При разработке методов ускорения агломерационного процесса необхо­димо учитывать направление действия интенсифицирующего фактора. Часто интенсификаторы аглопроцесса каждый в отдельности способствуют ускоре­нию спекания железорудного материала, а вместе не дают дополнительного прироста производства. Это связано с тем, что действие каждого интенсифи - катора в отдельности направлено на устранение одного и того же "вредного" явления. Например, при использовании нагрева шихты для интенсификации агломерационного процесса положительный эффект имеет место при малом количестве возврата (20 - 25 %) [127]. При большом количестве возврата нагрев шихты малоэффективен, так как "вредное" влияние зоны переувлаж­нения устраняется другим фактором - возвратом.

При комплексном использовании интенсификаторов агломерационного производства необходимо стремиться к тому, чтобы методы ускорения агло­процесса были направлены на различные сдерживающие факторы и устраня­ли их отрицательное влияние. Например, повышение крупности окомкован - ной шихты при рециркуляционном окомковании без увеличения её влажно­сти способствует повышению газопроницаемости агломерируемого слоя. Этот метод способствует повышению диффузии кислорода к топливным ча­стицам и, самое главное, решается вопрос интенсификации процесса тепло­передачи на верхней и нижней ступенях теплообмена. Однако интенсифика­ция аглопроцесса путем увеличения скорости фильтрации газов имеет свои границы, после достижения, которых необходимо использовать другие мето­ды - например, заменить часть известняка известью, что увеличит долю кис­лорода в газовой фазе зоны горения и увеличит скорость спекания.

На Алчевском металлургическом комбинате в промышленных условиях исследована технология рециркуляционного окомкования шихты в одном, окомкователе барабанного типа ФБ-2,8 х 8,0. Технология основана на сме­шивании и окомковании чередующихся локальных участков переувлажнен­ного и "сухого" материала за счет разности скоростей движения крупных и мелких гранул вдоль горизонтальной оси барабанного окомкователя. Время пребывания шихты в окомкователе увеличивается с повышением содержания концентрата в агломерационной смеси, то есть компонентной составляющей, включающей в себя наиболее мелкодисперсную часть шихты. Исследования показали, что в барабане диаметром 2,8 и длиной 7,5 м при степени заполне­ния 20% и частоте вращения 6 мин-1, мелкие частицы могут отстать от круп­ных более чем на 2 м.

В барабане окомкователе размером d х I = 2,8 х 8 м были выделены две зоны подачи воды на окомкование. В первую зону длиной 0,5 м воду подава­ли импульсами и струйно через 10 отверстий диаметром 10 мм. Через 2 м на этой же трубе были установлены 2 форсунки, которые обеспечивали подачу воды с меньшим расходом, но с большой степенью диспергирования. Опти­мальный гранулометрический состав окомкованной шихты поддерживали регулированием общего расхода воды.

В период подачи воды через первую зону в барабане образуется локаль­ный участок переувлажненной шихты. При достижении влажности 8,5 - 9 % содержание фракций 0 - 1 мм в окомкованной шихте приближается к нулю. Однако при этом несколько возрастает количество фракций повышенной крупности более 8 мм. В связи с этим повышать влажность материала выше 8,5 - 9 % нецелесообразно.

Процесс движения материала вдоль горизонтальной оси барабана можно условно разделить на два периода. На участке увлажнения в окомковании участвуют различные фракции. Наиболее мелкие частицы (размером менее 1 мм) движутся в перемешанном состоянии в одном потоке с крупными, между ними проявляется действие сил молекулярного и капиллярного взаи­модействия. Образуются гранулы шарообразной формы. Размер этих гранул непрерывно изменяется за счет накатывания на них комкуемой составляю­щей. При увеличении в шихте гранул более 10 % начинает проявляться эф­фект сегрегации материала по крупности и, соответственно, изменяется ско­рость движения вдоль горизонтальной оси крупных и мелких фракций. Сле­довательно, для зоны увлажнения скорость движения материала носит не­установившийся характер. Во второй части окомкователя в результате за­вершения массообмена и уплотнения гранул происходит стабилизация гра­нулометрического состава окомкованной шихты. Движение частиц характе­ризуется здесь стабилизацией скорости потока вдоль горизонтальной оси ба­рабана. Вторую половину окомкователя шихта проходит в 1,5 - 2 раза быст­рее, чем первую.

В связи с тем, что длина зоны импульсного увлажнения принята равной 1/16 длины барабана и во второй его половине установлена зона мелкодис­персной подачи воды на окомкование до которой должно происходить ча­стичное смешивание "сухого" и переувлажненного материала, длительность подачи воды должна быть равной промежутку времени, за который исходная шихта пройдет весь локальный участок переувлажненной шихты. При сред­нем расходе воды на увлажнение равном 4 м3/час и расходе шихты 100 т/час рекомендуется амплитудное значение расхода воды устанавливать равным 6 м3/час, что обеспечивает локальное переувлажнение на 1,5 - 2 %.

Средние скорости частиц шихты крупностью более 3 мм и мелкой менее 3 мм в средней части барабана равны V = 37 мм/с и v2 = 28 мм/с соответ­ственно. Разность скоростей движения крупных и мелких фракций составля­ет Av = 9 мм/с.

Для полного смешивания локально переувлажненной и "сухой" шихты необходимо время, в течение которого эти два локальных участка будут пе­ремещаться вдоль горизонтальной оси барабана

Т = IL-, (5.25)

Av

где L - длина участка импульсной подачи воды на окомкование, м.

За время т1 аглошихта пройдет путь вдоль горизонтальной оси барабана, равный

^ = vcp Т1 (5.26)

где v - средняя скорость движения шихты вдоль горизонтальной оси бара­бана, мм/с.

Расчеты показывают, что расстояние между зоной импульсного увлаж­нения и непрерывной зоной выбрано правильно.

Время подачи воды на окомкование и время пауз определялось исходя из условий максимального использования длины барабана, обеспечения мак­симальной интенсивности увлажнения, пропускной способности системы подачи воды на окомкование.

На агломерационных машинах аглофабрики Алчевского металлургиче­ского комбината увеличение высоты слоя сопряжено с опасностью прогиба спекательных тележек под действием высокотемпературных газов, отходя­щих из зоны горения при завершении спекания. Поэтому с увеличением крупности окомкованной шихты увеличение количества тепла в слое было достигнуто как путем увеличения высоты слоя с 300 до 400 мм, так и за счет рационального использования химического тепла верхних горизонтов слоя при увеличенной длительности предварительного нагрева поверхности слоя перед зажиганием, импульсное увлажнение осуществлялось на агломашине А, за базовую была принята агломашина В.

Был выполнен анализ гранулометрического состава окомкованной ших­ты 3-х килограммовых проб, отобранных на выходе из окомкователей агло­машин А и В. Влажность шихты предварительно определялась нейтронным влагомером, а окончательно - по дефициту массы методом высушивания пробы в сушильном шкафу в течение 8 часов. Выполнены расчеты распреде­ления твердого топлива по фракциям и по высоте слоя (табл.5.8).

Таблица 5.8

Распределение гранул аглошихты по высоте слоя при традиционном ре­жиме окомкования

Распределение гранул аглошихты по высоте слоя при рециркуляцион­ном режиме окомкования

Рециркуляционное окомкование шихты в промышленных условиях спо­собствует увеличению среднего эквивалентного диаметра гранул при незна­чительном снижении влажности материала.

Это связано с тем, что в промышленном окомкователе в отличии от ла­бораторного развиты большие динамические нагрузки, приводящие к необ­ходимости избыточного увлажнения аглосмеси. Анализ гранулометрического состава агломерационной шихты по высоте слоя выполнен при укладке её на спекательные тележки агломашины A при рециркуляционном окомковании и машины B при традиционном окомковании. Методика определения грану­лометрического состава шихты состояла в следующем. При установившемся процессе грануляции были отобраны пробы с тележек после укладки шихты. Слой по высоте был разбит на 5 горизонтов. Из каждого горизонта отбирали пробы массой 5 кг. Каждую пробу рассеивали на ситах с размером ячеек 10, 5, 3, 2 мм. Результаты рассевов приведены в табл. 5.8 - 5.9. и рис. 5.8.

Газопроницаемость слоя шихты, окомкованной по одностадийной и ре­циркуляционной технологиям в промышленном барабане-грануляторе, опре­деляли методом моделирования на лабораторной установке. Методика за­ключалась в следующем. Рассеянные на ситах пробы, отобранные со спека - тельных тележек аглоленты, с таким же гранулометрическим составом по высоте слоя, послойно укладывались в лабораторную аглочашу. На верх ча­ши устанавливали диафрагму колпакового типа и производили замеры ско­ростей фильтрации воздуха через слой при различных значениях разрежения. По полученным данным рассчитывали коэффициенты газодинамического сопротивления Кх и К2 [73]. Результаты исследований представлены на

Полученные экспериментальные данные изменения гранулометрическо­го состава шихты по высоте слоя при различной технологии грануляции по­казывают, что при рециркуляционном окомковании содержание фракции 3 - 0 мм уменьшилось на всех горизонтах. Для верхних горизонтов уменьшение содержания фракции 3 - 0 мм влечет за собой уменьшение содержания в них топлива. Однако это не ведет к ухудшению качества агломерата, так как де­фицит тепла не наблюдается из-за более полного сгорания углерода твердого топлива верхних горизонтов слоя, связанного с уменьшением скорости филь­трации газов при увеличении высоты агломерируемого слоя. Причем, с уменьшением скорости фильтрации уменьшается содержание CO в отходя­щих газах, что увеличивает приход тепла при сгорании углерода до CO2. Улучшение газопроницаемости слоя шихты, окомкованной по рециркуляци­онной технологии подтверждается изменением величины коэффициентов га­зодинамического сопротивления K и К2 (рис. 5.9).