Підвищення якості грануляції агломераційної шихти з використанням рециркуляційного огрудкування - Автореферат

Завдання поставлені перед металургами спрямовані на максимальне використання найважливіших чинників економічного зростання з тим, щоб забезпечити конкурентноспроможність підприємств у ВТО - всебічна економія енергоресурсів, скорочення споживання природного газу. Найбільш вигідним в порівнянні з обкотишами буде агломерат, який містить в залізорудній частині максимальну кількість залізорудного концентрату, що сприяє підвищенню вмісту заліза в кінцевому продукті. Уточнення деяких питань теорії огрудкування залізорудних матеріалів, підвищення технологічної культури виробництва агломерату, переробка різних технологічних відходів сталеплавильного, доменного й агломераційного виробництва спільно з основними складовими залізорудної частини шихти (рудою і концентратом) дозволять вирішити проблему підготовки сировини для доменного виробництва. Але не менш важливе завдання зберегти високу газопроникність і після запалення, тобто газопроникність неізотермічного шару шихти. гранулоутворення агломераційний шихта залізорудний Базовими для підготовки дисертації зявилися науково-дослідні роботи, виконані на кафедрі: "Розробити, дослідити й упровадити технологію виробництва високоосновного агломерату у високому шарі з використанням палива оптимального гранулометричного складу", "Поліпшення екологічних показників агломерації шляхом вдосконалення розподілу тепла та палива в шарі, що спекається", "Розвиток теоретичних основ ресурсозберігання в агломераційному виробництві" (№ держ. рег.: 0187U0029614, 0198U002650) при безпосередній участі здобувача.

Результати роботи опубліковані в 3 статтях в наукових журналах, 7 збірках праць і тез науково-технічних конференцій, 3 патентах.

СТРУКТУРА І ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ

Дисертація містить вступ, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 172 найменувань, додатків. Викладена на 140 стор., 18 табл., 40 рис.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, визначені мета й завдання досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі показано, що необхідною умовою високих техніко-економічних показників агломераційного процесу, є висока якість огрудкування початкових шихтових матеріалів, а також різні технологічні прийоми підготовки шару шихти, що підлягає спіканню. Теоретичні основи огрудкування вперше системно були викладені в монографії В.І. Коротича. Надалі цей науковий напрям розвивали В.М. Вітюгін, А.С. Богма, Г.В. Коршиков, В.І. Смірнов, В.П. Хайдуков, Е.А. Ісаєв і ін. Підхід до приготування шару до спікання має бути цілісним, оскільки огрудкування є значущим чинником, що впливає на процес агломерації, але далеко не єдиним. Вивченню механізму перезволожування шихти в шарі, наприклад, присвячені роботи А.М. Парфенова, В.В. Виноградова, А.А. Сігова, В.А. Шурхала, В.П. Пузанова і ін. Тому в дисертаційній роботі розглядається проблема взаємозвязку розробки нових методів огрудкування з вдосконаленням спікання шихти на базі глибокого вивчення механізму утворення зони перезволоження, з формуванням шару, що агломерується, із зовнішнім нагріванням.

У другому розділі розглянуті утворення й зростання діаметру гранул. Утворення гранул, що з новими властивостями і, зокрема, крупністтю та вологістю, відбувається і після повного витрачання фракції, що огрудковує й проміжних складових шихти - частинок розміром менше 1,6 мм. При цьому виявляється селективний характер взаємодії: на початку взаємодіють між собою і з крупними гранулами найбільш дрібні гранули, а потім крупність гранул, які виступають в ролі тих, що грудкують, підвищується. Про це свідчить характер структурних перетворень гранул в процесі їх взаємодії при безперервному підвищенні вологості матеріалу.

Саме такий механізм утворення гранул має місце при мілкодисперсному розбризкуванні води й тривалому знаходженні шихти в зоні зволоження. Для дослідження цього механізму утворення гранул шихту, що містить 100 % концентрату, піддавали огрудкуванню в глухому барабані, тобто в барабані з підпірним кільцем. При цьому порція шихта з барабана не виходила і тривало піддавалася зволоженню. На початковій стадії грануляції центрами огрудкування виступали краплі води, тобто мало місце локальне перезволоження концентрату, розвиток капілярних сил взаємодії частинок і утворення гранул розмірами в межах 1 - 3 мм. Подальше подавання води в мілкодисперсному стані й малою витратою сприяла ущільненню гранул та водночас їх поверхневому перезволоженню. При певній достатньо високій поверхневій вологості найбільш крупні гранули виступають як центри огрудкування і на них накочуються інші гранули менших розмірів. Цей процес продовжується до тих пір, поки зі всієї маси шихти, завантаженої в барабан не утворюються 2-3 супергранули.

В результаті огрудкування агломераційної шихти кількість фракцій того чи іншого класу крупності може збільшуватися за рахунок утворення гранул наступних структур: 1. Без центрів огрудкування, шляхом локального перезволоження складової шихти, що грудкує.

2. Моноцентричних гранул шляхом збільшення товщини шару складової, що грудкує, накатаної на один центр огрудкування.

3. Поліцентричних гранул за рахунок нашаровування мілкодисперсної частини шихти на сполучених разом два чи більше твердих центрів огрудкування.

Подальшим завданням досліджень є вивчення умов, за яких найбільший розвиток отримує механізм утворення гранул тієї чи іншої структури. Це є основою для керування процесом гранулоутворювання й розробки технології огрудкування агломераційної шихти з наперед заданими властивостями.

Властивості огрудкованої агломераційної шихти залежать від трьох основних чинників: 1. Початкового гранулометричного складу.

2. Поверхневих властивостей шихтових матеріалів.

3. Умов грануляції.

Матеріальною базою утворення гранул агломераційної шихти є наявність складової, що грудкує. Для опису процесу гранулоутворювання агломераційної суміші по аналогії з процесом розчинення твердих добавок використано рівняння масопереносу, яке після перетворення має вигляд: , де - коефіцієнт масопереносу, залежний від властивостей шихти, режиму руху й режиму зволоження суміші, м/с; - площа контакту рідкої й твердої фази ; обсяг матеріалу ; - вміст складової, що грудкує, в шихті перед огрудкуванням, кг; - частина складової аглосуміші, що грудкує, яка залишилася, через час .

Показник, що характеризує зовнішні кінетичні умови грануляції - інтенсивність увлажения. Для барабанних окомкователей циліндрової форми виведено рівняння інтенсивності увлажения, яке має вигляд: , де - витрата шихти за одиницю часу .

Рівняння зовнішніх кінетичних умов огрудкування є узагальненими характеристиками, що органічно повязують зволоження, рух матеріалу та параметри огрудкувача. З метою вдосконалення технології агломераційного виробництва автором були досліджені показники процесу спікання шихти постійної крупності, постійної вологості в шарі постійної висоти. Для цього використовувалася агломераційна суміш розмірами фракцій 10 - 7, 7 - 5, і 5 - 3 мм. Шихту спікали в шарі 300 мм. Результати представлені на рис. 1.

Для досягнення високих показників спікання залізорудного агломерату, необхідно прагнути отримати однорідний склад гранул з переважанням в шихті фракцій 3 - 8 мм 80 - 90 %. При цьому зі зростанням висоти шару, що підлягає агломерації, верхня межа крупності гранул може зростати.

У третьому розділі вивчено механізм утворення зон конденсації й перезволоження, особливу увагу було обернено на встановлення в цих зонах рівноважної температури. При визначенні моменту встановлення температурної рівноваги між шихтою та газами, що відходять, врахували, що конденсація вологи в шарі носить поверхневий характер та постійність температури газів ще не свідчить про встановлення рівноваги. Дослідження показали, що певний час температура газу перевищує температуру шихти на 2~3°С. Причому різниця залишається постійною при зміні величини температури газів, що відходять, і поверхні гранул шихти. Відмінність в температурах газів, що відходять, і поверхні огрудкованої шихти в шарі пояснюється тим, що прогрівання гранул теплом конденсації відбувається не миттєво, а займає тривалий проміжок часу. Причому, чим більший розмір гранул шихти, тим повільніше відбувається нагрівання.

Прямі вимірювання вологості шихти на нижньому горизонті шару показали, що процес конденсації вологи в шарі, який підлягає агломерації, не закінчується на початковій стадії до формування всіх зон, а розповсюджується і на основну стадію (рис. 2).

Автором були виконані дослідження процесу перезволоження шару, що агломерувався, за використання шихти різної вологості, крупності та різної механічної міцності гранул. Для досліджень поведінки гранул різних класів крупності в зоні перезволоження виконані спікання монофракційної шихти, тобто шихти, що складається з гранул вузького класу крупності. Дослідження довели, що найменше значення руйнування гранул під дією вологи конденсації має місце за крупності гранул більше 5 мм. Це повязано зі зменшенням поверхні конденсації, збільшенням міцності грудочок, з вищою щільністю укладання часточок в поверхневому шарі гранул.

В огрудкувачах різної конструкції процес грануляції можна умовно розділити на дві стадії - гранулоутворення та стабілізації гранулометричного складу шихти. На другій стадії переважає масообмін й під дією динамічних навантажень відбувається ущільнення гранул. Після утворення грудочок, тривалість окатування істотного впливу на усадку шару від дії перезволоження не надає. Отже, деформування агломераційного шару від дії перезволоження раціонально зменшувати не збільшенням довжини барабанних огрудкувачів, а технологічними засобами, що дозволяють зменшувати вологість та збільшувати однорідність гранулометричного складу огрудкованої шихти.

За величиною температурного рівня, зовнішній нагрів можна умовно розділити на низькотемпературний - до температури займання твердого палива, та високотемпературний - вищий за температуру займання твердого палива. Зовнішній нагрів сильно впливає на процес конденсації вологи та її випаровування. Низькотемпературне нагрівання аглосуміші можна здійснювати до укладання її на колосникові гратки й після. Для зменшення негативного впливу перезволоження в шарі, що агломерується, використовується тепло повернення, пари та продукти горіння газу. Аналіз термограм показує, що зі збільшенням початкової температури шихти, температурний стрибок в результаті дії фронту конденсації зменшується і зникає при нагріванні шихти до 50°С і вище. Нагрівання поверхні шару шихти перед запаленням слід розглядати і як чинник, що впливає на формування зони перезволоження, і як чинник, що впливає на процес горіння твердого палива. Дослідження показали, що при нагріванні шихти протягом 40 с газом з температурою нижчою за температуру займання твердого палива - температура нагрівання відповідна найбільшій газопроникності - дорівнює 200°С. Реалізація такої технології запалення шихти з попереднім нагрівом не зустрічає технічних перешкод.

У четвертому розділі розглянуто пристрій огрудкувача й технологія огрудкування. Початковими параметрами для розрахунку огрудкувачів є: склад шихти, вологість, задана продуктивність, кут тертя аглосуміші, ступінь заповнення барабана тощо.

Процес огрудкування агломераційної шихти зумовлюється двома чинниками: режимом руху крупних й дрібних частинок в контакті одине з одним та розвитком сил капілярного й молекулярного зчеплення між частинками. Перший чинник повязаний з розвитком процесу гранулоутворювання, другий з процесом зміцнення гранул. Виходячи з вищевикладеного, було поставлено на меті створення пристрою, в якому: - мілкодисперсні матеріал не виходили би із зони зволоження до утворення кондиційних гранул;

- динамічні навантаження на гранули в зоні гранулоутворення були б меншими, ніж в зоні укочування;

- мілкодисперсна частина гранул шихти, що руйнуються, "поверталася" в зону зволожування.

Рішення поставленої задачі досягнуте тим, що був розроблений гранулятор шихти, який містить конусний барабан, виконаний встановленим на рамі з віссю обертання нахиленою відносно горизонталі у бік завантажувального вікна огрудкувача. Таке розташування осі обертання барабана дозволяє створити потік дрібної шихти, яка рухомою назустріч потоку крупнішої шихти, представленому в основному центрами грудкування, та за рахунок цього підвищити однорідність отримуваної шихти. Продуктивність пропонованого конусного барабана визначаємо з урахуванням нахилу осі обертання барабана до горизонту, у бік завантаження.

, де - насипна маса шихти ; - частота обертання барабана ; середній діаметр барабана; - кут обхвату барабана шихтою; - кут скочування шихти.

При цьому час перебування в барабані шихти різних класів крупності значно різниться. Кондиційні фракції покидають барабан значно швидше, а дрібні фракції через особливості руху в конусному барабані, переходять в режим рециркуляції і беруть участь в процесі огрудкування багато разів, поки не утворюють фракцію кондиційного розміру. Таким чином, процес утворення гранул в конусному барабані носить явно виражений рециркуляційний характер, що дозволяє говорити про отримання необхідного фракційного складу шляхом варіювання фракційним складом початкової шихти, й конструктивними параметрами конусного гранулятора: кутом нахилу осі обертання і кутом розкриття конуса.

Механізм рециркуляційного руху крупних й дрібних фракцій досліджували в лабораторному конусному грануляторі. Для цього в завантажувальну частину зупиненого гранулятора завантажували обкотиші крупністю 5 - 15 мм в кількості, рівній 1/3 загальної маси шихти. Після завантажили дрібну шихту фракції 3 - 0 мм. Вона складалася частково з мікрогранул 3 - 1 мм та з концентрату. На рис. 4 помітна межа розділу шару крупної та дрібної шихти. Кут нахилу осі обертання барабана дорівнював 10°. Воду на огрудкування не подавали.

Після обертання конуса біля розвантажувального торця (більшого діаметру конуса) спостерігаються тільки крупні гранули суміші, що дозволяє зробити висновок про рух крупних та дрібних гранул в протитоці, тобто про наявність рециркуляційного руху. Для дослідження процесу гранулоутворення як складова, що грудкує, використовували залізорудний концентрат крупністю 0,07 мм, а за центри огрудкування було взято повернення різних класів крупності: 10 - 8, 8 - 5, 5 - 3, 3 - 2 мм. Якість огрудкованої шихти визначали за вмістом в ній фракції 3 - 8 мм. Дослідження показали, що при використанні центрів огрудкування крупністю 3 - 5 мм, як самій поширенній фракції в початковому матеріалі, кондиційної огрудкованої фракції 3 - 8 мм утворюється 75 - 88 %, вологість фракцій коливається від 7,1 до 10,5 %. Із зменшенням кількості концентрату в шихті (складової, що грудкує) від 93,4% до 50% вологість огрудкованої суміші зменшується від 8,6% до 6,6%.

Проведені дослідження огрудкування концентрату в суміші повернення постійної кількості, але різних класів крупності. Дослідження показали, що кількість кондиційної фракції 3 - 8 мм в огрудкованій шихті міститься при використанні за центри огрудкування повернення крупністю 5 - 8 та 3 - 5 мм. Найменша кількість кондиційної фракції мала місце при використанні за центри огрудкування шматочків повернення крупністю 8 - 10 мм. Це повязано, по-перше, з тим, що частинки 8 - 10 мм не входять до кондиційної фракції, а по-друге, на такі центри огрудкування менше накочується складова, що грудкує, завдяки великої швидкості переміщення цих частинок уздовж горизонтальної осі обертання барабану. Крупність повернення, отриманого в промислових умовах, укладається в діапазон від 10 мм до нуля. Для досліджень впливу ступеня неоднорідності повернення за крупністю на процес огрудкування шихти в конусному грануляторі було виконано огрудкування концентрату з поверненням різних класів крупності. Дослідження показали, що до 80 % кондиційних фракцій огрудкованої шихти утворюється при використанні повернення високого ступеня неоднорідності.

У пятому розділі розглянуті питання спікання агломераційної шихти, отриманої в режимі рециркуляції. За агломерації запалення шару здійснюється в місці подавання окислювача, а газоподібні продукти реакції відводяться до протилежного торця пирога в результаті в шарі аглошихти формується хвиля горіння з характерними профілями температури, що розповсюджується у напрямі фільтраційного потоку.

Кінетика процесів, що відбуваються в зоні горіння, достатньо складна і містить наступні стадії: підведення окислювача до частинок, що горять; дисоціацію молекул газу на поверхні частинок; дисоціацію молекул флюсу; дифузію газоподібного реагенту до реакційної зони через наростаючий шар продуктів; власне хімічну реакцію на поверхні контакту продукту з твердим реагентом.

Розповсюдження горіння й прогрівання шарів, що пролягають нижче, відбувається одночасно та безпосередньо повязані між собою. Інтенсивний процес хімічного перетворення не може проникнути в заздалегідь не прогріту зону шару, оскільки переходить в кінетичну область і практично припиняється внаслідок температурного гальмування. З іншого боку, теплова хвиля зони сушки не може “відірватися” від теплового джерела, що підтримує її, якою є зона екзотермічної реакції. В цілому швидкість спікання визначається сукупністю физико-хімічних характеристик реагентів. При високих температурах властивих аглопроцессу швидкість хімічних реакцій достатньо велика. Тому в ролі лімітуючих чинників виступають механізми перенесення газоподібного реагенту адсорбційний або дифузійний. В шарі, що спікається існують дві явно виражені зони теплообміну: над зоною горіння твердого палива, де тепло готового агломерату передається всмоктуваному холодному повітрю, і під зоною горіння, де теплом гарячих газів нагрівається не спечена шихта. Рух газового потоку через шар шихти, таким чином, визначає переміщення зони горіння й теплообмін в шарі. Фільтрація стимулюється не тільки градієнтом тиску, але й дією з боку реакцій, що протікають в шарі, які активно споживають окислювач та виділяють газоподібні продукти реакції.

Залежність продуктивності аглоустановки від вологості шихти носить екстремальний характер (рис. 4). Максимальна продуктивність аглоустановки відповідає вологості 4 - 4,5 %. Вологість, відповідна якнайкращим умовам грануляції, лежить в межах 7,2 - 7,5 %. Шихта, що має оптимальну вологість з погляду її грануляції, не відповідає оптимуму з погляду її спікання.

З метою вдосконалення технології агломераційного виробництва були вивчені показники процесу спікання шихти постійної крупності, постійній вологості в шарі постійної висоти. Зменшення швидкості фільтрації газів через шар сприяє підвищенню міцності агломерату незалежно від крупності огрудкованої шихти. Для постійної висоти шару, що агломерується та шихти постійного гранулометричного складу є певне значення швидкості фільтрації газів відповідне максимальній продуктивності аглоустановки. Причому, чим крупніша шихта, тим менше значення має оптимальна швидкість фільтрації.

Режим повернення впливає на процес агломерації неоднозначно. З одного боку, повернення покращує газопроникність шихти, розпушуючи її і є центрами огрудкування; з іншого боку, знижує продуктивність аглоустановки, зменшуючи вихід придатного агломерату. Будь-які заходи, що поліпшують газопроникність шару що спікається, одночасно знижують оптимальну частку повернення в шихті. Прагнення збільшити вихід придатного агломерату за рахунок збільшення в товарному агломераті вмісту дріб"язку веде до зниження продуктивності доменних печей. Тому вважаємо за доцільне, економічно виправданим відвантаження в доменний цех агломерату підвищеної крупності за рахунок збільшення розміру верхньої межі фракцій повернення.

Інтенсифікація агломераційного процесу органічно повязана з підвищенням газопроникності шару, що агломерується. Аеродинамічний опір шихти в основному визначається крупністю гранул огрудкованої суміші. В звязку з цим були проведені дослідження за визначенням можливості інтенсифікації процесу спікання залізорудних матеріалів з шихт, що містять різну кількість тонких концентратів. Для цього використовували метод рециркуляційнного огрудкування аглосуміші, що дозволяє отримувати одноріднішу за крупністю шихту без істотного підвищення вологості.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У дисертації представлені теоретичні узагальнення і нові рішення наукової задачі підвищення ефективності процесів окускування шляхом застосування рециркуляційного огрудкування агломераційної шихти, що дозволить підвищити однорідність гранулометричного складу огрудкованої шихти, підняти висоту шару, що спікається, якість агломерату й поліпшити техніко-економічні показники аглопроцесса.

Найважливішими науковими та практичними результатами роботи є: 1. Теоретичні і експериментальні дослідження механізму утворення гранул агломераційної шихти дозволило обгрунтувати механізм утворення гранул при огрудкуванні агломераційної шихти в рециркуляційному режимі. При низькій інтенсивності зволоження шихти, що складається з тонкодисперсного матеріалу у взаємодію вступають гранули зростаючої крупності без утворення проміжної фракції. Із зміною умов огрудкування й зокрема кінцевій вологості шихти.

2. Уточнення механізму перезволоження в шарі, що агломерується, дало можливість запропонувати методи усунення його негативного впливу на газодинаміку шару, що агломерувався. Розробити модель розрахунку огрудкувачів з урахуванням інтенсивності зволоження агломераційної шихти, конструктивних особливостей огрудкувача й режиму руху сипкого матеріалу. Обгрунтувати, що якість огрудкування шихти залежить не тільки від геометричних параметрів, але і від ступеня диспергування води, що значною мірою впливає на кінетику грануляції шихти. Механізм перезволоження гранул шихти містить два різні процеси: поверхневого та обємного насичення гранул водою, що відрізняються тривалістю й динамікою протікання. Встановлення протягом 1,5-2 хв рівноважної температури в зоні перезволоження відповідає початку поверхневого перезволоження. Обємне насичення гранул водою триває більше половини часу спікання шару. Зі збільшенням середньої крупності гранул деформація шару знижується.

3. Дослідження спікання монофракційної шихти показали, що певному діапазону крупності гранул відповідає певне значення швидкості фільтрації газової фази, що забезпечує максимальну продуктивність аглоустановки. Фракції 5-3 мм - 0,4 м/с; 7 - 5 мм - 0,3 м/с; 10 - 7 мм - 0,2 м/с.

4. Експерименти, проведені з шихтою отриманою в режимі рециркуляції показали, що для досягнення високих показників спікання залізорудного агломерату при збільшенні частки мілкодисперсних фракцій в рудній частині, необхідно прагнути отримати однорідний склад гранул з переважанням в шихті фракцій 3 - 8 мм (80 - 90 %). При рециркуляційному огрудкуванні зі зростанням висоти шару, що агломерується, верхня межа крупності гранул може бути збільшена.

5. Зі зменшенням вологості огрудкованої шихти зменшується величина деформування шару, що агломерується, від впливу процесу перезволоження. Помітне зниження усадки шару спостерігається за вологості шихти 4,4 % і менш. Дослідження процесу огрудкування в конусному барабані показали, що ущільнення й стабілізація гранулометричного складу вимагає витрат роботи зовнішніх сил в два - три рази менше, ніж процес гранулоутворення.

6. Спікання агломераційної шихти підсушеної в шарі показали, що інтенсивність горіння твердого палива збільшується, а при звичайній вологості (7 - 8 %) зменшується, що відповідним чином змінює продуктивність аглоустановки. Спікання шихти вузьких класів крупності показали, що найбільша інтенсивність горіння палива в шарі спостерігається для фракції 5 - 3 мм.

7. Отримала експериментальне підтвердження гіпотеза, що оптимальна вологість шихти для процесу огрудкування не відповідає оптимальній вологості при її спіканні. В ході дослідження процесу спікання шихти змінної вологості й крупності доведено, що оптимальна вологість шихти з погляду огрудкування складає 7,2 - 7,5 % і перевищує оптимальну вологість шихти з погляду процесу спікання що становить 4 - 4,5 %.

8. Для отримання агломераційної шихти певного гранулометричного складу необхідно використовувати рециркуляційний метод огрудкування, який дозволяє отримати протиточний рух дрібних й крупних гранул, що забезпечує високу ефективність процесу грануляції.

9. Дослідно-промислові дослідження показали, що рециркуляційний режим огрудкування доцільно використовувати при раціональному нагрівані поверхні шару, що агломерується, і зниженому вакуумі в перших 2 - 4 вакуум камерах (під горном). Що дозволило отримати економію твердого палива 0,5 кг/т.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Попов Г. Н. и др. Методика расчета параметров окомкователей аглошихты барабанного типа./ Г. Н. Попов, В. Д. Щукин, В. А. Козачишен, А. К. Кобзев.// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1987, № 11, С. 30-33.

2. Попов Г. Н. и др. Об интенсивности горения твердого топлива в агломерируемом слое./ Г. Н. Попов, В. Ф. Лобастов, В. А. Козачишен, В. А. Мамушев.// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 1989, № 5, С. 26-28.

3. Козачишен В. А. К вопросу моделирования процесса агломерации руд./ В. А. Козачишен.// Сб. научн. тр. ДГМИ. Вып. 7. - Алчевск: ДГМИ, 1998. - С. 60-64.

4. Козачишен В. А. Имитационная модель агломерационного процесса./ В. А. Козачишен, С. Н. Петрушов.// Сб. научн. тр. ДГМИ. Вып. 10. - Алчевск: ДГМИ, 1999. - С. 109-111.

5. Козачишен В. А. Интенсивность увлажнения агломерационной шихты при окомковании./ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов.// Сб. научн. тр. ДОНГТУ. Вып. 22. - Алчевск: ДОНГТУ, 2006. - С. 143-149.

6. Козачишен В. А. Исследование механизма переувлажнения агломерационной шихты./ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов.// Сб. научн. тр. ДОНГТУ. Вып. 22. - Алчевск: ДОНГТУ, 2006. - С. 150-160.

7. Козачишен В.А. и др. Влияние режима возврата на показатели агломерационного процесса./ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов, Д. М. Дуденко, А. В. Чесноков.// Сб. научн. тр. ДОНГТУ. Вып. 23. - Алчевск: ДОНГТУ, 2006. - С. 241-245.

8. Козачишен В. А. Устройство для окомкования агломерационной шихты/ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов.// Сб. научн. тр. ДОНГТУ. Вып. 25. - Алчевск: ДОНГТУ, 2007. - С. 194-197.

9. Патент 24350 Україна, МПК7 С22В 1/24. Огрудкувач шихти / Г. М. Попов, В. А. Козачишен.; заявние та патентоутримувач Донбаський держ. техн. ун-т. - u200702016; заявл. 26.02.07; опубл. 25.06.07, Бюл. №9.

10. А. с. 1476917 СССР. МКИ4 C22B 1/16. Совершенствование работы зажигательного горна./ Г. Н. Попов, С. Н. Петрушов, В. А. Козачишен и др. - № 4260639/31-02; заявл. 11.06.87; опубл. 18.03.89. Бюл. № 8.

11. А. с. 1425231 СССР. МКИ2 C22B 1/14. Способ подготовки аглошихты к спеканию./ С. Н. Петрушов, Г. Н. Попов, В. А. Козачишен, А. И. Капуста, и др. - № 4189698/23-02; заявл. 03.02.87; опубл. 23.09.88. Бюл. № 35.

12. Козачишен В. А. Расчет производительности конусного гранулятора./ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов.// Сб. научн. тр. ДОНГТУ. Вып. 29. - Алчевск: ДОНГТУ, 2009. - С. 262-264.

13. Козачишен В. А. Конусный окомкователь агломерационной шихты./ В. А. Козачишен, Г. Н. Попов// Металл и литье Украины, 2009, № 7-8, С. 22-25.

Особистий внесок здобувача в опублікованих роботах: [1] - розроблена математична модель для визначення довжини зони зволоження огрудкувача залежно від технологічних параметрів;

[2] - пропрацювано план проведення експерименту, отримано залежність для визначення фізичного і хімічного недопалу твердого палива;

[4] - розроблена математична модель, що повязує зовнішні і внутрішні параметри аглопроцеса;

[5] - пропрацювано план проведення експерименту, розроблено рівняння зовнішніх кінетичних умов огрудкування;

[6] - пропрацювано план проведення експерименту, встановлена залежність величини деформації шару, що агломерується, від різних чинників;

[7] - пропрацювано план проведення експерименту, обгрунтована доцільність збільшення верхньої межі крупності повернення;

[8, 10, 13] - обгрунтовані параметри огрудкувача, виконана оцінка ефективності огрудкування;

[9] - пропрацювано план проведення експерименту, обгрунтована ефективність спікання агломераційної шихти зниженої вологості;

[11, 12] - обробка літературних даних, проведення експериментів, обробка експериментальних даних.

АНОТАЦИЯ

Козачишен В. А. Повышение качества грануляции агломерационной шихты с использованием рециркуляционного окомкования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов. - Донбасский государственный технический университет, Алчевск, 2010.

Диссертация посвящена вопросам повышения производительности агломерационных машин и снижения расхода топлива за счет улучшения газопроницаемости спекаемого слоя аглошихты.

Исследованы вопросы гранулообразования при увеличении содержания тонких концентратов в рудной части агломерационной шихты.

Разработан метод расчета интенсивности увлажнения агломерационной шихты с учетом конструктивных особенностей окомкователя и режима движения сыпучего материала. Качество окомкования шихты зависит не только от геометрических параметров, но и от степени диспергирования воды, что в значительной мере сказывается на кинетике грануляции шихты. Уравнения внешних кинетических условий окомкования являются обобщенными характеристиками, органически связывающими увлажнение, движение материала и параметры окомкователя.

Исследован механизм переувлажнения гранул шихты, который включает два различных процесса: поверхностного и объемного насыщения гранул водой, отличающихся длительностью и динамикой протекания. Были выполнены исследования процесса переувлажнения в агломерируемом слое шихты различной влажности, крупности, различной механической прочности гранул. Прямые измерения влажности шихты на нижнем горизонте слоя показали, что процесс конденсации влаги в агломерируемом слое не заканчивается на начальной стадии агломерации до сформирования всех зон, а распространяется и на основную стадию.

Разработаны способы снижения отрицательного влияния переувлажнения гранул на газопроницаемость слоя.

Разработан новый способ и устройство для окомкования мелкодисперсных материалов. Процесс окомкования агломерационной шихты предопределяется двумя факторами: режимом движения крупных и мелких частиц в контакте друг с другом и развитием сил капиллярного и молекулярного сцепления между частицами. Первый фактор связан с развитием процесса гранулообразования, второй с процессом упрочнения гранул.

Выполнены исследования и разработана методика расчета производительности конусного гранулятора в зависимости от угла наклона оси вращения, производительности, свойств шихты, подлежащей окомкованию. В результате исследований определено, что процесс окомкования агломерационной шихты в конусном грануляторе эффективнее и позволяет увеличить дозировку в рудную часть шихты тонкодисперсных железосодержащих материалов.

Рассмотрены вопросы спекания агломерационной шихты, полученной в режиме рециркуляции. Распространение горения и прогрев нижележащих слоев происходит одновременно и непосредственно связаны между собой. Интенсивный процесс химического превращения не может проникнуть в предварительно непрогретую зону слоя, так как переходит в кинетическую область и практически прекращается вследствие температурного торможения. С другой стороны, тепловая волна зоны сушки не может “оторваться” от поддерживающего ее теплового источника, каковым является зона экзотермической реакции. В целом скорость спекания определяется совокупностью физико-химических характеристик реагентов.

Зависимость производительности аглоустановки от влажности шихты носит экстремальный характер. Максимальная производительность аглоустановки соответствует влажности 4 - 4,5 %. Влажность, соответствующая наилучшим условиям грануляции, лежит в пределах 7,2 - 7,5 %. Шихта, имеющая оптимальную влажность с точки зрения ее грануляции, несоответствует оптимуму с точки зрения ее спекания. Интенсификация агломерационного процесса органически связана с повышением газопроницаемости агломерируемого слоя. Аэродинамическое сопротивление шихты в основном определяется крупностью гранул окомкованной смеси.

Приведены результаты исследований для условий аглофабрики ОАО “Алчевский металлургический комбинат”.

Ключевые слова: шихта, гранулометрический состав, газопроницаемость, влажность, окомкование, конусный барабан.