Теоретические основы этой технологии включают решение задач, связанных с динамикой тепломассообменных процессов в слое железорудных окатышей содержащих углерод.

Производство промышленной партии железорудных само­восстанавливающихся окатышей было осуществлено на Северном горно - обогатительном комбинате на обжиговой машине ОК-278, которая оборудована многосекционным горном, двумя зонами сушки, а также подогрева, обжига, рекуперации и охлаждения.

Сырые окатыши: крупность 15-20 мм с твёрдым топливом (коксиком), измельчённым в шаровой мельнице ШБМ 370/850 с выходом фракций +0,1 мм - 16% и -0,05 мм - 62%; влажность - 8,4-9,3%; сжатие - 1,2-1,8 кг/ок.; содержание коксика - 3-5%.

Показатели работы обжиговой машины приведены в таблице 10.5.

Опытные окатыши по химическому составу отличались прежде всего по содержанию закиси железа. При добавках в шихту 3, 4 и 5% коксика соответственно 28,4; 25,0 и 34,4%. Определение восстановимости при 1000 и 1100°С (знаменатель) показало увеличение восстановимости на 10-12%. Очевидно, этот результат следует отнести на счёт содержания углерода в обожжённых окатышах.

Промышленная партия самовосстанавливающихся окатышей (21810 т) была произведена на этой же обжиговой машине. При одних и тех же параметрах обжига, как и при опробовании новой технологии были всесторонне исследованы металлургические свойства само - восстанавливающихся окатышей.

Дополнительными экспериментами установлено, что при увеличении пористости и содержания углерода на 1% степень комплексного

восстановления увеличивается на 0,84 и 7,87% соответственно. Значительно улучшились высокотемпературные характеристики самовосстанавливающихся окатышей (таблица 10.6) за счёт уменьшения высоты слоя расплава и уменьшения интервала температур этого слоя.

При определённых условиях температурно-тепловой обработки окатышей, содержащих углерод, некоторое количество его осталось в структуре обожжённого окатыша, что характеризует его как само - восстанавливающийся железосодержащий окускованный продукт.

О динамике протекания процесса «выгорания» углерода в объеме слоя дает представление газовыделение СО2 (газопотребление О2) слоя (рис. 10.5). Наличие максимума газовыделений (газопотреблений) на 10-14 камерах свидетельствует о том. что большая часть углерода как топлива «выгорает» за короткое время (5-7 мин). Этот процесс связан с большими диффузионными затруднениями, так как он идёт преимущественно в поверхностных слоях окатыша на глубине примерно 1,0-1,5 мм. Расчеты на основании данных рис.

10.4 показывают, что к концу 14 камеры «выгорает» 45-50% углерода. Если принять, что углерод как топливо в основном «выгорает» над 10-14 камерами, то в среднем на одну камеру будет приходиться 226 кг сгоревшего углерода (174 кг/мин). При известных скорости фильтрации и максимальной температуре обжига температура теплоносителя с учетом тепла от сгоревшего углерода может увеличиться на 170-180°С и достигнуть величины 1380°С. Фактически температуры в слое ниже этой величины, так как часть тепла идет на компенсацию эндотермических реакций восстановления. Кроме того, увеличение температуры фильтруемых газов за счёт горения топлива «гаситься» в нижележащих «холодных» слоях окатышей. Тем не менее, несмотря на снижение температуры обжига и удельного расхода природного газа прогрев слоя осуществляется практически по всей высоте слоя до температур обжига за счёт интенсификации теплообмена, обусловленного наличием внутреннего источника теплоты.

Как вытекает из вышеизложенного, температура газа в слое при нагреве зависит от соотношения внутреннего источника теплоты (количества сгоревшего углерода) и теплосодержания фильтруемых газов. Чтобы не образовывался спек, это соотношение не должно превышать 0,14-0,15, т. е. чем выше скорость фильтрации теплоносителя и ниже температура обжига, тем больше топлива можно подать в слой.

Необходим разумный компромисс при выборе оптимального размера самовосстанавливающихся окатышей между величинами прочности и концентрации углерода в них. Оптимальным является размер 15-20 мм. При исходной массовой доле коксика в шихте 6% концентрация углерода в самовосстанавливающихся окатышах будет в интервале 0,75-1,5%.

Выгорание углерода и использование его восстановительного потенциала происходит зонально. Это определяется распределением углерода по сечению окатыша. Центральная часть содержит 21,1% (по объему), а в переходной зоне сосредоточено 10,1% углерода, содержащегося в окатыше. В периферийной зоне топливо в результате выгорания при обжиге окатышей отсутствует.