автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и реализация элементов тепловой схемы обжиговой машины с регулируемой атмосферой на основе изучения тепломассообменных процессов в слое окатышей

Дет служебного пользования

экз. о <9 OQ7ST

' Нз правах рукописи

Г

КУЗНЕЦОВ Владислав Рудольфвич

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ОБЖГОЕОЙ МАШИ С РЕГУЛИРУЕМ АТМОСФЕРОЙ НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛОМАССООЕМЕШШ ПРОЦЕССОВ В СЛОЕ ОКАТ ШЕЯ

' Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание учеяой степени кандидата технических наук .

Екатеринбург 1995

Работа выполнена е НПШ "ТОРЭКС".

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ, академик АИН РФ, профессор, д.т.н. Е Г. Ярошенко Официальные оппоненты: д. г. н., профессор а И. Коротич;

к. т. н., с. н. с. С. С. Скачкова Ведущая организация" - АО "Уралмеханобр".

в часов на заседании диссертационного совета Л Оба 14.01

е. -

при Уральском государственном техническом университете - УШ по адресу: 620002, Екатеринбург, ух Мира," 19.

Завита диссертации состоится

Автореферат разослан 1995г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д Оба 14.01.. доктор

технических наук.

профессор

ЕС. Щумаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ -

В настоящее время серьезное значение приобретает реализация новых технологий производства восстановленного-и металяизованного железорудного сырья,в том числе окатышей, используемых в доменных печах. Опытные плавки с использованием в шихте метадлизованных окатышей, проведенные в России, США, Канаде, Японии, показали, что на каждые 10% металлизации пихты в пределах 0-502 прирост производительности в различных условиях составляет 4,0-7,0%, а снижение расхода кокса 5,0-7,ОХ.

В России разработаны высокопроизводительные конвейерные об-лиговые машины для. производства окисленных окатышей. Их эксплуатация показала, что конвейерная обжиговая машина является высокотехнологичным и экологически чистым агрегатом, что обусловило начало исследований с целью разработки принципиально новой тепловой схемы обжиговой машины конвейерного типа для производства восстановленных окатышей. В основу этой разработки легли результаты исследований, выполненных в ИМЕГ УРО АН РФ и ВГОШГе, которые и определили цель настоящей диссертационной работа

Сель работы. Разработка и реализация элементов тепловой схемы обяиговой машины- с регулируемой атмосферой ¡га основе изучения тепломассообменных процессов, происходящих при термообработке рудо уголь ных окатышей.

Научная новизна. Ш основании анализа процессов, происходящих , при нагреве рудоугольных окатышей в регулируемой газовой атмосфере, исследованы основные закономерности тепломассообмена применительно к обтаговому агрегату конвейерного типа Полученные закономерности стали осяоеой для впервые разработанного инженерного метода расчета скоростей окисления и восстановления оксидов железа в рудоугольных окатьшах при изменяющемся по составу и температуре теплоносителе.

Разработаны элементы тепловой схемы обжиговой машины конвейерного типа, позволяющие создать на ней регулируемую газовую атмосферу.

Практическая ценность. Исследованы процессы обжига и охлал-дения окатышей, определяющие теплотехнические параметры, позволяющие получать окатыш с высокими прочностными характеристиками и с заданной степенью восстановления, разработан режим охл&чсдения

окатшей в слабоокислитедыюй среде как части основного технологического процесса термообработки окатшей, Апробироваиы основные элементы тепловой схемы непосредственно на обжиговой конвейерной мазше плогцадои 228 кв. и для обжига окатшей в регулируемой атмосфере на Качканарскси ГОКе. Установлены основные показатели ыааины при производстве огатышеЯ с различным содержанием моноогаида деле-за. Показана 'возможность управления степенью окисдеиноети окатышей при использовании схеш с регулируемой по кислороду атмосферой. При этом реализуется новые технические решения по авторским свидетельствам ÎJ 1083382 и » 1420045. ■

Предметом зааиты являются:

- результаты экспериментальной оценки окислительных и восстановите.1 ьвьк процессов, происходящих при нагреве рудоугольных окатшей теплоносителем с различным содержанием кислорода; ,

- результаты экспериментальных исследований и инженерный метод расчета параметров реагирования углерода в окатшах в зависимости от содержания кислорода в газовой среде;

- новые технические решения, обеспечивавшие теплотехнические режимы нагрева и охлаждения окатшей по новой технологии, результаты промышленной апробации технологии производства 01!атыаей в регулируемой атмосфере;

- элементы тепловой схемы обжиговой конвейерной тайны ( на примере ОК-228) с регулируемой атмосферой.

' * Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены ка Есесоганоы сешкаре "Интенсификация процессов окускования рудных ' матер;залов,'{ г. Киев, 1984); IX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Урала "Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов" (г.Свердловск,1984); Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и технология подготовки металлургического сырья к доменной плавке" ( г. Днепропетровск, 1985) ; симпозиуме "Кинетика, тершдинамика и механизм процессов восстановления" (г. Москва,1985); X научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Урала "Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов" (г. Свердловск,1987); Всесоюзной науодо-технической конференции, посвященной 60-летию ЕНИИМГа, "Теплотехническое обеспечение, технологических процессов черной металлургия"! г. Свердловск, 19S0).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в

9 печатных работах. Разработки, выполненные по материалам диссертации, защищены 11 авторскими свидетельствами на изобретение;

Структура и объем работа Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения, излояена на 147 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц. и 30 рисунков. Список использованной литературы включает 126.наименований.

ОСНОВНОЕ .СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цели и объект исследования.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ

Имеющийся мировой опыт получения восстановленных окатышей показывает принципиальную возможность использования твердого топлива в шихте окатышей, как основного типа восстановителя, практически на всех известных агрегатах. Вместе с тем, шахтные и вращзквдеся печи, различные сочетания агрегатов в комбинированных установках имеют либо невысокую производительность, либо значительную для передела дороговизну окатышей в силу больсих теплоэнергетических затрат. В то же время наиболее отработанная на практике обжиговая конвейерная малина в сочетании с методой контактного взаимодействия твердого восстановителя с оксидами жлеза. обеспечивает предпосылки к разработка? з$фективного процесса получения восстановленного сырья.

Наличие в России высокопроизводительных у. удобных в эксплуатации обжиговых машин конвейерного типа, сравнительная простота конструкции и принципиальная возможность их использования для различных способов обжига позволяет- считать, что серийные обжиговые конвейерные машины ногу? быть применимы для термообреботки рудо-угольных окатышей. Полученные результаты при опытно-промышленной апробации подобных агрегатов подкрепляют этот вывод.

Вопросам получения окатышей с различным содержанием «елеза посвяцены работы Горбачева В. А., Далыпша R В., ' Журавлева Ф. И., Каплуна JL Я , КитаеЕа Б. И., Клейна Е й., Кожевникова И. Ю., Коро-тича Ей., Кудрявцева Е С., Леонтьева ЛИ.. Лобанова Ей., Мзйзе-ла Г. М. , Пчелкина С. А., Шаврина С. Е , КЬфива XI С., Ярове нко а Т.

- б -

и др. Из этих исследований следует, что производство восстановленных и металлизованных окатышей, обеспечивающее улучшение качества железорудного сырья, требует разработки новой технологии их термообработки, основным отличием которой может быть, например, проведение нагрева, обжига и охлаждения в атмосфере с регулируемым содержанием кислорода при температурах, обеспечивающих протекание массообменных процессов в заданном режиме к достижение еысокой прочности окатышей.

Таким образом, были определены следующие задачи исследования:

- получение данных о теплотехнических и технологических закономерностях термообработки рудоугольных окатышей в регулируемой газовой среде;

- разработка методов регулирования газовой среды в отдельных технологических зонах;

- получение экспериментальных данных и разработка инженерного метода расчета тепломассообмена в сдое окатышей в зависимости от содержания кислорода в газовой среде;

- апробация новых технических решений, обеспечивающих теплотехнические режимы нагрева и охдавдения рудоугольных окатышей в регулируемой атмосфере и требуемое качество готового продукта;

- получение исходных данных для расчета тепловой схемы обжиговой машины с регулируемой атмосферой.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЫАССООШЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ РУДОУГОЛЬНЫХ ОКАТЫШЕЙ

Испытания были проведены в два этапа на специальной теплофи-зической установке, представляющей собой электрическую печь с си-литовыми нагревателями, конструкция которой защищена авторским свидетельством-на изобретение (а. с. N 1089382). На первом этапе поддерживали температурно-Еременной режим термообработки окатышей, близкий к промышленному. Обжигу подвергали окатыш с различным местоположением углерода в грануле - с равномерным его распределением и с расположением углерода в ядре окатышей. Второй этап проводили по методу ирерванвого эксперимента (от 873 К при нагреве до 873 К при охлаждении). В качестве объекта исследования использовали рудоугольные окатыши -с равномерным распределением угля в объеме. Б процессе испытаний осуществляли контроль температуры, изменения

массы окатшпей, скорости фильтрации и состава газовой фазы, а по окончании опыта окатыпм подвергали химическому анализу.

При термообработке рудоугольных окатыией протекают реакции взаимодействия магнетита с СО, углерода с ■ С0_, окисления оксида железа, углерода и СО. В отличие от ранее.известных методик впервые разделены процессы окисления и восстановления оксидов жэлеза, протекающие в окатышах. При составлении материального баланса окислительно-восстановительных реакций с учетом некоторых допущений баланс газопотреблений (выделений), происходящих в процессе взаимодействия между углеродом и оксидами яелеза, с одной стороны, и составляющими газовой фазы' - с другой, определяется следующими

уравнениями:

СОа - C0¿ + C0¿ + CO¿ ; (1)

СО" = СО" * СО"*- 0,636 C0¿ ; (2)

0¿ - 0| - ОТ"с - 0,364 C0¿ ; (3)

дР » V„-10*2(3,27 COl% 2,08 00°"- 2,38 0°¿uC). (4) Решая уравнения (1)-(4) относительно неизвестных - 00"¿, С0°*

OlCUC. t

0¿ и СОг, получим

СОг" - 1,54 А - 1,93 аСО - 2,03 дСО^ + 2,2 &0¿ ; ' (5)

С0О< - 2,23 л СО + 1,93 лСОг - 0,98 А - 1,4 &0¿ ; (6)

0,56 А - 0,7 лСО - 1,1 лСОа + 1,8 лОа, ; (7)

C0¿ - 3,03 лСОа - 1,54 А - 1,93 аСО - 2,2 aO¿. (8)

• Полученные уравнения позволяет определять скорости "выгорания" углерода, окисления и восстановления оксидов железа в рудоугольных окатышах.

Термообработка окатышей сопровождается взаимодействием углерода топлива, оксидов яелеза и кислорода газовой фаза В зависимости от внешних условий (состав газовой фазы, скорость нагрева и т.д.)

о

возможно одновременное протекание процессов окисления и восстановления оксидов железа, а тша; газификации углерода Вклад каждой реакции в суммарный процесс массообмена является переменным и зависит о? степени их завершенности.

В СЕйза с тем, что при нагреве рудоугальннх окатшей в газовой среде различного состава определяющим является процесс восстановления, в первую очередь подлежит рассмотрению "выгорание" уг.чрода в окатызах, которое протекает как по схеме прямого окисления его кислородом, диффундирующим из газового потока вглубь окать.,за, так и по двухступенчатой схеме газификации углерода, по которой "выгорание" углерода осуществляется за счет его газификации углекислым газом, образующимся при восстановлении оксидов железа 01 еидоы углерода Под термином "выгорание" подразумеваем суммарное расходование углерода при термообработке окатышей.

По характеру изменения количества прореагировавшего углерода в процессе термообработки в зависимости от содержания кислорода в газовой фазе можно судить о преимущественной схеме "выгорания" углерода в окатыжах. В отличие от "выгорания" углерода по двухступенчатой схеме окисление углерода по одноступенчатой схеме зависит в основном от содержания окислителя в газовой среде. Результаты опытов показали, что отот процесс мало зависит от содержания кислорода в газовой фазе. Таким образом, из двух процессов "выгорания" углерода - газификации и его окисления кислородом газовой фазы преимущественное развитие получает процесс газификации. Полученные данные подтверждается рис. 1. на котором представлена зависимость изменения степени окисленности окатышей ( как характеристики процесса восстановления ) от степени "выгорания" углерода в окатышах.

В обьем случае доля углерода, окисляемая кислородом газовой фазы, зависит от скорости газового потока, диаметра .окатышей и диффузионных затруднений проникновения кислорода от поверхности в глубь окатила, связанных с пористостью окатышей и выходящим из окатыша потоком газов (ССнСОа). Согласно данному положению доля углерода, окисляемая кислородом газовой фазы, должна зависеть от парциального давления кислорода, диаметра окатыаей и скорости "выгорания" углерода ( исходного его содержания ). Допуская, что глубина проникновения кислорода в окатыш Ш зависит только от его парциального давления в газовой фазе, произвели оценку влияния

диаметра окатьша (сЗ) на величину доли углерода, расходуемой на горение (Сг) по формуле

6 Ь

Сг ------- , дота. (9)

<1

На основании опытных данных, полученных после проведения эксперимента по методике прерывистого обжига (при С - 5,6%), была установлена зависимость Сг от содержания кислорода в газовой фазе (рис.2), из которой видно, что для сохранения условия постоянства Сг увеличение содержания кислорода в газовой фазе должно сопровождаться ростом диаметра огатышей. Например, при 0_ - 9,0% и 6 -0,01м почти 1/3 исходного,углерода будет взаимодействовать с кислородом, что окажет существенное влияние"и на процесс теплообмена. При <1 - 0,02м эта величина снижается до 15,0%.

Полученная зависимость (рис.2) дает возможность подбором диаметра окатышей елиягь на глубину .процесса восстановления (наравне с исходным содержанием углерода) и устанавливать условия, при которых процесс обяйга окатышей переходит в процесс спекания частиц-агломерацто (при кажу, диаметрах и висоном содержании кислорода).

о

& а •

ь» к

* г*.

О, г

о, у

Ч8

{,С

Рис.1. Зависимость степени окиеленности окгтыаей от . степени "выгорания" углерода: содержание кислорода в газовой фазе, X -01-, -1,5%; - 5,52; .- 10.01

Для проведения расчетного анализа протекания процесса "выгорания" углерода в различных условиях была выполнена обработка экспериментальных данных, при которой для скорости "выгорания" углерода учитывает следующее:

- сигмоидалькьй характер кинетических кривых;

- ограничение по температуре начала "работы" углерода ( с 973 К );

- возможность использования уравнения как в изотермических, так и в неизотераических условиях термообработки.

Обработку проводили путем подбора математических функций, наиболее полно отражающих влияние того или иного фактора на скорость "выгорания" углерода Было получено следующее эмпирическое соотношение для скорости "выгорания" углерода в окатышах в зависимости от температуры термообработки и других Факторов:

Ч < итГс*- «р цЩ * ,ш>

Содержание кислорода, X

Рис. 2. Зависимость доли углевода, расходуемого на гореике, от содержания кислорода в газовой фазе и диаметра окатышей:

цифры у кривых - диаметр окатьшей, и

Сравнение опытных данных ( по химическому -анализу ), полученных по методике прерывистого обжига, с расчетными данными по-формуле (10) показали их удовлетворительную сходимость (рис.3).

я

а

ш

ж

§

« 33

§

я

§

У, О 0,8 0,6 С,4 о,г

о,г а,ч о(б о,8 ф Расчетные значения у? , дол;:

Рис.3. Сравнение опытных и расчетных значений по степени "выгорания" углерода в окатшах

В общем виде '..южно полагать, что скорость восстановления (является функцией:

- .температуры;

- количества реагирующих ведеств, определяемого скоростью "выгорания" углерода;

- времени протекания реакции;

- минералогического состава материалов.

Обработка опытных данных позволила получить следующее эмпирическое соотношение для скорости восстановления магнетитовых рудо-угольных окатышей: . .

Полученные соотношения для скорости "выгорания" углерода и скорости восстановления оксидов железа в окатышах достаточно полно описывают процесс восстановления в пределах.от 973 К при нагреве

и до 973 К при охлаждении. Рассматривая скорость восстановления как обобщающий показатель восстановительных процессов, можно использовать ее для приближенных расчетов глубины восстановления и определения тепловых эффектов (при расчете теплообмена).

Углерод и кислород, выходящие из окатышей, связаны между собой, что позволяет после несложных преобразований определить стехиометрический коэффициент через отношение скоростей "выгорания" углерода и восстановления »£ = / ■ /,273 • П-О,Ь 78 Иг --- • (12)

Стехиометрический коэффициент позволяет рассчитывать мас-сообменные процессы между'окатышами и газовой фазой.

Рудоугольные окатыши в процессе их термообработки в окислительной среде склонны к явлении саморазогрева в связи с тем, что в них присутствует новая (более активная) фаза - вюстит и металлическое железо, окисление которых дает к тому же и большой тепловой эффект. Это может приводить к значительному повышению температуры окатышей, вплоть до их расплавления. Вполне естественно, что технология термообработки рудоугольных окатышей должна вестись таким образом, чтобы полностью исключить явление саморазогрева окатышей.

Обработка полученных данных ' методом итерации позволила получить соотношение для скорости окисления рудоугольных окатышей в процессе их термообработки: ,'.' .'...■

Уок = к"- ехр(о,?5- ис■ сГ49 г 1/е. (13)

Это соотношение позволяет описывать процесс окисления оксидов железа при нагреве окатышей 'в пределах от 973 К до тех пор,-пока Л/с< 7,5-7О4.

Полученные, соотношения для определения скоростей восстановления,: окисления оксидоз железа.и "выгорания" углерода позволяют выполнить/анализ развития'окислительно-восстановительных реакций в окатцйах: $.зависимости от: режимов их термообработки и дать оценку в заданный момент времени величины' степени окислеиности окатышей.

. В работе исследованы условия охлаждения- окатышей в слабоокислительной среде. *' ' ""'"

Вторичное окисление окатышей при охлаждении обусловлено температурным уровнем, видом и количеством вновь образуемых фаз (ГеО, Ге ), структурой окагшей, содержанием кислорода в газовой фазе и скоростью ее фильтрации. Количественная оценка получению: данных позволила получить зависимость изменения степени окисленности окатышей в процессе охлаждения от содержания кислорода в хладоагенте при различных скоростях охлаждения (рис.4).

Видно, что, чем Еыше скорость и wv.ru содержание кислорода в газовой фазе,тем в меньпей степени происходит вторичное окисление окатыией. Мо.тао сделать еывод о необходимости обеспечения высоких скоростей фильтрации хладоагента с минимальным содержанием кислорода

На основании полученных данных при восстановлении рудоуголь-яых окатышей в окислительной среде, а также выполненного на их безе анализа протекания окислительно-восстановительных реакций предложены следущие основные требования к режиму термообработки: - содержание кислорода в газах при нагреве и охлаждении не

Рис. 4. Зависимость изменения степени окисленности окатышей от содержания кислорода при различных скоростях охлаждения

- скорость нагрева нижних горизонтов слоя окатышей не менее 0,85 град/с;

- высота слоя окатыпей не должна быть боле« 200-250 мм;

- скорость фильтрации газов должна быть на уровне 1,0 м/с.

Выполнение этих требований обеспечивает получение окатышей с

высокой проадостьа и с заданной степенью восстановления.

3. 01ШК>-ПР0ШЗИЕНШВ ИСПЫТАНИЯ ОБЖИГА РУДОУГОЛЫШХ ОКЛТШЕЯ В РЕГУЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ

Решвация требований к режимам термообработки окатышей вызывает необходимость совершенствования существующих и разработки новых элементов тепловой схемы обжиговой шайка конвейерного типа. Полученные в ходе эксперимента данные, в совокупности с темпера-турно-временными параметрами, позволили предложить к разработке конструктивные элементы обжиговой конвейерной малины, с помощью которых обеспечивается регулируемая атмосфера в различных технологических зонах, Проведены испытания системы рециркуляции отходяших газов с подачей их в зону охлаждения и в тошшвосяигащие устройства, системы азромеханических уплотнений, системы образования парогазового охлаждающего агента вне обжиговой машины, а также система воспроизводства пара в горне зоны охлаждения и системы газовых эатворов.

В основе ревэний использованы установленные положения, что через тракт рециркуляции отходящих из сдоя газов следует обеспечивать подачу в зону охлаждения газа с пониженным содержанием кислорода для предотвращения окисления окатыоей, а подачу газов в горны зон подогрева и обжига дт сжигания. топлива следует осуществлять в среде с пониженным содержанием кислорода Реализация этих решений обеспечила снижение содержания кислорода в газах во всех отапливаемых зонах обжиговой машины до величин 2,0-4,ОХ, что позволило на промышленном агрегате отработать технологию получения частично-ок.'/сленных окатышей с содержанием монооксида железа 6,0-10,02. По данной технологии была получена опытная партия окатышей в количестве 50 тыс. т основностью 1,26 со средним содержанием монооксида

железа.7,0%, барабанным показателем (+5 мм) 27,0-Я8,0Х и прочностью на раздавливание 130 кг/ок. При производстве ош.тной партии г горке поддерживав! режим плавного нагрева, содержание кислорода в воздухе горения - 14,0- 15,0%, а в хладоагенте - 7,5-10,0%.

Для получения слабоокислительного хладоагента в схеме газопотоков первой ступени зоны охлаждения был испытан замкнутый паровой контур со скруббером-испарителем, что позволяло получить парогазовый охлаждаювдй агент с содержанием водяного пара 70,0-90,0% и свободного кислорода ниже 4,2%. Исследования работы парового контура показали, что охлаждение окатышей парогазовой смесью даже при предельно высоком начальном уровне температур слоя (1313-1543 К) обеспечивает понижение их температуры к концу первой ступени охлаждения до Ее личин и 553-953 К. В работе предложена новая система многократной циркуляции парогазового агента через охлаждаемый слой скатышей для повышения эффективности использования хладоаген-та и упрощения воспроизводства водяного пара, в которой испаритель устанавливается непосредственно в горне первой вони охлаждения (рис.5).

По результатам разработок получено несколько авторских свидетельств на изобретение.

Рис; 5. Зона охладдения обжиговой машины с системой циркуляции парогазового агента-1,2- соответственно дутьевые и взкуумше камеры 1-й зоны охлаждения;

3 - вакуумные камеры 2-й зоны охлаждения

4. РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ОБЖИГОВОЙ МАШИНЫ БОЛЬШОЙ ЕДИНИЧНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ОБЖИГА ОКАТЫШ В РЕГУЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ

Практическая апробация способа термообработки рудоуголъкых окатышей в регулируемой атмосфере позволила предложить новый вариант обжиговых конвейерных машин, основной особенностью которых являются замкнутые спстеш (контура) рециркуляционных потоков газа.

Промышленным вариантом реализации новых технических решений может быть обжиговая машина ОК.-228 (рис.6), которая предназначена дня производства окисленных, частично-отеленных и металлизованных окатышей. На этой машине получение теплоносителя и охлаждающего агента с попиленным содержанием кислорода обеспечивается использованием принципа рециркуляции отходящих газов из вакуумкамер вон обжига и рекуперации в горны зон подогрева, обжига и в дутьевые камеры первой зоны охлаждения.

Рис. 6. Тепловая схема обгдаговой конвейерной машины ОК-228 Качканарского ГОКа

"Тепловая схема машины ОК-228 обеспечивает - сжигание топлива в воздухе при. получении окисленных окатшей и в газовой среде с содержанием кислорода 12,8-13,1% при получении окатышей других типов. Высокотемпературная обработка слоя при производстве окисленных окатышей протекает при содержании кислорода в газовой фазе в зонах обжига, рекуперации и первой ступени охлаждения на уровне 8,5-11,0%, а при производстве других типов окатышей - на уровне 2,2-3,52:.

В работе рассмотрена возможность реализации схемы обжиговой малины с переточным коллектором и двумя контурами: паровым и нейтральных газов. Анализ схемы показал, что регулирование газовой фазы в необходимых интервалах по содержанию кислорода зозможно во всех технологических зонах; содержание пыли в сбрасываемых в дымовую трубу отходящих газах сведено к минимуму, т. 1С. отвод газов осуществлен из слоя сырых окатышей, являющихся естественным и эффективно действующим фильтром; рекуперация тепла средне- и высокотемпературных потоков отходящих газов осуществлена практически полностью и непосредственно на обжиговом оборудовании; процесс охлаждения интенсифицирован путем использования более теплоемкого энергоносителя; существенно сокращена протяженность газоходоз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных в диссертации расчетно-экспериментальных, полупромышленных и промышленных исследований можно сделать следующие обобщенные выводы:

1. В соответствии с разработанной методикой балансовых экспериментов доказана возможность оценки уровня развития окислительных и ьосстаноеительных процессов при обжиге рудоугольных окатышей в регулируемой газовой атмосфере.

■Троведен анализ закономерностей гепломассообменных процессов в слое рудоугольных окатьшей, продуваемых теплоносителем с различным содержанием кислорода

2. полученные данные позволили разработать инженерный метод расчета, в соответствии с которым возможно с достаточной точностью оценивать скорости окислительных и восстановительных процессов, а также реагирования углерода в окатышах для различных условий обжига как по содержанию кислорода в газе и углерода в окатышах, так и в зависимости от температурно-временных параметров термооб-

. работки. Определены основные теплотехнические характеристики технологии обжига окатьшей в регулируемой газовой атмосфере.

3. Предложены и апробированы на обжиговой машине N 1 Качка-нарского ГОКа (площадью 124 кв. м) не имеющие аналогов в практике подобного производства следующие технические решения:.

- система организации слайоокислитедьного газового агента;

- система герметизации отдельных узлов обжиговой машины, включающая аэромеханические уплотнения горнов;

система охлаждения обожженных окатьшей парогазовой смесью;

-система отопления обжиговой машины со сжиганием природного газа в обедненной по кислороду воздухе.

В процессе апробации перечисленных решений в работе исследованы закономерности обжига и охлаждения окатышей, установлены определяйте теплотехнические параметры, влияющие на металлургические свойства окатьшей. Важным результатом работы является организация режима охлаждения окатышей в слабоокислительной среде как' части основного технологического процесса производства окатышей, а также обоснование взаимосвязи процесса охлаждения окатьшей с параметрами термообработки в другьгс технологических зонах.

4. Анализ полупромышленных исследований позволил обосновать рациональную тепловую схему обжиговой конвейерной машины с оригинальным распределением зон и газопотоков. 1'а таких машинах возможно производство окисленных, частично-окисленных и частично-металлизованных окатышей.

5. Реализация элементов этой схемы на обжиговой малине площадью 228 кв.м Качканарского горно-обогатительного комбината позволила бы увеличить производительность агрегата на 52 т/ч, уменьшить расход природного газа на 12,0 куб. м/т окатышей при повышенном до 5,ОХ содержании монооксида железа.

Экономический эффект от реализации схемы составляет 294,2 тыс. рублей в год в ценах до 1990 г.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Со£,СО*,О? и С0£,С0", 02 - соответственно конечное и начальное содержание диоксида углерода, оксида углерода и кислорода в газовой фазе, доли; СО?^ СО"*- содержание диоксида и оксида углерода, выходяцих из окатышей, отнесенное к начальному расходу газа,доли; 0"г'ис- кислород, идущий на огасление оксидов железа, отнесенный к начальному расходу газа, доли; СОд - содержание диоксида углерода, участвующего в реакции горения СО, доли; аР - скорость изменения массы наБески, кг/с; V; - начальный расход газа, куб. м/с; А - отношение скорости изменения массы навески к начальному расходу газа, кг/куб. м; дСО^, дСО, дОг - соответственно разница между конечным и начальным содержанием диоксида углерода, оксида углерода и кислорода, доли; Сг - углерод, расходуемы;! на горение, доли; й - глубина проникновения кислорода в окатыи, м; й - диаметр окатшей, м; Ус - скорость "выгорания" углерода, 1/с; у?- степень "выгорания" углерода, доли; - скорость восстановления, окатышей, 1/с; . К^- температурная зависимость процесса, доли; IX* скорость окисления окатышей, 1/с; То - температура начала активного окисления углерода, равная для данного топлива 973 град. К; С - содержание углерода в окатцшах, доли; 0^ - содержание кислорода в газовой фаге, доли; у/- степень окисленности окатышей ( по отношению к гематиту), доли.

Основное содержание работы достаточно полно отражено в следующих публикациях:

1. Массообменные процессы при обжиге рудоуголъных окатышей в слабоокислительной атмосфере/ Е Р. Кузнецов, Е. Ы. Чернышова, И. Р. Винокурова, К И. Клей!!// Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов: Тез. докл. на IX научи, техн. конф. молодых ученых Урала. Свердловск, 1984. С. 8.

2. Клейн В.И. .Кузнецов К Р. .Тверитин В. А. Исследование массо-обмена при окислительном обжиге рудоуголъных окатышей// Теория и технология подготовки металлургического сырья к доменной плавке: Тез. докл. Всесоюз. научн. техн. конф, Днепропетровск, 1985. С. 46-47.

3. Теплотехнические 'характеристики материалов из гематитовых руд/ В. И. Лобанов, С. Г. Майзелъ, Ю. I'. Ярошенко, С. ЕЕвсюгин, В.Р. Кузнецов//Известия вузов. ЧЫ. 1985. N 10. С. 109-112.

4. "Выгорание" углерода при обжиге рудотопливных окатышей/ В.И. Клейн, Е М. Чернышова, ЕР.Кузнецов и др.// Симпозиум по кинетике, термодинамике и механизму процессов восстановления: Тез.докл./ АН СССР Ин-т металлургии им. А. А. Байкова. Москва, 1986. Ч. 2. С. 27.

5. Излучение охлаждающего агента для производства восстановленного железорудного сырья/ Е И.Клейн, ЕР.Кузнецов, Е.М.Чернигова и др. // Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов: Тез. докл. X научн. техн. конф. молодых ученых Урала. " -Свердловск, 1987. С. Б-7.

6. Кузнецов ЕР., Клейн Ей., Чернышова Е. М. Методика определения степени развития физико-химических процессов при обжиге рудотопливных окатышей в окислительной среде // Сб. научн. тр. / Ин-т газа АН УССР. Киев, 1987. С. 80-84.

7. Исследование процесса испарительного охлаждения слоя окатышей в условиях обжиговой ¡.шины/ ЕИ.,Клейн, А. П, Казаков, В. Р. Кузнецов и др.// Там же. С. 112-117. '

8.; Исследование обжига рудоуголъных окатышей в окислительной среде/Е,И. Клейн, Е Р. Кузнецов," Г. Н. Мзйзель и др. // Известия АН СССР. Металлы. М. , 1987. N 4> С. 16-18.

• 9. Клейн ЕЕ, Кузнецов-В/рГ,"""Черншова~ЕГЙ Рёэтированйе-" углерода при обжиге рудоугольных окатышей в окислительной среде// Теплотехническое обеспечение технологических процессов черной металлургии: ■ Тев. докл. Всесоюз. научн. техн. конф. Свердловск, 1990. С. 16-18. ■

10. А.е.. 1039382 СССР, МКИ Р27В 17/02. Устройство для исследования процессов термообработки кусковых материалов/ В. П. Трофимов, В. И. Лобанов, ЕР. Кузнецов и др. (СССР). Опубл. 30.04.84; Бгол. N 16.

11. А. с. 1501519 СССР, МКИ С22Е 1/20. Способ отопления горнов обжиговых машин/ В. А. Тверитин, Е & Клейн, .Е Р. Кузнецов и др. ■ (СССР). Открытой публикации не подлегда.

12. А. с. 1487609 СССР, ММ Р273 21/05. Об.таговая мадчша конвейерного типа/ Г. М.Майзель, ЕИ-НЛейн,' ЕР. Кузиецсв и др. (СССР). Опфытой публикации не подлежит.

13. А. с. 1468918 СССР, МНИ С21В 13/00. Способ получения ме-таллизованного окускованпого сырья / Е И. Клейн, ЕР. Кузнецов, а А. Тверитин и др. (СССР). Опубл. 30. 03. 89; Еюл. N12.

14. А. с, 1533443 СССР, МКИ Р27В 21/06. Секция охлаждения обжиговых конвейерных машин/ В. И. Клейн, ЕР. Кузнецов, Г. М. Майзель и др. (СССР). Открытой публикации не'подлёжг.

15. А. с. 1420045 СССР, МКИ С22В 1/20. Способ охлаждения кусковых материалов/ ЕЙ. Клейн, ЕР. Кузнецов, Я. Л Еелоцерковский и др. (СССР). Опубл.30. 08. 88; Бш. N 32.

16. А. с. 1524655 СССР, МКИ Р27В 21/06. Секция охлаждения об-лшговой машины -конвейерного., типа/ Е Р.Кузнецов, Е А. Тверитин, В. И. Клейн и др. (СССР). Открытой публикации не подлежит.

17. А. с. 1513923 СССР, МКИ С22В 1/26. Способ охлаадения

восстановленных кусковых _материалов /_В. Р. Кузнецов, Е А. Тверитин,

Е И. Клейн и др. (СССР). Открытой публикации не подлежит.

18. А. с. 1770706 СССР, МКИ Г 27 В 21/06. Обжиговая конвейерная малина/ В. Р. Кузнецов, Е И. Клейн, Е Е Деньгуб и Р. Ф. Кузнецов (СССР). - Опубл. 23.10.92; Бюя. N 39.

19. А. с. 1726540 СССР, МКИ С 22 В 1/04. Способ термообработки рудоугольных окатыией/ Г. М. Майзель, Е А. Тверитин, ЕР.Кузнецов и др. (СССР). Опубл. 15.04.92; Вол. N 14.