Присутствием в исходной агломерационной шихте, кроме мелочи, крупных фракций руды, возврата или добавок объясняется проявление некоторых особенностей процесса окомкования по сравнению с грануляцией тонкоизмельченных материалов.

Опыты показывают, что при тщательной грануляции комочки агломерационных шихт в большинстве случаев состоят из ядра - кусочка руды или возврата, на поверхности которого находится оболочка из тонких фракций. Экспериментально установлено, что в качестве зародышевых центров могут быть частички крупнее 1-2 мм, в связи с чем этот размер является критическим, разделяющим агломерационную шихту на две части: крупные фракции образуют так называемую комкующую часть (способствующую окомкованию), а мелкие фракции - ком ку ему ю часть.

В соответствии с таким механизмом скорость окомкования и газопроницаемость агломерационных шихт должны существенно повышаться с увеличением доли комкующих фракций - количества возврата.

Влияние количества возврата на качество окомкования наиболее подробно было изучено для шихты череповецкой аглофабрики (по В. И. Коротичу). Результаты опытов представлены на рис. 2.25. Установлено, что при малом количестве возврата (до 20-30%) качество шихты практически не меняется: газопроницаемость увеличивается незначительно. Особенно сильное воздействие оказывает возврат при добавке его в шихту в количестве 40-70%. При дальнейшем увеличении его доли возрастание газопро­ницаемости шихты происходит в меньшей степени.

Эта же закономерность в основном сохраняется и при спекании, что свидетельствует о значительном влиянии газопроницаемости исходной шихты на скорость спекания. Однако зависимость выхода годного агломерата от количества возврата должна иметь экстремальный характер, так как для сохранения баланса возврата, чем его больше вводится в шихту, тем больше требуется удалять его из спеченного материала.

1 - исходная холодная шихта; 2 - переувлажненная шихта; 3 - средняя скорость просасывания за период спекания; 4 - удельная производительность по всему спеку; 5, 6, 7 - то же, по годному агломерату (при содержании руды в шихте соответственно 5-0; 6-10 и 7-20%). Определение скорости про­сасывания воздуха и спекания проводили при вакууме 9 кН/м2.

Если известна найденная экспериментально зависимость произ­водительности агломерационной установки по всему спеку (годный агломерат и возврат) от количества комкующих фракций в шихте Q0 = (р (PJ, то количество возврата будет составлять Qo=^ (Рв)Рв , а количество годного агломерата:

Qa=Q-Q.= <р(Р.) - <р(Р. )Р.. (2.47)

Рис. 2.25 Влияние количества крупных фракций (возврата) в шихте Череповецкой аглофабрики на ее газопроницаемость (а) и удельную производительность (б) при спекании (по В. И. Коротичу)

Оптимальное содержание возврата в шихте, обеспечивающее макси­мальную производительность агломерационной машины по годному агломерату, находят дифференцированием уравнения. Так, для шихты Череповецкой аглофабрики в практическом диапазоне содержания возврата, (р(Р6)=0,1+4,8Рв, оптимальное количество возврата составило 49%, а макси­мальная удельная производительность по выходу годного 1,30 т/(м2 • ч).

Полезным является добавка в шихту наряду с возвратом дробленой руды крупностью 3-5 мм (если это допускается по содержанию железа), в результате увеличивается доля комкующих фракций, улучшается качество окомкования, растет производительность машины. Так, при добавке в шихту дробленой руды уравнение получает вид:

Q. = <Р{Р. + ?„)-Ч>{Р. + Р„)Рр, (2.48)

При введении в состав исследовавшейся шихты 10; 20% руды опти­мальное количество возврата составит соответственно 44; 39%, количество комкующих фракций 54; 59%, максимальная удельная производительность возрастает до 1,54 и 1,83 т/(м2 • ч).

В идеальном случае все мелкие частички могут быть накатаны на крупные. Шихта будет состоять только из гранул, число которых равно количеству крупных зерен.

Для этого предельного случая эффективный диаметр комочков грану­лированной шихты может быть найден следующим образом.

Пусть Pi, Р2, Рз, .... Рп - количество (масса) комкующих фракции со
средним диаметром зерен соответственно di d2, d3, dn Рм - количество (масса) комкуемого материала; у - кажущаяся плотность крупных кусочков. Объем любой комкующей фракции:

F, = —, (2.49)

Ї

Если принять форму кусочков за шарообразную, то поверхность и

объем каждого составят, соответственно:

,2 да/,3

S,=nd, ; V, = — ,

Суммарная поверхность каждой фракции

V, у d,

Общая поверхность комкующих фракций

5о=-2^,

Г м d,

Объем комкуемого материала

где у,1ас - плотность комкуемого материала в накатанном состоянии. Принимая, что комкуемый материал распределяется по поверхности крупных кусочков разных фракций слоем одинаковой толщины, получим

Если обозначить

(2.55)

ТО

(2.56)

Диаметр комочков после грануляции получается следующим:

Например, для случая, когда комкующая фракция представлена кусочками одного диаметра (4 мм) с кажущейся плотностью 3,5 г/см3 и плотностью накатанной мелочи 3,5 г/см3, диаметр комочков после грануляции составит 4,9 мм при 60% комкующей фракции и 6 мм при 40% комкующей фракции.

Для газодинамической характеристики окомкованной шихты пред­ставляет значительный интерес определение эквивалентного диаметра комочков слоя, который может быть вычислен по следующей формуле:

dim ~ ,=Л р , (2.58)

X —

Масса каждой фракции окомкованной шихты (Рю) слагается из массы соответствующей комкующей фракции (Р,) и массы накатанного материала (Ріщ), пропорционального величине поверхности кусочков этой фракции:

т. е.

Окончательно величина эквивалентного диаметра комочков шихты определится из следующей формулы

1

( а (2-61)

Р, 1 + —

I dt)

Например, эквивалентный диаметр окомкованной шихты Серовской аглофабрики, определенный по формуле, составил 3,58 мм. Таким образом, из выражения следует, что с увеличением в шихте количества мелких фракций (комкуемого материала) должен возрастать диаметр комков слоя шихты, что должно улучшать ее газопроницаемость.

Однако приведенные выше формулы и положения оказываются справедливыми только для хорошо комкующегося материала и при достаточно высоком содержании в шихте комкующих фракций. На практике часто из-за недостаточного количества в исходной шихте крупных зерен (зародышевых центров) окомкование идет неустойчиво, собственно процесс грануляции - накатывания мелочи на крупные зерна - нарушается, в окомкователе происходит простое перемешивание материала.

В соответствии с изложенным выше механизмом гранулирования комкующаяся способность агломерационной шихты может быть оценена при помощи коэффициента, представляющего отношение поверхности ком­кующих фракций к объему мелких (комкуемых) фракций:

Y«d,

Чем больше это отношение, тем, очевидно, быстрее мелочь будет накатана на крупные зерна. В связи с этим предлагаемый показатель целесообразно назвать коэффициентом скорости грануляции Кс, г. Так как для большинства магнетитовых материалов / примерно равно уиас, то

рХ%) , рг{%), , *».(%)

(2.63)

Для шихт ряда аглофабрик величина Кс? составляет:

Аглофабрика:

Серовская....................................... 3,10

Лебеднская...................................... 2,67

Череповецкая.................................. 1,33

Высокогорская............................... 1,61

Магнитогорская............................. 3,27

Использование этого показателя дает возможность объяснить необычные на первый взгляд результаты опытов по окомкованию, когда череповецкая шихта с 20% возврата крупностью 1-3 мм после окомкования обладала более высокой газопроницаемостью, чем эта же шихта, с таким же количеством возврата, но крупностью 5-12 мм. При замене крупного
возврата мелким значительно увеличилось число центров окомкования, существенно выросла суммарная поверхность комкующих фракций. В рассматриваемых опытах, когда 20% возврата крупностью 5-12 мм было заменено на такое же количество возврата крупностью 1-3 мм, Ксг увеличился в 40 раз (с 0,18 до 0,75). Именно этим следует объяснить положительное влияние дробления возврата на газопроницаемость шихты.

Эксперименты показывают, что частички крупностью 0,4-1 мм не участвуют в окомковании и образуют промежуточную фракцию, заполняющую пустоты между комочками, в результате чего такая гранулированная шихта обладает сравнительно невысокой газопро­ницаемостью. Это явление наблюдается при окомковании всех магнетитовых кристаллических концентратов: качканарского, Лебединского шлихов и др.

У серовской шихты селективное окомкование проявляется в значительно меньшей степени, что следует объяснить повышенным содержанием в ней мельчайших коллоидных частичек, благодаря чему в окомкование вовлекается и класс 0,4-1 мм.

Изложенное выше свидетельствует о том, что Кс. г недостаточно точно отражает комкующие свойства различных материалов, так как в этот коэффициент не входят параметры, характеризующие природу материала, способность его взаимодействовать с водой. Комкуемость материала, зависящую от величины сил сцепления в увлажненных комочках, наиболее удобно характеризовать содержанием класса -0,03 мм. В связи с тем, что в магнетитовых кристаллических концентратах содержание мельчайших коллоидных частичек меньше оптимальной величины, между способностью данного материала комковаться и содержанием фракции -0,03 мм должна быть прямая зависимость. Таким образом, другим дополнительным показателем, определяющим комкуемость агломе­

рационных шихт, может быть содержание в ком - куемой фракции класса -0,03 мм.

В результате накопления экспериментального материала при последующих исследованиях, вероятно, представится возможность объединить оба показателя (коэффициент скорости грануляции и содержание класса -0,03 мм во фракции -1 мм) и комкующие свойства агломерационных шихт характеризовать единым показателем - коэффициентом грануляции (Ксг)-

Коэффициент грануляции, рассчитанный по гранулометрическому составу неокомкованной агломерационной шихты, характеризует

потенциальную возможность комковаться. Дальнейшая задача заключается в том, чтобы реализовать эту возможность, т. е. создать такой режим работы грануляторов, при котором будут получены оптимальные динамические нагрузки и необходимое время окомкования.