято сейчас, в вакуумном режиме, отражен на рис. 1.23. Первым на колосниковую решетку укладывают слой постели - агломерата крупностью 10-20 мм без топлива. Постель препятствует

63

просыпанию шихты через зазоры между колосниками (до 6 мм), уменьшает вынос пыли. Кроме того, слой постели на конечной стадии процесса агломерации предохраняет колосниковую решетку от воздействия высоких температур, повышая ее стойкость и предотвращая приваривание пирога готового агломерата к колосниковой решетке.

В состав агломерационной шихты кроме пылеватых руд и концентратов, входят также колошниковая пыль, известняк, известь, коксовая мелочь, антрацитовый штыб и возврат - мелкий (< 5 мм) недостаточно спеченный агломерат, направляемый на повторное спекание. Материальный баланс аглофабрики приведен на рис. 1.24. После тщательного смешения, увлажнения и окомкования шихта укладывается в аглочашу поверх постели, после чего включают эксгаустер и, подводя к поверхности спекаемого слоя газовую горелку, проводят зажигание шихты пламенем газа (1200-1300°С). Под действием вакуума пламя втягивается в спекаемый слой шихты, состоящей из мелких частиц, комков и топлива.

Поверхность шихты чрезвычайно велика. Как показывает расчет, при агломерации шихты крупностью частиц около 1 мм суммарная поверхность шихты в слое толщиной всего в 10 мм на площади спекания в 1 м2 близка к 30 м2. Огромная поверхность шихты, её большая кажущаяся теплоемкость обусловливают высокую интенсивность теплообмена между шихтой и газом. Газ, двигаясь в шихте на пути 20-30 мм, охлаждается до 800-850°С, т. е. до температуры ниже температур воспламенения коксовой мелочи в продуктах сгорания, содержащих 5-10% 02.

Таким образом, только в этой узкой по высоте зоне (зоне горения твердого топлива) частицы коксовой мелочи нагреты до температуры воспламенения и имеют возможность гореть. Частицы топлива, располагающиеся в шихте ниже изотермы 800-850°С, не горят, так как еще не нагреты до температуры воспламенения и омываются поступающими сверху продуктами сгорания коксовой мелочи, содержащими всего 3-4% 02- Для устойчивого горения коксовой мелочи в газовой фазе должно содержаться не менее 5-6% 02. Для зажигания коксовой мелочи в узком слое достаточно 45-60 с, и зажигательную горелку отводят в сторону.

В дальнейшем вся необходимая для процесса агломерации теплота выделяется при горении частиц коксовой мелочи в спекаемом слое. Под зоной горения, ниже изотермы 800-850°С, располагается зона подогрева и сушки шихты (см. рис. 1.23), куда сверху поступают продукты сгорания. Здесь частицы твердого топлива постепенно нагреваются и воспламе­няются, если в продуктах сгорания содержится достаточное для горения количество кислорода, то фронт горения перемещается вниз.

Поскольку к этому моменту располагавшиеся выше частицы коксовой мелочи выгорают, то зона горения твердого топлива медленно движется к колосниковой решетке, несколько увеличивая свою толщину (см. рис. 1.23) и имея перед собой зоны подогрева и сушки шихты. Ниже располагаются

зоны сырой шихты и постели. Температура в зоне горения твердого топлива высокая (1200-1500°С) и достаточная для плавления вещества шихты. После выгорания твердого топлива расплав охлаждается и начинается его кристаллизация с образованием агломерата. Готовый агломерат, таким образом, является продуктом кристаллизации железистого расплава. По мере движения зоны горения твердого топлива толщина слоя готового агломерата непрерывно увеличивается и к концу процесса агломерат занимает весь объем чаши (см. рис. 1.23).

Скорость процесса агломерации характеризуется вертикальной скоростью спекания (v, мм/мин). Это скорость движения зоны высоких температур. При ее вычислении исходят из времени спекания (т, мин) и высоты (Н, мм) спекаемого слоя v = H/t.

Продолжительность спекания определяется по достижению макси­мальной температуры отходящих газов. На аглофабриках страны в зависимости от газопроницаемости шихты вертикальная скорость спекания колеблется в пределах 20-30 мм/мин. Продолжительность агломерации составляет соответственно 8-12 мин. Показатели спекания и качества агломерата приведены в табл. 1.10.

Показатели спекания и качества агломерата на аглофабриках

Чашевые агломерационные установки периодического действия характеризуются относительно низкой производительностью, так как почти половина рабочего времени при их эксплуатации уходит на загрузку чаш шихтой, зажигание и выгрузку готового агломерата. С изобретением в 1906 г. непрерывно действующей ленточной агломерационной машины строительство крупных чашевых агломерационных установок было сокращено и в настоящее время во всем мире не более 3% агломерата изготовляется на установках этого типа.

Первая ленточная агломерационная машина, конструкция которой была предложена в 1906 г. американцами А. Дуайтом и Р. Ллойдом, вошла в эксплуатацию в 1911 г. в г. Бедсборо (США, шт. Пенсильвания). Машины этого типа получили широкое распространение во многих странах. В настоящее время в мире работает более 1000 аглолент суммарной производительностью до 450 млн. т. агломерата в год.

Ход процесса спекания на конвейерных машинах показан на рис. 1.25.

Ленточная агломерационная машина представляет собой замкнутую цепь движущихся спекательных тележек - паллет, перемещающихся по рельсам верхней горизонтальной рабочей ветви машины под действием звездочек привода (12), а по рельсам нижней наклонной (2-3°) холостой

ветви машины в перевернутом положении под действием горизонтальной составляющей собственного веса.

Захват паллет с холостой ветви и транспортировка их на верхнюю рабочую ветвь машины также осуществляются с помощью звездочек привода (12). На стальной раме каждой паллеты монтируется три ряда колосников. Таким образом, паллета представляет собой движущуюся колосниковую решетку. Во время движения по рабочей ветви паллеты проходят под вакуум-камерами (11), соединенными через сборный газопровод (13) с эксгаустером.

Специальное уплотнение препятствует прососу воздуха в вакуум - камеры через стык с движущимися паллетами. Спекательные тележки движутся по рабочей ветви машины одна за другой без разрывов или зазоров. Просос воздуха между тележками в вакуум-камеры исключается, так как рабочая ветвь агломашины заполнена шихтой.