История возникновения и развития агломерации. Общая схема агломерационного процесса методом просасывания. Подготовка сырых материалов и отбор проб. Определение оптимального состава, смешение и увлажнение шихты. Выгрузка пирога агломерата и его разделка.
При низкой оригинальности работы "Разработка технологии агломерации отходов прокатного производства", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Главная цель этой операции состоит в том, чтобы превратить мелкий рудный концентрат в более крупные куски - агломерат, использование которого в доменной плавке обеспечивает формирование слоя шихты хорошей газопроницаемости, что является непременным условием высокопроизводительной работы доменной печи. После этого включали дутье, и подогретый в слое горящего на колосниковой решетке топлива газ поднимался вверх, воспламеняя и сжигая содержащееся в шихте топливо в нижнем слое спекаемого материала. Процесс спекания руд шел по тому же принципу, что и в котлах Геберлейна или в чашах - тепло, необходимое для оплавления рудных зерен, выделялось при слоевом сжигании частичек твердого топлива в результате просасывания воздуха через шихту, уложенную на колосниковую решетку. Они обладают рядом существенных недостатков по сравнению с агломератом: во-первых, окатыши невозможно получать из относительно грубых концентратов, а дополнительное измельчение до необходимой крупности (0,05 мм) значительно удорожает концентрат; во-вторых, как уже отмечалось, окатыши сильнее агломерата разрушались в ходе восстановительных процессов; в-третьих, чрезвычайно трудно технологически получать окатыши повышенной (до 1,4 - 1,5) основности; в-четвертых, при работе доменных печей только на окатышах возникают определенные затруднения изза ухудшения газопроницаемости слоя и развития процессов шлакообразования [9]. Более 95 % агломерата используется в черной металлургии; в цветной металлургии агломерат применяется в алюминиевом, никелевом и свинцовом производствах.Если перемешивание сухой шихты производится на металлическом листе, то при увлажнении следует следить за тем, чтобы увлажнение производилось равномерно по всей поверхности рассыпанной слоем шихты и чтобы вода из лейки не распылялась за пределы слоя шихты во избежание ее потерь. По окончании загрузки шихта тщательно разравнивается специальным шаблоном, соответствующим заданной высоте слоя шихты в аглочаше. Загрузку должен производить один и тот же работник, который в соответствии с показателями процесса спекания в чаше должен своевременно вносить изменения в приемы загрузки (при недопеке в центре, например, стараются уплотнить шихту у стенки, что достигается поддержанием более высокого уровня шихты у стенок по сравнению с центром аглочаши во время загрузки). Через 1 - 1,5 мин, когда установится постоянное разрежение под колосниковой решеткой и перепад давлений на диафрагме, производится зажигание, (следует помнить, что просос воздуха до воспламенения снижает влажность шихты особенно в верхней части слоя). Часть годного агломерата (классом > 25 мм) в количестве 20 кг подвергается испытанию в стандартном барабане для испытания агломерата на прочность, который имеет диаметр в свету 1000 мм, ширину 600 мм и 3 полки внутри барабана, расположенные под углом в 120 ° друг к другу, высотой 250 мм.В данной работе мы рассматривали один из эффективных методов окускования мелких руд - процесс агломерации в результате, которого образуется ноздревато-пористый черно-серый продукт спекания, называемый агломератом. Основными шихтовыми материалами в этой работе явились окалина с чернового стана прокатного производства фракции 0 - 5 мм и аспирационная пыль печей (ДСП) фракции 0 - 0,01 мм. По разработкам отечественной и зарубежной технологии было сделано большое количество опытов, с нашей стороны мы придерживались стандартов процесса агломерации, а также с помощью экспериментальных установок провели исследовательскую работу, что позволило нам на практике ощутить ту актуальность сегодняшнего дня «безотходные технологии» - сохранение ресурсов.
План
3.8 Оптимальное содержание влаги в шихте
Введение
Оценка современного состояния решаемой научной проблемы. На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 9 млн.т железосодержащих отходов (шламы, пыль, отсевы агломерата и окатышей, окалина, варочный шлак и др.). Общие безвозвратные потери металла составляют примерно 0,9 % в год, в том числе от коррозии - 0,5 %, истирания - 0,01 %, неполноты сбора отслужившего металла при его повторном переделе и использования - 0,3 %. В результате от первичного, т.е. выплавленного в каком-либо году из железной руды железа, сохраняется в материальной культуре страны: через 50 лет - 64 %, через 150 лет - 26 %, через 200 лет - 16 %. Поэтому и теперь еще продолжает служить около четверти металла, впервые выплавленного еще в начале прошлого века.
В сталеплавильном производстве Павлодарского региона образуются большое количество отходов в виде окалины с прокатных станов и аспирационная пыль непосредственно из печей (ДСП). Соотношение окалина:пыль - 85: 15. Годовой объем составляет примерно 150000 т в год, и в будущем ожидается увеличение в 3-4 раза. Крупность окалины (90% - фр. 0 - 5 мм) и пыли (100 % - фр. 0 - 0,01 мм) не позволяет использовать их в шахтных печах. Для вовлечения указанных материалов необходимо их предварительно окусковать. Учитывая физико-химические, теплотехнические свойства этих отходов, необходимо разработать оптимальный способ окускования. Для решения указанной задачи направлена тематика данной дипломной работы.
Актуальность дипломной работы. Считается, что отходы производства - признак несовершенства технологии. Поэтому разработка малоотходных технологий в черной металлургии на всех стадиях ее переделов становится главной целью технической политики. Разработка технологии агломерации позволит снизить потребление материальных ресурсов на предприятии, сократить выбросы в окружающую среду, уменьшить объемы образования отходов и себестоимость продукции. Главная цель этой операции состоит в том, чтобы превратить мелкий рудный концентрат в более крупные куски - агломерат, использование которого в доменной плавке обеспечивает формирование слоя шихты хорошей газопроницаемости, что является непременным условием высокопроизводительной работы доменной печи.
Целью и задачей дипломного проектирования являлась разработка технологии агломерации, позволяющая данному виду окускования получить преимущества перед другими видами переработки отходов.
Объектом дипломного исследования является процесс агломерации отходов прокатного производства.
Научная новизна и практическая значимость. Новизной дипломной работы является использование в процессе агломерации окалины с прокатных станов и аспирационной пыли в качестве связующих и добавок.
Практическая значимость. Предложенный процесс агломерации позволяет утилизовать отходы прокатного, сталеплавильного производства, а также вовлечь в металлургическую переработку отходы других производств, содержащие повышенное количество железа: колошниковую пыль доменного цеха, красные шламы глиноземных заводов, пиритные огарки сернокислотных заводов и др.
Теоретическая и методологическая основа. При написании данной дипломной работы было рассмотрено, изучено и использовано большое количество учебно-методической литературы, научных статей и периодических изданий, связанных с тематикой работы.
Практическая база написания дипломного проекта. Практической базой дипломной работы являлась агломерационная установка, смонтированная на территории лаборатории ПГПИ.
1. Литературный обзор
1.1 История возникновения и развития агломерации агломерация пирог шихта проба
Агломерация как способ окускования был открыт случайно в 1887 г. английскими исследователями Ф. Геберлейном и Т. Хатингтоном в ходе опытов по десульфурирующему обжигу руд цветных металлов на колосниковой решетке. Обжиг проводили следующим образом. На колосниковую решетку насыпали слой горящих кусков кокса или угля, на который затем укладывали слой сульфидной руды. Снизу через решетку подавали воздух от воздуходувки. Проходя через слой топлива, воздух обеспечивал его интенсивное горение. Горячие продукты горения, двигаясь дальше, нагревали расположенный выше слой руды. При температурах 400 - 500°С происходило воспламенение сульфидов. В результате их горения выделялось дополнительное тепло, которое потоком газа переносилось в слой руды, расположенный еще выше. Таким образом, зона горения сульфидов перемещалась в направлении движения газа, проходя последовательно весь слой руды, расположенный на решетке. Обжиг руды осуществлялся без подвода тепла извне - только за счет тепла, выделявшегося при горении сульфидов. «Запальное» топливо (куски раскаленного кокса или угля), расположенное вначале на колосниковой решетке, служило только для воспламенения сульфидов руды самого нижнего слоя.
В ходе исследований выяснилось, что при обжиге руд с высоким содержанием серы выделялось так много тепла и температура поднималась до такого уровня, что происходило приплавление обожженных кусков руды друг к другу. После окончания процесса слой руды превращался в закристаллизовавшуюся пористую массу - спек. Куски раздробленного спека, которые назвали агломерат, оказались вполне пригодными по своим физико-химическим свойствам для шахтной плавки.
Сравнительная простота технологии и высокая тепловая эффективность слоевого окислительного обжига сульфидных руд привлекли внимание специалистов черной металлургии. Появилась идея разработать термический способ окускования железорудных материалов на базе подобной технологии. Отсутствие в железных рудах серы как источника тепла предполагалось компенсировать добавкой к руде мелких частиц углеродистого топлива: угля или кокса. Железорудный агломерат по такой технологии в лаборатории впервые был получен в Германии в 1902 - 1905 гг.
Первой промышленной установкой для производства агломерата был котел Геберлейна - коническая стальная чаша, на некотором расстоянии от днища которой была закреплена колосниковая решетка, а в днище имелся патрубок для подвода дутья от воздуходувки. Процесс осуществлялся по схеме, аналогичной описанной выше для окислительного обжига сульфидных руд, с той только разницей, что в данном случае источником тепла для размягчения и частичного плавления рудных зерен были горящие частички угля или кокса. На находящийся, на колосниковой решетке, слой из кусков раскаленного твердого топлива засыпали тонким слоем агломерационную шихту - смесь мелкой влажной руды с частичками коксика. После этого включали дутье, и подогретый в слое горящего на колосниковой решетке топлива газ поднимался вверх, воспламеняя и сжигая содержащееся в шихте топливо в нижнем слое спекаемого материала. Когда зона горения доходила до поверхности (а это замечалось прямым наблюдением - поверхность раскалялась) загружался следующий слой агломерационной шихты. После этого выключали вентилятор, опрокидывали котел и вручную разбивали полученную глыбу агломерата на более мелкие куски.
В России первые 6 котлов Геберлейна были введены в эксплуатацию в 1906 г. на Таганрогском заводе, а в 1914 г. - еще 5 чаш на Днепровском металлургическом заводе.
Одновременно в эти же годы велись работы по созданию альтернативных аглоустановок, лишенных серьезных недостатков котлов Геберлейна: низкой производительности, тяжелого физического труда рабочих. Были разработаны конструкции агломерационных чаш со значительно лучшими технологическими характеристиками. Эти установки находились в эксплуатации на металлургических заводах несколько десятков лет. В 1914 - 1918 гг. на Днепровском заводе была построена аглофабрика с прямоугольными (стационарными) чашами системы Гриневальта, а в 1925 г. на Гороблагодатском руднике (на Урале) - фабрика с 28 круглыми чашами (диаметром 2,3 м) шведской фирмы AIB. Принципиально агломерационный процесс в чашах шел так же, как и в котлах Геберлейна. Отличие состояло в том, что была уменьшена толщина спекаемого слоя до 250 - 300 мм, а самое главное, дутьевой режим был заменен на вакуумный - воздух в слой засасывался сверху благодаря создаваемому вентиляторами разрежению под колосниковой решеткой. Поэтому зажигание (воспламенение частичек твердого топлива шихты) также производилось сверху. В круглых чашах для этого на поверхность уложенной в чашу шихты засыпался слой «запального топлива» (смесь древесной стружки, опилок, частичек угля или коксика). В прямоугольных чашах зажигание осуществляли с помощью передвижных зажигательных горнов с газовыми горелками.
Для полноты картины следует упомянуть, что в 20 - 30 гг. 20 столетия агломерацию железных руд осуществляли еще на одном типе установок - в трубчатых вращающихся печах (Полизиуса). Подробнее об устройстве и работе агломерационных чаш и вращающихся печей можно познакомиться в [1 - 3].
Поскольку каждая из упомянутых агломерационных установок обладала теми или другими существенными недостатками (один из самых серьезных - низкая производительность), ни чаши, ни трубчатые печи не получили широкого распространения в металлургии. Прорыв в области окускования руд был сделан двумя американскими инженерами А. Дуайтом и Р. Ллойдом, которые в 1906 г. разработали конструкцию, а в 1911 г. ввели в эксплуатацию первую конвейерную агломерационную машину непрерывного действия. Процесс спекания руд шел по тому же принципу, что и в котлах Геберлейна или в чашах - тепло, необходимое для оплавления рудных зерен, выделялось при слоевом сжигании частичек твердого топлива в результате просасывания воздуха через шихту, уложенную на колосниковую решетку. Успех в быстром и широком распространении агломерации как главного способа окускования железорудных материалов был предопределен очень удачной конструкцией агломерационной машины. Площадь спекания первой агломерационной машины Дуайта-Ллойда была 8,1 м2 (при ширине ленты 1,05 и длине 7,7 м); суточная производительность 140 т агломерата при спекании колошниковой пыли. За прошедшие 90 лет неизмеримо выросли размеры агломерационных машин - площадь спекания увеличилась до 600 м2 и более; суточная производительность достигла 15000 - 18000 т агломерата. Изменились марки сталей, из которых изготовляются различные детали машин, но принципиальное устройство машин осталось без изменения.
Конвейерная агломерационная машина в соответствии с рисунком 1.1 состоит из следующих основных частей: спекательных тележек - палет (днище которых представляет колосниковую решетку с зазорами 5 - 6 мм), перемещающихся по направляющим - стальным рельсам; вакуум-камер (обеспечивающих вакуум под колосниками палет); привода (состоящего из большого зубчатого колеса диаметром 4 - 6 м, приводимого во вращение электродвигателем).
Работает машина следующим образом. Медленно вращающееся колесо в головной части машины захватывает зубцами подкатившуюся внизу тележку и поднимает ее на верхнюю ветвь направляющих, где она прижимается к предыдущей, толкает ее и через нее - все остальные палеты, находящиеся на рабочей ветви машины. При этом последняя тележка в хвостовой части машины переходит на круговой участок направляющих и далее - на «холостую» ветвь машины, имеющую небольшой уклон к головной ее части. Тележка подхватывается зубчатым колесом, поднимается вверх, и цикл повторяется. При подходе к загрузочному устройству палета заполняется шихтой и проходит под зажигательным горном, где осуществляется воспламенение топлива шихты в поверхностном слое. В течение времени, пока тележка находится на рабочей ветви машины, через слой шихты непрерывно просасывается воздух (под действием разрежения в вакуум-камерах, который создает эксгаустер). Скорость движения палет подбирается такой, чтобы за время перемещения тележки от зажигательного горна до последней вакуум-камеры зона горения - формирования агломерата - прошла сверху вниз весь слой (толщиной 200 - 400 мм). При опрокидывании палеты в конце машины происходит ее освобождение от образовавшегося агломерационного спека.
Руководство металлургической промышленностью в Советском Союзе уделяло серьезное внимание развитию агломерации. Головной организацией по координации работ в области агломерации был определен Ленинградский институт «Механобр». В 1925 г. была проведена I Всесоюзная конференция по обогащению и агломерации железных руд; в 1932 г. - II конференция, на которой было принято решение о строительстве агломерационных фабрик с использованием машин Дуайта-Ллойда. Первая фабрика с ленточными машинами была построена на Керченском металлургическом заводе в 1930 г. Затем в 1932 - 1936 гг. были введены в эксплуатацию аглофабрики: Мундыбашская (в Сибири), Камыш-Бурунская (в Керчи), Макеевская (в Донбассе), Магнитогорская (на Урале). Начиная с 50-х гг. агломерационные фабрики комплектуются машинами площадью спекания 75 м2. В 60-х гг. началось производство агломерационных машин площадью спекания 312 м2 (таблица 1.1)
Начавшаяся на УЗТМ в 80-х гг. разработка проекта агломерационной машины площадью спекания 600 м2, к сожалению, так и не была закончена.
Одновременно с увеличением мощности агломерационных машин совершенствовалась технология агломерации на основе исследований советских и зарубежных ученых-агломератчиков. Большой вклад в развитие теории агломерационного процесса внесли немецкий ученый Г. Вендеборн (впервые правильно изложил принципиальную схему теплообмена в слое при агломерации просасыванием); украинский ученый С. Т. Ростовцев (вопросы зажигания, газодинамики слоя, химико-минералогических превращений в спекаемом материале); уральский проф. В. Я. Миллер (один из пионеров разработки теории и технологии производства офлюсованных агломератов, впервые раскрыл зональную структуру спекаемого слоя и связал ее с распределением температур по высоте слоя; исследовал поведение при агломерации сульфидной, сульфатной серы; занимался вопросами формирования макроструктуры спека, кинетики химико-минералогических процессов в агломерируемом слое). Н. М. Бабушкиным в соавторстве с В. Н. Тимофеевым и Ф. Р. Шкляром впервые разработана математическая формулировка и решена комплексная задача тепло- и массообмена в слое агломерируемой шихты, а также в сплошном и насыпном слое охлаждающегося агломерата. Существенно расширили и углубили представления об агломерационном процессе работы Е. Ф. Вегмана и Т. Я. Малышевой (химико-минералогические превращения); А. А. Сигова (раскрывшего закономерности поведения влаги при агломерации; много внимания уделившего изучению процессов горения топлива, теплообмена, окислительно-восстановительных процессов; впервые получившего истинный состав продуктов горения твердого топлива в агломерируемом слое); В. М. Витюгина (исследовавшего механизм и кинетику грануляции тонкодисперсных материалов); Е. Войса и С. Г. Братчикова (изучавших закономерности горения твердого топлива и теплообмена в слое); С. В. Базилевича (показавшего влияние разнообразных факторов на прочность агломерационного спека и гранулометрический состав агломерата); Г. В. Коршикова (одного из наиболее активных исследователей агломерационного процесса второй половины прошлого века).
Таблица 1.1 - Техническая характеристика агломерационных машин СССР
Параметр Тип машины
КЗ-50 АКМ-75 АКМЗ-85/160 АКМ7 -312
Ширина палеты, м 2,0 2,5 2,5 4,0
Длина рабочей части, м 25 30 64 78
Площадь просасывания, м2 50 75 85 (75) 312
Количество вакуум-камер 13 15 17(15) 26
Число палет 70 80 151 130
Мощность эл. двигателя привода, КВТ 11 13 32 85
Скорость движения палет, м/мин 1,4 - 4,4 1,5 - 4,5 1,5 - 6,0 1,5 - 7,5
3. Для машины АКМ3-85/160 общая площадь просасывания 160 м2, в том числе на участке охлаждения спека - 75 м2 (15 вакуум-камер).
Изучением агломерационного процесса в СССР занимались коллективы многих научных лабораторий: Днепропетровского металлургического института (в 30-е гг. под рук. С.Т. Ростовцева, а в 60 - 70-е гг. под рук. Г.Г. Ефименко); Ленинградского института «Механобр» (А.М. Парфенов); Московского института стали и сплавов (под рук. Е.Ф. Вегмана и Ю. С. Карабасова); Липецкого политехнического института (Г.В. Коршиков); Киевского «Института газа» (под рук. А.А. Сигова); института «ДОННИИЧЕРМЕТ» (Ф.Ф. Колесанов). Особенно большая концентрация научных сил была на Урале - в г. Свердловске: Институт черных металлов (рук. В.Я. Миллер); институт «Уралмеханобр» (рук. Д.Г. Хохлов); ВНИИМТ (Н.М. Бабушкин); Уральский политехнический институт (рук. В.И. Коротич). Имея в виду, что работы велись также в лабораториях Нижне-Тагильского и Магнитогорского металлургических комбинатов, можно утверждать, что к 70-м гг. 20 века сложилась «уральская школа агломератчиков», особенностью которой был научный подход к изучению процесса агломерации.
В последние годы особенно заметный вклад в раскрытие фундаментальных основ агломерации внесли представители этой школы В.П. Пузанов и Л.И. Каплун.
Наиболее значительные результаты многолетних экспериментальных и теоретических разработок В.П. Пузанова нашли отражение в двух монографиях: «Газодинамика агломерационного процесса» (в которой приведена наиболее совершенная на настоящее время методика расчета газодинамических параметров спекаемого слоя и аглоустановки) и «Структурообразование из мелких материалов с участием жидких фаз», где предпринята попытка поставить на глубокую научную основу отдельные вопросы большой проблемы - образование искусственных структур из мелких материалов: смешивание и окомкование шихт, уплотнение гранул, формирование пористых агломерационных спеков, а также окатышей - процессов, идущих при активном участии жидких фаз (воды или расплавов).
Блестящий экспериментатор Л.И Каплун с помощью оригинальных установок и методик сумел получить уникальные данные и вскрыть или уточнить закономерности процессов по важнейшим проблемам агломерации: горения топлива, химико-минералогических превращений в твердых фазах, плавления агломерационной шихты; изучить физико-химические свойства железистых агломерационных расплавов и определить их роль в формировании химико-минералогической и физической структуры агломератов, детально изучить характер окислительно-восстановительных процессов при агломерации железорудных материалов.
Успехи современного агломерационного производства были бы невозможны без использования в практике предложений ряда отечественных инженеров и ученых по совершенствованию технологии производства агломерата.
Одним из серьезных достижений советских специалистов-агломератчиков была разработка технологии производства офлюсованного агломерата высокого качества.
Использование в доменной плавке в качестве флюса «сырого» (необожженного) известняка требует повышенного расхода кокса - для компенсации значительного эндотермического эффекта диссоциации карбоната CACO3 = CAO CO2 - Q. Поэтому доменщики с давних пор искали способ вынести из доменной печи этот процесс.
Первые упоминания об использовании в доменной плавке обожженной извести взамен известняка относятся к началу 19 в. В «Горном журнале», 1836 г., т. III, с. 195, имеется сообщение о неудовлетворительной работе доменной печи уральского (Каменского) завода при использовании в шихте извести. Это было связано не только с сильным пылением при загрузке и тяжелыми условиями труда рабочих и с большим уносом извести из печи с колошниковым газом, но и с тем, что при такой замене экономического эффекта практически не добились. Дело в том, что в верхних частях печи CAO извести взаимодействует с CO2 газа (появляющимся в результате восстановления оксидов железа), и вновь образуется карбонат CACO3.
Принципиально проблема была решена в 1935 г. работами Н.Н. Круглова и И.В. Распопова, которые отмечали [4], что «если вести речь об употреблении в доменной печи обожженной извести, то надо предложить такой способ ее приготовления, который удовлетворял бы следующим основным требованиям: - обожженная известь должна храниться на открытом воздухе без того, чтобы происходило ее гашение и рассыпание в порошок;
- обожженная известь не должна в верхних горизонтах доменной печи насыщаться углекислотой.
Представляется весьма вероятным, что этим требованиям можно будет удовлетворить, если обжиг известняка вести в агломерационной чаше, смешав его предварительно с мелкой железной рудой. В этом случае, образующаяся при высоких температурах, окись кальция будет давать химические соединения с кремнекислотой, глиноземом и окислами железа, в результате чего получится агломерат с основной пустой породой». Эта идея производства «ожелезненной извести» путем агломерирующего обжига была подтверждена лабораторными опытами. Авторы получили агломерат с основностью 7 хорошего качества.
Первые промышленные опыты по производству офлюсованного агломерата и его проплавки в доменной печи были проведены в 1936 г. на Днепродзержинском металлургическом заводе по инициативе С. Т. Ростовцева. Изза очень плохого качества агломерата (содержавшего более 50 % мелочи), обусловленного использованием в агломерационном процессе очень крупного известняка (до 25 мм), результаты этой непродолжительной опытной плавки оказались неудовлетворительными: ход доменной печи был крайне неустойчивым, с частыми подвисаниями и осадками.
Руководство металлургической промышленностью СССР после этой неудачной плавки поручило группе исследователей разработать технологию производства качественного «самоплавкого» - офлюсованного с основностью 1,2-1,4 агломерата. В качестве опытной базы был выбран лучший в то время Магнитогорский металлургический комбинат.
Как полагали исследователи [5], в результате плавки такого агломерата удастся: - улучшить процесс шлакообразования в доменной печи;
- увеличить скорость восстановления за счет уменьшения содержания в доменном газе CO2 (от разложения известняка);
- уменьшить потери тепла с колошниковым газом (благодаря снижению его количества);
- в конечном счете получить экономию горючего (кокса).
В 1939 г. сначала лабораторные исследования, а затем работа на промышленных агломерационных лентах показали принципиальную возможность получения офлюсованного агломерата I и II сортов. Одним из главных условий технологии было ограничение верхнего предела крупности кусочков известняка 6 мм.
Опытная плавка полученного агломерата (50 % агломерата в рудной части шихты) в июле - августе 1939 г. дала положительный результат: ход доменной печи был ровным; уменьшились колебания химического состава чугуна; увеличилась производительность печи, и снизился расход кокса. Такие же положительные результаты были получены в ходе второй опытной плавки в 1941 г.
Работы по совершенствованию технологии производства офлюсованного агломерата и использованию его в доменной плавке были возобновлены на ММК после Великой Отечественной войны, в соответствии с рисунком 1.2 [6].
Рисунок 1.2 - Динамика развития производства офлюсованного агломерата и его использования в доменной плавке на ММК
С 50-х гг. прошлого столетия офлюсованный агломерат начали производить и другие металлургические заводы СССР, а затем и аглофабрики зарубежных стран.
В этот же период на агломерационных фабриках СССР нашел широкое распространение способ интенсификации процесса спекания путем подачи на машины предварительно подогретой до 60 - 70°С шихты. Этот способ, предложенный В. В. Виноградовым [7], оказался весьма эффективным: производительность агломашин возрастала на 20-50 %.
С 60-х гг. прошлого века на аглофабриках СССР, и в первую очередь Украины, с успехом начали применять еще один способ интенсификации аглопроцесса - введение в шихту обожженной извести (до 3 - 5 %). Активную роль в этом сыграл Н.З. Плоткин, который разработал несколько конструкций обжиговых установок.
С 1955 г. в мировой металлургии в промышленных масштабах начали использовать новый метод окускования тонких железорудных концентратов - производство окатышей. При проплавке окатышей в доменных печах США удельный расход кокса сократился, а производительность печей увеличилась почти вдвое. Благодаря активной рекламной кампании, которую развернули фирмы-разработчики технологии и изготовители оборудования фабрик по производству окатышей, у многих металлургов, в том числе и у руководителей Министерства черной металлургии СССР, сложилось впечатление, что окатыши обладают неоспоримыми преимуществами перед агломератом. В МЧМ СССР было принято решение, что стратегическим направлением развития подотрасли подготовки железорудного сырья к доменной плавке является интенсивное строительство фабрик по производству окатышей с постепенным сокращением, а в конечном счете с полной ликвидацией агломерационного производства. Любые попытки ученых и производственников в 60-х гг. прошлого века дать объективную оценку новому способу окускования решительно пресекались. Замалчивались результаты лучшей работы ряда доменных печей Японии на хорошо подготовленном офлюсованном агломерате по сравнению с проплавкой окатышей (неофлюсованных). Из текста статьи [8], опубликованной в 1964 г. редакцией журнала, подведомственного МЧМ, были исключены ссылки на результаты экспериментов, согласно которым окатыши в ходе восстановления разрушались почти в два раза сильнее, чем агломераты. Результаты такой тенденциозной технической политики не замедлили сказаться. Вскоре после начала использования в доменной плавке на ММК окатышей ССГОК пришлось аварийно останавливать доменные печи по причине интенсивного износа засыпных аппаратов и огнеупорной кладки, обусловленного значительным повышением содержания пыли в доменном газе изза сильного разрушения окатышей в ходе доменной плавки.
Последовавший за этими событиями объективный анализ показал, что окатыши не являются «абсолютно» лучшим видом окускованного рудного сырья. Они обладают рядом существенных недостатков по сравнению с агломератом: во-первых, окатыши невозможно получать из относительно грубых концентратов, а дополнительное измельчение до необходимой крупности (0,05 мм) значительно удорожает концентрат; во-вторых, как уже отмечалось, окатыши сильнее агломерата разрушались в ходе восстановительных процессов; в-третьих, чрезвычайно трудно технологически получать окатыши повышенной (до 1,4 - 1,5) основности; в-четвертых, при работе доменных печей только на окатышах возникают определенные затруднения изза ухудшения газопроницаемости слоя и развития процессов шлакообразования [9].
Главным достоинством агломерации является универсальность - процесс спекания идет достаточно успешно с использованием рудных материалов в широком диапазоне по крупности (от 0 до 10 мм); допустимы некоторые отклонения от оптимальных параметров по влажности шихты, содержания в ней твердого топлива и др.
Несомненным преимуществом окатышей перед агломератом является их хорошая «транспортабельность»: они мало разрушаются в ходе железнодорожных или морских перевозок. Таким образом, целесообразно окускование тонкого рудного концентрата производить путем производства окатышей в том случае, когда горно-рудный комбинат (с обогатительной фабрикой) находятся на значительном удалении от металлургического завода.
К настоящему времени у металлургов сформировалось твердое мнение, что агломерация и производство окатышей - не конкурирующие, а дополняющие друг друга методы окускования. При этом преимущество по масштабам производства и применения в плавке остается за агломерацией - 60 - 70 %. В соответствии с рисунком 1.3 представлена динамика развития производства агломерата и окатышей в СССР и России.
Рисунок 1.3 - Динамика развития производства агломерата в СССР, России, США, Японии
Агломерация - термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания с целью придания формы и свойств (химического состава, структуры), необходимых для плавки. Спекание происходит непосредственным слипанием отдельных нагретых частиц шихты при поверхностном их размягчении либо в результате образования легкоплавких соединений, связывающих частицы при остывании агломерируемого продукта. Тепло, необходимое для спекания, получается от горения углеродистого топлива, прибавляемого к агломерируемому материалу, либо от окисления сульфидов, если агломерации подвергаются сернистые рудные концентраты. На практике агломерация чаще всего осуществляется на колосниковых решетках, с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь лежащую на решетке шихту. При этом происходит последовательное горение топлива в лежащих один под другим ее слоях. Шихта должна быть максимально однородной. Для равномерного окисления горючего в процессе спекания и получения прочного и пористого агломерата соответствующего химического состава требуется, чтобы шихта обладала необходимой газопроницаемостью, что зависит в первую очередь от размера зерен и степени начального увлажнения [10].
Основные исходные материалы агломерации: мелкая сырая руда (8 - 10 мм) и ее концентрат, а также топливо (коксовая и антрацитовая мелочь до 3 мм), флюс (известняк и доломит до 3 мм), в отдельных случаях - мелкие отходы (колошниковая пыль, окалина и др.). Конечный продукт - агломерат. Более 95 % агломерата используется в черной металлургии; в цветной металлургии агломерат применяется в алюминиевом, никелевом и свинцовом производствах. Промышленное производство агломерата освоено в начале 20 в. США.
Агломерация включает: подготовку шихты (дозировка отдельных компонентов, смешивание, увлажнение и окомкование), спекание подготовленной шихты на агломерационных машинах, обработку горячего спека (дробление, рассев с удалением кусков до 5 - 10 мм, охлаждение до 100°С, сортировка). Процесс спекания тесно связан с работой узлов и агрегатов, обеспечивающих подготовку сырых материалов для агломерации. Поэтому первостепенное значение имеет стабилизация основных входных параметров процесса (усреднение и дозировка материалов, химический состав, влажность и т.д.), которые открывают пути к комплексной автоматизации агломерационного процесса [11]. Агломерация осуществляется на агломерационных фабриках, в состав которых входят склады для усреднения и хранения запасов шихтовых материалов, приемные бункера, отделения для измельчения кокса и известняка (иногда и обжига известняка), шихтовое, спекательное и обработки готового агломерата в соответствии с рисунком 1.4.
На современных агломерационных фабриках прием сырья, дозировка и подготовка шихты, укладка ее на агломерационные машины, а также обработка готового агломерата полностью механизированы и в значительной степени автоматизированы [12].
Руда, концентрат, колошниковая пыль, а также другие добавки, не требующие дробления, подаются в шихтовое отделение из приемных бункеров или со склада конвейерами. Коксовая мелочь и известняки поступают в отделение измельчения, а затем в шихтовое отделение. Сюда же направляется возврат (мелочь, отсеянная от готового агломерата). Шихтовое отделение оборудовано бункерами, емкость которых обеспечивает работу агломерационных машин в течение 8 - 10 часов. Из шихтовых бункеров заданные количества каждого из компонентов шихты дозировочными питателями выдаются на сборный конвейер, который передает шихту в барабаны первичного смешивания и затем в бункера шихты агломерационных машин, расположенные в спекательном отделении. Перед загрузкой на агломерационную машину шихта подвергается вторичному смешиванию, увлажнению и частичному окатыванию в окомковательных барабанах.
Рисунок 1.4 - Технологическая схема агломерационной фабрики: 1 - конвейер для подачи шихтовых материалов со склада или из приемных бункеров; 2 - бункера шихтового отделения; 3 - конвейер; 4 - весы; 5 - смесительный барабан; 6 - бункера шихты спекательного отделения; 7 - бункера топлива; 8 - смеситель-окомкователь; 9 - бункер постели; 10 - распределитель-укладчик шихты; 11 - агломерационная машина; 12 - эксгаустер; 13 - горн; 14 - камера горячего воздуха; 15 - дробилка; 16 - грохот; 17 - охладитель; 18 - приемные бункера возврата; 19 - дымососы; 20 - мультициклоны; 21 - дымовая труба; Г - газ; ГВ - горячий воздух; П - материал для защиты колосников от действия высокой температуры (постель); В - возврат
При разгрузке с машины агломерат дробится и сортируется с удалением из него мелочи (возврата), вновь используемой в шихте. Затем агломерат охлаждается и сортируется. Отходящие газы через газовый тракт и газоочистительное устройство отсасываются эксгаустер ом и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.
1.2 Обзор существующих технологий
Агломерация на комбинированном топливе - с дополнительным обогревом спекаемого слоя, нагретым воздухом или пламенем газовых горелок, установленной на первой трети длины аглоленты непосредственно за зажигательным горном (разработана В. Шумахером в 1916 г., Германия). Улучшается качество верхней части пирога агломерата. Возможна замена части дефицитной коксовой мелочи дешевым газовым топливом [13].
Агломерация под давлением - агломерация с подачей сжатого воздуха сверху к спекаемому слою (предложена В. В. Лизуновым в 1929 г.). Резкое увеличение скорости фильтрации воздуха позволяет интенсифицировать горение твердого топлива и теплопередачу, повышая производительность аглоустановки (при 2 ат. над слоем) в 8 - 10 раз. Обеспечивается возможность спекания слоев шихты высотой до 1,5 м. Процесс отработан в лабораторных условиях: существует несколько проектов конвейерных и карусельных машин для спекания под давлением. Недостатком метода являются высокие энергетические затраты на сжатие подаваемого к аглоустановке дутья;
Агломерация с пульсирующим вакуумом - агломерация с ритмическим изменением вакуума для турбулизации движения газового потока в спекаемом слое (предложена А. Харитоновым в 1967 г.). В горловины вакуум-камер устанавливают вращающиеся «мотыльки», изменяющие сечения прохода газов с частотой 1,5 - 4 Гц. Производительность установки увеличивается на 8 - 10 %, объем вредных выбросов снижается на 30 %;
Двухзонная агломерация - технология агломерации руд, предложенная А. П. Николаевым (1929 г.), заключается в укладке на колосниковую решетку слоя шихты и его зажигании газовой горелкой, затем в укладке верхнего слоя шихты и его зажигании, что позволяет осуществить одновременное движение двух зон горения твердого топлива и увеличить производительность установки. В действительности нижняя зона горения, получая сверху газы, содержит лишь 3 - 4 % O2, гаснет изза нехватки кислорода. Дополнительное обогащение воздуха кислородом до более 40 % O2, предложенное Е.Ф. Вегманом (1968 г.), увеличивает производительность установки в 3 - 3,5 раза.
Кислородная агломерация - агломерация с подачей к спекаемому слою обогащенного кислородом воздуха. Первые опыты проведены Е. Войсом и Р. Уайддом в 1952 г. (Англия). Применение кислорода вместо воздуха при однозонном спекании увеличивает производительность аглоустановки в два раза, а при двухзонном - в 3 - 3,5 раза. Степень использования кислорода 70 - 80 %, что позволяет получать качественный агломерат при экономии коксовой мелочи.
1.3 Цель агломерации
Агломерация является заключительной операцией в комплексе мероприятий по подготовке железных руд к доменной плавке. Главная цель этой операции состоит в том, чтобы превратить мелкий рудный концентрат в более крупные куски - агломерат, использование которого в доменной плавке обеспечивает формирование слоя шихты хорошей газопроницаемости, что является непременным условием высокопроизводительной работы доменной печи [14].
Доменная плавка высокой интенсивности возможна при большом количестве сгорающего в горне доменной печи кокса, что, с одной стороны, ведет в выделению большого количества тепла, а с другой - к образованию в нижней части печи свободного пространства (благодаря газификации твердого кокса), куда опускается столб доменной шихты. Хорошая газопро
Вывод
В данной работе мы рассматривали один из эффективных методов окускования мелких руд - процесс агломерации в результате, которого образуется ноздревато-пористый черно-серый продукт спекания, называемый агломератом. Основными шихтовыми материалами в этой работе явились окалина с чернового стана прокатного производства фракции 0 - 5 мм и аспирационная пыль печей (ДСП) фракции 0 - 0,01 мм.
По разработкам отечественной и зарубежной технологии было сделано большое количество опытов, с нашей стороны мы придерживались стандартов процесса агломерации, а также с помощью экспериментальных установок провели исследовательскую работу, что позволило нам на практике ощутить ту актуальность сегодняшнего дня «безотходные технологии» - сохранение ресурсов.
В качестве оборудования из экономических соображений и наилучших технологических показателей были выбраны две агломерационные чаши цилиндрической формы с внутренними диаметрами 205 и 410 мм. Высота стенок чаши позволяет спекать шихту при высоте слоя до 400 мм. Колосниковые решетки чугунные с круглыми отверстиями диаметром 5 мм и живым сечением 15 %.
Опираясь на результат проведенных исследований указанных выше можно сделать выводы, что при агломерации окалины и пыли оптимальными соотношениями можно выбрать от 85: 15 до 50: 50 в этом интервале соотношения материалов удовлетворительно показывают производительность переработанного материала, что немаловажно для дальнейшего внедрения и успешной производительности. При всех этих показателях удаление вредного компонента как сера немаловажно и дает преимущество перед другими процессами переработки отходов прокатного и ферросплавного производства.
В разделе охрана труда были рассмотрены вопросы действия вредных веществ на организм человека, требования безопасности при проектировании технологического оборудования, средства пожаротушения, выполнен расчет искусственного освещения в производственном помещении.
Список литературы
1. Похвиснев А.Н., Абрамов В.С. и др. Доменное производство. М.: Металлургиздат, 1951.
2. Парфенов А.М. Агломерация железных руд. М.: ГНТИ лит. по черной и цвет., металлургии, 1954. 312 с.
3. Люйкен В. Подготовка сырых материалов к доменной плавке. М.: ГНТИ лит. по черной и цвет, металлургии, 1959. 412 с.
4. Круглов Н.Н., Распопов И.В. Влияние углекислой извести на работу доменной печи // Урал, металлургия. 1935. № 3. С. 3 - 13.
5. Якубцинер Н., Горелик И. Изготовление из магнитогорской руды самоплавкого агломерата и выплавка из него чугуна// Сталь. 1940. №5 - 6. С. 1 - 13.
6. Якобсон А.П., Производство и применение офлюсованного агломерата // Сталь, 1955. № 1. С. 11 - 18.
7. Виноградов В.В. Работа агломерационных машин при повышенной начальной температуре шихты // Труды НТО ЧМ. М., 1956. Т. VIII. С. 225 - 248.
8. Коротич В.И., Грузинов В.К. Разрушение железорудных материалов в процессе нагрева и восстановления // Бюл. ЦНИИ ЧМ. 1964. № 8 (484). С. 38 - 40.
9. Ефименко Г.Г., Ефимов С.П., Войтаник С.Т. и др. Разработка способов интенсификации процесса агломерации: Науч. отчет ДМЕТИ, 1970.
11. Коротич В.И. К вопросу о высоте зоны сушки при агломерации // Изв. АН СССР. Металлы. 1965. № 4. С. 3 - 7.
12. Нурмаганбетов Ж.О., Коротич В.И. Удельный расход воздуха на агломерацию//Изв. вузов. ЧМ. 1992. №6. С. 1-3.
13. Теплотехнические расчеты агрегатов для окусования железорудных материалов. С.В. Базилевич, В.М. Бабошин, Я.Л. Белоцерковский и др. М.: Металлургия, 1979. 207 с.
14. Котов В.Г. Некоторые особенности горения топлива агломерационной шихты // Изв. вузов. ЧМ. 1982. № 10. С. 14 - 17.
15. Карабасов Ю.С, Валавин В.С. Использование топлива в агломерации, М.: Металлургия, 1976. 264 с.
16. Ефимов С.П., Ефименко Г.Г. Влияние крупности топлива на величину коэффициента избытка воздуха при агломерации // Изв. вузов. ЧМ. 1967. № 3. С. 23 - 28.
17. Котов В.Г., Шурхал В.А. Воспламенение твердого топлива в условиях агломерационного процесса // Изв. вузов. ЧМ. 1973. № 12. С. 32 - 35.
18. Теплотехника окускования железорудного сырья. С.Г. Братчиков, О.А. Берман, Я.Л. Белоцерковский и др. М.: Металлургия, 1970. 344 с.
19. Братчиков С.Г. К расчету температуры поверхности горящих кусочков твердого топлива при агломерации // Изв. вузов. ЧМ. 1968. №8. С. 24 - 29.
20. Сигов А.А., Шурхал В.А. Горение углерода при агломерации // Изв. вузов. ЧМ. 1960. № 12. С. 23 - 30.
21. Бабушкин Н. М., Тимофеев В. Н. Экспериментальное изучение процесса горения углерода в слое агломерационной шихты // Науч. тр. ВНИИМТ. М.: Металлургиздат. 1962. № 7. С. 17 - 47.
22. Котов В.Г., Шурхал В.А., Лившиц Э.Я. Исследование влияния некоторых параметров на полноту сгорания агломерационного топлива // Изв. вузов. ЧМ. 1976. № 2. С. 39 - 42.
23. Каплун Л.И. Анализ процессов формирования агломерата и совершенствование технологии его производства: Автореф. дис. д.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000.
24. Александров А.В. Совершенствование метода расчета окислительно-восстановительных процессов при агломерации железорудных материалов на основе экспериментального изучения горения твердого топлива в слое: Автореф. дис. к.т.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993.
25. Котов В.Г. О показателе химической полноты сгорания топлива агломерационной шихты // Изв. вузов. ЧМ. 1980. № 10. С. 24 - 27.
26. Коротич В.И. Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации железорудных материалов. Екатеринбург: УГТУ УПИ, 1996. 64 с.
27. Вегман Е.Ф. Процесс агломерации. М.: Металлургиздат, 1963. 152 с.
28. Вегман Е.Ф. Окускование руд и концентратов. М.: Металлургия, 1976. 224 с.
29. Каплун Л.И., Фролов О.А. Физико-химические процессы при агломерации железных руд, Екатеринбург: УПИ, 1991. 63 с.
30. Каплун Л.И., Абзалов В.М. Теплофизические характеристики шихтовых железорудных материалов, Екатеринбург: УПИ, 1991. 124 с.
31. Хохлов Д.Г., Якобсон А.П. Производство офлюсованного агломерата Свердловск: М.: Металлургиздат, 1959. 142 с.
32. Некрасов З.И., Гладков Н.А., Чекин В.В. Новый метод исследования процесса спекания концентрата обжиг-магнитного обогащения керченской табачной руды // Бюл. ЦИИН ЧМ. 1958. №19(38). С. 11 - 16.
33. Каплун Л.И., Коротич В.И. О развитии процесса термической диссоциации окиси железа при агломерации железорудных материалов//Производство чугуна [Межвуз. сб. науч. тр.]. Магнитогорск: МГМИ, 1974. № 8. С. 3 - 5.
34. Дроздов Г.М. Исследование минералогического состава, структуры и свойств богатого агломерата из криворожских магнетитовых концентратов: Автореф. дис. к. х. н. Днепропетровск, 1968.
35. Лившиц Б.А., Васильев Г.С. Физические свойства высокоосновных агломератов // Изв. вузов. ЧМ. 1965. № 12. С. 22 - 28.
36. Хохлов Д.Г. Скорость взаимодействия извести с компонентами агломерационной шихты //Труды НИИПР Ин-та «Урал-механобр». Свердловск, 1958. Вып. 2. С. 5 - 14.
37. Трудовой Кодекс Республики Казахстан. - Алматы: МЦФЭР-Казахстан, 2008. - 146 с.
38. Аманжолов Ж. Охрана труда и техника безопасности: Учебное пособие. - Астана: Фолиант. 2007. - 447 с.
39. Беляков Г.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве. - М.: Краснодар, 2006. - 512 с.
40. Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 2007. - 485 с.
41. Раздорожный А.Н. Охрана труда и производственная безопасность. Учебное пособие. - М.: Экзамен, 2006. - 510 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
