В настоящее время окатыши являются одним из основных компонентов железорудной части доменной шихты. Их доля в шихте возросла в среднем до 30%, а в некоторых цехах достигает 80%. Окатыши не по всем показателям металлургических свойств удовлетворяют требованиям доменной плавки. Поэтому теоретические представления о механизме и кинетике формирования структуры и свойств железорудных окатышей позволяют существенно улучшить их качество.

8Л Особенности тепловых схем обжиговых машин для производства

окатышей

Основным агрегатом для обжига железорудных окатышей является обжиговая конвейерная машина. Технологический процесс осуществляется следующим образом. На подвижную колосниковую решетку (тележку) с целью предохранения ее колосников и бортов от воздействия высоких температур укладывается слой предварительно обожженных и охлажденных окатышей. На этот слой («постель») специальным укладчиком подаются сырые окатыши, состоящие из тонкодисперсного железорудного материала, различных добавок связующих веществ, в качестве которых, как правило, используют бентонитовые глинистые соединения, и вода. Высота насыпного слоя сырых окатышей составляет 350-600 мм. Загруженные описанным выше способом тележки проходят под горном машины. Горн представляет собой печной агрегат проходного типа с подвижным подом, разделенный либо условно, либо специальными перегородками на различные технологические зоны.

Все технологические зоны связаны общей системой газоходов, оснащенной тягодутьевыми средствами - дымососами и вентиляторами. Система построена таким образом, что она обеспечивает многократное просасывание дымовых газов через слой либо сверху вниз, либо снизу вверх при минимально возможных перетоках газов вдоль слоя. Для обеспечения такого направления теплоносителя, под движущимися тележками выполнены специальные камеры, в которых создается либо избыточное давление (дутьевые камеры), либо разрежение (вакуум-камеры). Примеры различных тепловых схем обжиговых машин, применяемых для обжига железорудных окатышей, с разделением на технологические зоны показаны на рис. 8.1. При движении материала, уложенного на тележки, вдоль горна он последовательно проходит несколько основных технологических зон: сушки, подогрева, обжига и охлаждения. Количество зон одного назначения может быть различным. В общем случае процесс сушки сырых окатышей проводят в двух зонах машины. В первой зоне слой продувается теплоносителем снизу вверх. Горячие газы, поданные через колосниковую решетку, вначале нагревают постель, а затем лежащие на ней сырые окатыши.

Поскольку тепло - и влагонесущая способность потока газов невелика, они очень быстро охлаждаются и испаренная в нижней части слоя влага начинает конденсироваться выше, вызывая переувлажнение окатышей. Вследствие этого окатыши теряют механическую прочность, деформируются, из-за чего ухудшается газопроницаемость слоя и качество готовой продукции.

Во второй зоне сушки теплоноситель в слой поступает сверху, а рассмотренный процесс охлаждения газов и переноса влаги протекает также как и в зоне сушки 1 с той разницей, что в нижних горизонтах слоя материал подогрет. Это предотвращает вторичное выпадение влаги на окатышах и на решетке. Подсушка нижних слоев сырых окатышей в зоне сушки 1 позволяет избежать их разрушения от переувлажнения в зоне сушки 2

Плотность теплового потока от газов к окатышам определяется температурой и скоростью теплоносителя. Чтобы интенсифицировать процесс производства окатышей, температуру и скорость газов, подаваемых в слой, нужно повышать. Однако с ростом интенсивности теплообмена при сушке окатышей при определенном значении плотности теплового потока наступает вскипание воды в порах окатыша, а это приводит к его взрывному разрушению. Как показал опыт, вскипание воды в порах окатышей происходит при температуре теплоносителя 250-300°С и его скорости 1,0-1,5 м/с. При этом поверхностная плотность теплового потока составляет более 104 Вт/м2

В процессе сушки особых требований к составу теплоносителя, в частности по содержанию в нем кислорода, нет. Поэтому для этих целей используют сухой воздух, отбираемый из зоны охлаждения, или разбавленные воздухом продукты сгорания, полученные с помощью специальных горелочных устройств, работающих с большими коэффициентами расхода воздуха.

Для сушки окатышей могут быть использованы различные тех­нологические приемы, например, предварительный нагрев окатышей перед подачей их в зону сушки на транспортных лентах и загрузочных устройствах, подогрев донной постели и т. д., однако все они не нашли практического применения.

После того, как исчезнет опасность переувлажнения процесс сушки окатышей может быть максимально интенсифицирован. С этой целью температуру теплоносителя перед подачей в слой можно увеличить до 700- 750°С. Функцию третьей зоны сушки обычно выполняет переходная зона, находящаяся в составе зоны подогрева. Если за счет подбора режимов сушки удается избежать переувлажнения окатышей и их перегрева, то перед обжигом удается обеспечить высокую порозность слоя и создаются условия для обеспечения равномерности прососа газов по ширине конвейерной тележки с большой скоростью и без локальных продувов.

Во второй части зоны подогрева температура теплоносителя плавно поднимается до 1000-1100°С. Здесь в верхних горизонтах слоя в основном завершается удаление гидратной влаги, происходит декарбонация известняка, доломита, используемых в качестве флюсующих добавок в шихту, и окисление магнетита. Интенсивность окисления магнетитного оксида железа зависит не только от температуры газов, но и от концентрации в них кислорода. При существующем способе производства окатышей в теплоносителе объемная доля кислорода составляет 10-15%, что значительно выше равновесной его концентрации в реакции окисления магнетита.

Известны технологические схемы конвейерных машин для мало­окислительного или восстановительного обжига окатышей. В этом случае содержание кислорода в теплоносителе должно быть как можно ниже. В практике обычно удается получить продукты сгорания с содержанием кислорода по объему не более двух процентов. Таким образом, в зоне подогрева при окислительном обжиге теплоноситель должен иметь температуру 700-1100°С, а объемная доля кислорода может достигать 15%. При малоокислительном обжиге окатышей доля кислорода в газах должна быть снижена до 1-2%.

В зоне обжига конвейерной машины происходит спекание шихты, упрочнение окатышей. Чтобы ограничить количество расплава в окатышах, температура газов в горне обжиговой машины обычно не должна превышать 1300-1350°С. Требования по содержанию кислорода в зоне обжига такие же, как и в зоне подогрева.

После завершения процесса обжига окатыши попадают в зону охлаждения, где слой продувается в основном снизу вверх холодным воздухом или отработанными и охлажденными продуктами сгорания. Охлаждение окатышей осуществляется до температур, позволяющих их дальнейшее транспортирование ленточными транспортерами. В ряде случаев охлаждение окатышей на обжиговой машине выполняют не до конечных температур. Процесс охлаждения завершают в отдельном агрегате - чашевом охладителе.

Воздух продуваемый через слой в зоне охлаждения, нагревается до температур от 350 до 1000°С, в зависимости от технологической схемы, и дутьевыми средствами или за счет разницы давления над слоем передается в зону обжига или сушки.

Для того, чтобы избежать резкого перепада температуры окатышей при переходе их из зоны обжига в зону охлаждения, между этими зонами выполняют переходную область - зону рекуперации. Температуру теплоносителя в этой зоне постепенно снижают за счет подмешивания к нему воздуха из зоны охлаждения.

По конструктивным признакам все обжиговые машины можно условно разделить на две группы, отличающиеся способом перетока теплоносителя из зоны охлаждения в другие технологические зоны - машины без переточного коллектора и машины с переточным коллектором (см. рис. 8.1). К первой группе относятся обжиговые машины первого поколения полезной площадью 108 и 124 м2 (ОК-108 и ОК-124) и шириной обжиговой тележки (горна) 2 м. Удельный расход топлива (природного газа) на них достигает 37-46 м3/т окатышей. Ко второй группе относятся более совершенные и мощные обжиго­вые машины полезной площадью 306 и 520 м2 ширина тележки 3 и 4 м (соответственно) и машины фирмы Лурги полезной площадью 278, 480 и 552 м2.

Наличие двухсекционной зоны охлаждения и переточного коллектора на этих машинах позволило получить в зоне охлаждения и передать в зоны обжига воздух с температурой до 800-1000°С, благодаря чему удалось уменьшить потери тепла и снизить удельный расход топлива до 15-17 м3/т. Внутри этих групп возможны некоторые отличия в тепловых схемах, обусловленные свойствами исходного сырья, требованиями технологии, наличием тяго­дутьевых средств с заданными характеристиками, требованиями к составу газовой среды и др. Например, теплоноситель в зону сушки 1 может подаваться из зоны охлаждения, а воздух для горения в зону обжига - из вакуум-камер зоны рекуперации. Возможно смешение высокотемпературных дымовых газов с воздухом и другие технические приемы.