Развитие черной металлургии за рубежом, как и в СССР, потребовало коренных изменений в технологии. Крупные изме­нения, вызванные изменением сырьевой базы, требованиями рынка, конкурентной борьбой и другими причинами, произошли в под­готовке сырья к доменной плавке [62]. Главным направлением подготовки сырья из бедных руд принято производство окатышей, достигшее, например, в США 75—80 млн. т в 1967 г. За рубежом принято в основном производство неофлюсованных окатышей по различным технологическим схемам с применением разного обо­рудования. В качестве связующей добавки используют бентонит. Проводятся исследования по применению других добавок, в част­ности гуматов, обеспечивающих более высокую, чем бентонит, скорость роста окатышей в процессе окомкования-Сырые окатыши опробуют сбрасыванием и раздавливанием.

Проводятся исследовательские работы по производству метал - лизованных окатышей [63]. В Швеции изучено влияние различ­ных добавок бентонита, окиси кальция, хлористого кальция, буры и др., вводимых в концентрат, на свойства окатышей. Чтобы исключить влияние пустой породы, в экспериментах был ис­пользован богатый концентрат, содержащий 99,2% магнитной окиси железа и только 0,1% кремнезема. Указанные добавки оказались эффективными.

В США на фабрике Игл Миллз сырые окатыши получают из флотационного концентрата, состоящего главным образом из гематита. Для определения влияния влаги на прочность сырых окатышей проведены специальные эксперименты, результаты которых аналогичны полученным в отечественной практике и описанным ранее. Обжиг окатышей — завершающая стадия производства, в которой тепловой режим обработки является решающим. Каждому виду обрабатываемого сырья должен со­ответствовать свой режим тепловой обработки. В этих исследова­ниях было принято, что упрочнение магнетитовых окатышей про­исходит за счет окисления магнетита в гематит, рекристаллиза­ции магнетитовых и гематитовых зерен и образования шлако­вой связки. Окисление магнетита начинается при 200—250° С и заканчивается при 900—1000° С. Результаты исследований Кука и Бена [64] показали, что прочность обожженных окатышей за­висит от рекристаллизации и цементации обломков магнетитовых зерен, окисления магнетита в гематит с последующей рекристал­лизацией и образования шлаков. Рекристаллизация и образование шлаков может протекать только в восстановительной среде. Чем 126

выше температура обжига, тем крупнее зерна гематита. При 1300—1400° С образуются шлаки.

По мнению исследователей, изменения, происходящие в ока­тышах в процессе обжига, заключаются в следующем. Влага испа­ряется; одновременно с этим или несколько позже мелкие магне - титовые зерна окисляются при 300° С. За счет цементации и роста зерен повышается прочность окатышей. По мере дальнейшего прогрева внутри окатышей продолжается окисление, а крупные частицы магнетита окисляются в корке. При 800° С формирование корки почти заканчивается, и она защищает окатыши от разруше­ния под нагрузкой, возникающей при обработке окатышей в шах­тных печах. Заметные превращения в ядре окатыша начинаются при 800—900° С и продолжаются при более высокой температуре. Кук и Стовассер [65] исследовали прочность обожженных ока­тышей в зависимости от содержащихся в них добавок и режима обжига. Было установлено, что максимальная прочность магнети­товых окатышей достигается путем предварительного окисления поверхности магнетитовых зерен при умеренных температурах с последующим обжигом при более высокой температуре. На основе результатов исследований установлено, что средняя вертикальная скорость обжига окатышей с накатанным топливом составляет 9 мм/мин, достигая в зонах зажигания и обжига 23 мм/мин.

Фирма «Лурги» разработала схему производства окатышей окомкованием без связующих добавок и без накатывания топлива. Отсутствие топлива в окатышах делает управляемыми процессы сгорания топлива, вводимого в машину, позволяя поддерживать заданный тепловой режим для руд различных сортов. Исследо­вание свойств сырых и обожженных окатышей показало, что проч­ность сырых окатышей в процессе сушки снижается, но окатыши из руд некоторых сортов, наоборот, упрочняются. Для последних рекомендуется перед загрузкой на конвейерную машину проводить сушку сырых окатышей в комбинированных питателях, сушилах, что позволит увеличить производительность такой машины. Качество обожженных окатышей при прочих равных условиях зависит от скорости нагрева, продолжительности выдержки при заданной температуре и способа охлаждения.

При чрезмерно быстром нагреве окатыши, особенно магнети - товые, получаются непрочными. Выдержка окатышей при макси­мальной температуре в течение нескольких минут иногда повы­шает их прочность на 50%. Конечная температура обработки окатышей также существенно влияет на их прочность. Результаты опытов показали, что если обожженные окатыши после медленного охлаждения еще резко охладить погружением в воду, то наступаю­щие при этом разрушения будут тем больше, чем больше перепад температур. Скорость охлаждения на воздухе также оказывает существенное влияние на механическиесвойства готовых окатышей. Большое влияние на прочность окатышей оказывает степень их окисления. Производство прочных окатышей с высокой степенью окисленности связано с затруднениями в случаях, когда в окаты­шах содержится углерод.

Многие месторождения руд расположены в холодных районах, поэтому представляло интерес исследовать поведение окатышей при низких температурах. Замораживание и оттаивание обожжен­ных окатышей подтвердило их достаточную стойкость при темпе­ратурах —35° С.

На фабрике Игл в штате Мичиган испытан способ обжига ока­тышей на конвейерной машине с дутьем снизу. Окатыши произ­водятся из гематитового концентрата, поступающего от флота­ционной фабрики. Окатывание осуществляется в тарельчатых окомкователях. Сырые окатыши, поступающие от четырех оком - кователей, укладываются на машине последовательными слоями. Слой постели покрывается антрацитом и зажигается газовым гор­ном. Продукты сгорания этого слоя просасываются сверху вниз. Зажженная постель покрывается слоем сырых окатышей, через которые газы просасываются снизу вверх. Зона горения подни­мается вверх, а на определенном месте этот слой покрывается сле­дующим и т. д. Проходя через обожженные слои окатышей, воздух нагревается, обеспечивая горение в следующих слоях. При поступлении воздуха снизу масса окатышей почти не уплот­няется, так как весу окатышей противодействует давление газов. Это улучшает условия горения, газопроницаемость слоя, охлаж­дение колосников и позволяет обжигать толстый слой окатышей. Преимуществами рассмотренного способа являются: уменьшение выноса пыли, повышение к. п. д. оборудования, увеличение стойкости паллет, возможность контролировать процесс. Недо­статок этого способа — большая сложность устройства для ук­ладки окатышей на машину.

Производство офлюсованных окатышей за рубежом развито недостаточно широко. В промышленных масштабах их производят только в Норвегии и Японии, намечается их выпуск в Австралии.

На большинстве окомковательных фабрик используют для обжига окатышей машины конвейерного типа. На новых фабриках монтируют машины полезной площадью 350—400 мг. В качестве топлива на этих машинах используют газ. Фирма Гренгесберг (Швеция) разработала способ изготовления железорудных ока­тышей без упрочняющего обжига с добавкой к концентрату цемент­ного клинкера. Упрочнение, как предполагается, будет происхо­дить в силосах. Расчеты показывают, что капиталовложения на реализацию такого способа составят примерно половину стоимости обычной фабрики. Производство металлизованных окатышей пере­ходит на стадию освоения промышленностью. Первую промышлен­ную фабрику фирма Мидленд-Росс предполагает построить в Порт­ленде (США). Годовая производительность фабрики 300 тыс. т содержание железа в окатышах 95% [29].

Производство окатышей в промышленных масштабах нача­лось сравнительно недавно, примерно 10—15 лет тому назад. Первые опытные и промышленные установки были слабо оснащены контрольно-измерительной аппаратурой и практически не имели автоматического регулирования. Внедрение средств автоматиче­ского контроля и управления в производство окатышей происхо­дило намного быстрее, чем в другие металлургические произ­водства, что, по-видимому, сыграло немаловажную роль в бурном росте производства окатышей. Быстрые темпы внедрения средств автоматического контроля и управления в производство окаты­шей объясняются тем, что развитие этого производства происхо­дит во время, когда имелся достаточно большой выбор разработан­ной и серийно выпускаемой аппаратуры контроля и управления, имелись разработки и опыт промышленного использования си­стем автоматизации производства агломерата, во многих чертах сходный с производством окатышей.

Для автоматизации процессов производства окатышей были использованы такие общепромышленные узлы автоматического регулирования, как регулирование температуры, давления, рас­ходов и др., к настоящему времени хорошо освоенные на других аналогичных процессах. Кроме того, для автоматизации произ­водства окатышей с применением твердого топлива были исполь­зованы результаты исследовательских работ по автоматизации агломерационного производства. Некоторые из этих работ, ка­сающихся контроля газопроницаемости слоя и законченности об­жига, следует рассмотреть. Газопроницаемость слоя шихты можно определять по величине динамического напора отходящих газов в первой вакуум-камере или по показаниям расходомеров, фикси­рующих количество воздуха, направляющегося к ленте. Последнее запатентовано Каппелем в ФРГ [66]. Вейландт и Петруш в ФРГ получили патент на способ регулирования хода агломерацион­ного процесса по количеству и анализу отходящих газов на со­держание в них влаги, СО и С02. По указанным данным, непре­рывно определяется количество выгоревшего углерода и влаж­ность шихты на ленте.

Этот способ был использован авторами для ручного управле­ния агломерационным процессом, где подтвердилась возможность - такого управления. Более сложную задачу представляет собой ре­гулирование содержания углерода в шихте по количеству возв - рата[67].Для решения этой задачибункер возврата был установлен на месдозах, показания которых передавались на пульт управле­ния. Увеличение количества возврата свидетельствовало об ухуд­шении качества агломерата и служило сигналом к увеличению подачи топлива в шихту или к изменению соотношения руда — возврат. Большое запаздывание сигнала по результатам процесса снижает эффективность этой системы, которая в настоящее время усовершенствуется.

9 В. Р. Ксендзовский

Способ управления скоростью машины и подачей на машину шихты по максимуму температуры в некоторых вакуум-камерах описан в работе [68]. Расчет локальных максимумов температуры, измеряемой термопарами, по этому способу осуществляется спе­циальным счетно-решающим устройством по формуле: .

где xk_h хк, xk+i — координаты k—/, k, k+l термопар;

uk_i, uk, Uk+i — соответственно температура, измеренная этими термопарами; h = хк — xk_t.

Если предположить, что температура и в данной точке слоя зависит лишь от положения этой точки на агломерационной ленте и от времени, то справедливо дифференциальное уравнение в част­ных производных:

где w — скорость движения агломерата; а — коэффициент теплопроводности,

у

cs — теплоемкость слоя; у — плотность агломерата;

% — теплопроводность слоя.

Функция R (х) определяется из выражения

R (X) = Q (X) — Я! — <72. (5)

где Q {х) — функция, характеризующая количество тепла, вы­деляемого единицей объема слоя; qx и <72 — потери тепла излучением и с отходящими газами соответственно.

Уравнение (4) может решать вычислительное устройство, для чего его записывают в виде:

(6)

где р — оператор дифференцирования

k= 1,2,..., п

Д — конечные разности;

д Uk = ик — ик_1, Д 2ик = — 2 ик + иы.

Тогда уравнение (6) преобразуется в выражение ик_[ — 2ик + ик+[ + hwa (uk — uk_t) + + h2R (хк) = h2ap.

т

Для определения величин щ... ип в точках k = / . . . п не­обходимо знать значение функции, которое можно вычислить по формуле

(8)

где г0 — эффективный радиус частиц кокса;

Для заданных значений параметров w, r0, nk, mk, ms рассчи­тываются значения температуры в различных шести точках агло­ленты. Это дает возможность находить локальные максимумы температуры, если иметь устройства, реализующие формулу (3). Применение описанных моделей позволяет изучать переходные процессы, возникающие в результате возмущающих процесс воздействий, и контролировать работу современной системы авто­матического регулирования процесса агломерации.

Исследования, направленные на применение вычислительной техники за рубежом, не ограничиваются использованием ее для решения локальных задач управления отдельными агрегатами и процессами. Ведутся работы по применению вычислительных машин для управления целыми предприятиями. Так, например, в Канаде изучена возможность на фабрике фирмы Квебек Картье Майнинг, производящей окатыши, установить вычислительную машину типа Н-160 для контроля и регистрации показателей работы фабрики. Впоследствии эта машина должна управлять производственными процессами на фабрике [69]. Машина должна регистрировать различные параметры в 516 точках фабрики. Она используется и для проведения исследований производственных процессов как объектов автоматического управления.