автореферат диссертации по металлургии, 05.16.07, диссертация на тему:Разработка и внедрение ресурсосберегающих, экологичных и взрывобезопасных систем припечной грануляции металлургических шлаков

На правах рукописи

ЗАЙНУЛЛИН ЛИК АНВАРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ, ЭКОЛОГИЧНЫХ И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫХ СИСТЕМ

ПРИПЕЧНОЙ ГРАНУЛЯЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Специальность 05.16.07 -«Металлургия техногенных и вторичных ресурсов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники» (ОАО «ВНИИМТ»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Дерябин Анатолий Андреевич " Торопов Евгений Васильевич Ярошенко Юрий Гаврилович

Ведущее предприятие: Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов» («Гинцветмет»)

Защита состоится 28 апреля 2006 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 при «Уральском государственном техническом университете-У ПИ» по адресу: 620002, г.Екатеринбург, ул. Мира, 19, ауд.1 главного учебного корпуса (зал Ученого Совета). Тел./факс ученого секретаря -8-343-374-38-84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Автореферат разослан марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор (/Х^Ш

Карелов С. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Припечная грануляция доменного шлака - наиболее прогрессивная технология шлакопереработки, т. к. позволяет отказаться от применения шлаковозных ковшей и энергоэффективным и экологичным образом переработать весь доменный шлак в качественный продукт для промышленности строительных материалов.

В середине 60-х годов прошлого столетия во ВНИЙМТ с участием автора была разработана и опробована в промышленном масштабе первая в СССР грануляционная система, перерабатывающая доменный шлак непосредственно у печи небольшого объёма (395 м3) на Салдинском металлургическом заводе. В этой конструкции был наиболее удачно решен ряд вопросов, сдерживавших промышленное применение в СССР технологии припечной грануляции, а именно: локализация паро- и газообразных вредных выбросов, эрлифтный способ транспортировки гранулированного продукта, использование части физического тепла шлака для уменьшения его влажности. Однако для уверенного переноса этой технологии на вновь проектируемые доменные печи большого объёма (2000... 5000 м3) необходимо было изучить и создать теоретическую основу процессов, происходящих при припечной грануляции шлака, позволяющую принимать научно обоснованные технические решения при конструировании оборудования грануляционных систем припечной переработки больших масс шлака, отвечающих современным требованиям энергоэффективности, экологичности и взрывобезопасности.

Цель работы - исследование и разработка научно обоснованных ресурсосберегающих, взрывобезопасных и экологичных технологий и технических решений мокрых, полусухих и сухих способов припечной грануляции для печей со значительным выходом шлака в черной и цветной металлургии.

Научная новизна работы:

- исследованы теоретическими и экспериментальными методами явления диспергации шлакового расплава, охлаждения частиц шлака воздухом и водой, удаления граншлака эрлифтом и обезвреживания парогазовых выбросов. Полученные результаты обеспечили развитие теории процессов формирования гранулированного шлака для мокрых, полусухих и сухих способов его получения;

- установлены закономерности, определяющие среднемассовый размер гранул, шлака при использовании для дробления шлаковых струй энергии воды и воздуха, механической энергии. Полученные зависимости учитывают параметры распыливающих сред: для мокрых и полусухих способов — расходы и скорости воды и воздуха, углы атаки потоков, теплофизические параметры - температуры, плотность, вязкость и поверхностное натяжение шлаков; для сухих способов - наряду с теплофизическими характеристиками шлакового расплава, число оборотов механического (барабанного) диспергатора и скорость удара ТУуд, м/с. Обобщенные данные, представленные в виде формул, обеспечивают возмож-

ность расчета элементов устройств, обеспечивающих эффективную работу дис-пергаторов;

- математически описаны процессы охлаждения высокотемпературной частицы сферической формы в условиях сложного теплообмена при учете явлений теплопроводности (внутренняя задача), конвективного и лучистого теплообмена (внешняя задача) между частицей и охлаждающей паровоздушной средой, а также при охлаждении частицы в водном бассейне. Математические модели этих процессов использованы для расчета времени затвердевания частицы после распыления струи шлакового расплава. Модели также явились теоретической базой для экспериментального определения коэффициентов теплоотдачи - необходимых параметров для анализа температурных полей при формировании из частицы расплава шлака твердой гранулы;

- предложена методика расчета траектории полета частицы шлакового расплава, основанная на решении задачи движения частицы в газовой среде с учетом размера частицы, сопротивления среды, начальной скорости частицы и угла наклона вектора этой скорости к горизонту. Методика позволяет определять время полета частицы, соответствующее необходимому времени охлаждения частицы в полете, и, тем самым, выбирать условия организации движения диспергированной струи шлакового расплава, которые гарантируют, с одной стороны, образование твердой корочки на охлаждаемой частице и, с другой - возможность определения размеров надводной части грануляционной системы;

- определены в критериальной форме зависимости между интенсивностью теплообмена при высоких плотностях тепловых потоков (более 10,0 МВт/м2), достигаемых в результате струйного охлаждения водой металлической пластины, нагреваемой расплавом металла, и другими теплофизическими характеристиками: теплопроводностью, вязкостью и температуропроводностью охлаждающей среды, скоростью среды на срезе сопла, диаметра сопла и расстояния от среза сопла до охлаждаемой поверхности;

- изучены особенности теплофизических процессов между твердыми частицами (гранулами), охлаждающей водой и образующимся водяным паром в условиях, отражающих механическую и тепловую работу эрлифта. Установленные зависимости дополнили теорию эрлифта, распространив ее на трехфазные эр-лифтные системы (твердые частицы, жидкость и газообразная среда), для которых свойственны неизотермические процессы;

- систематизированы укрупненные показатели работы и основные режимные параметры известных систем припечной грануляции шлака, сравнение которых позволяет в зависимости от конкретных условий выбирать ту или иную технологию.

Таким образом, основным научным итогом диссертационной работы является создание методологических основ для решения актуальной научно-технической проблемы, связанной с разработкой и внедрением методов ком-

плексного исследования теплофизических процессов в системах грануляции высокотемпературных жидких шлаков, обеспечивающих оптимизацию элементов их конструкций и режимов работы, улучшение экологической обстановки и качества гранулированного шлака.

Практическая ценность работы:

- разработаны инженерные методики расчета процессов диспергации расплава, пневмогидравлической транспортировки и обезвоживания получаемого граншлака;

- определены и обоснованы рациональные параметры установок мокрой, полусухой и сухой припечной грануляции металлургических шлаков, конструкций и режимов работы их отдельных элементов, обеспечивающих принятие научно обоснованных решений при создании технологий получения качественной продукции;

- разработаны принципы конструирования новых установок припечной грануляции шлаков в широком диапазоне расходов шлака, их свойств, а также особенностей компоновки печных агрегатов в технологиях производства черных и цветных металлов;

- предложены рекомендации по обеспечению взрывобезопасности грануляционных систем, основанные на устранении причин взрывов при грануляции шлакометаллических расплавов мокрыми и полусухими способами;

- разработаны новые способы управления в технологиях мокрой и полусухой грануляции, позволяющие целенаправленно влиять на качество гранулированного шлака и его влажность;

- предложен новый способ приготовления известняковой суспензии для нейтрализации парогазовых выбросов.

Таким образом, основным итогом диссертационной работы в практическом плане является создание научной базы для проектирования, сооружения и эксплуатации энергоэффективных, взрывобезопасных и экологичных систем припечной грануляции металлургических шлаков черной и цветной металлургии.

Реализация результатов работы:

Результаты выполненных расчетно-теоретических, экспериментально-лабораторных и промышленных исследований позволили внедрить в практику проектирования и производства новые конструкции, режимы работы, приемы управления процессами в установках мокрого, полусухого и сухого способов припечных грануляционных систем ВНИИМТ.

Различные модификации грануляционных систем конструкции ВНИИМТ, реализующих. мокрый способ припечной переработки доменных шлаков, внедрены на трех крупнейших печах бывшего СССР и печи Индии:

- завод «Криворожсталь», доменная печь № 9 объемом 5000 м3, 1975 г.;

- Новолипецкий металлургический комбинат, доменная печь № 6 объемом 3200 м3, 1978 г.;

- Череповецкий металлургический комбинат, доменная печь № 5 объемом 5580 м3, 1986 г.;

- металлургический завод в г. Бхилаи, доменная печь объемом 2000 м , 1988 г.

Опыт заводов черной металлургии перенесен на предприятия цветной металлургий, для которых проблема переработки отвальных шлаков имеет первостепенное значение. Припечная грануляция таких шлаков реализована в плавильном цехе № 1 Надеждинского металлургического завода ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» установкой двух линий: первая линия - в 1998 г., вторая -в 2005 г.

Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «УГТУ - УПИ» в курсах «Новые технологии в металлургии» и «Элементы безотходных технологий».

Суммарный годовой экономический эффект по пяти объектам внедрения в ценах 2004 года составил 5,2 млн. долларов США.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- комплексное описание взаимосвязанных процессов тепловой обработки высокотемпературной струи жидкого шлака, включающее диспергацию, охлаждение частиц шлака в воздухе и воде, удаление шлака эрлифтом, обезвоживание шлака и обезвреживание парогазовых выбросов;

- методика и результаты экспериментального изучения дробления шлакового расплава водогазоструйными и механическими диспергаторами, позволившие установить новые способы воздействия на качество и влажность гранулированного продукта;

- теоретические положения и методика расчета трехфазного эрлифта, учитывающие наличие твердой фазы в перемещаемой среде и неизотермичность процесса;

- математическая модель процессов охлаждения отдельных частиц шлака в жидкой и парогазовой средах и результаты экспериментальных исследований этого процесса в неподвижной и движущейся жидкой среде, обработанные в соответствии с требованиями теории подобия;

- результаты анализа причин и механизмов взрывов при мокрой грануляции шлакометаллических расплавов, а также рекомендации, обеспечивающие взрывобезопасную работу грануляционных систем;

- энергоэффективные и экологичные модификации припечных систем, реализующих взрывобезопасный мокрый способ грануляции металлосодержа-щих шлаков доменных печей большого объема, дополненный нейтрализацией парогазовых выбросов суспензией из тонкоизмельченного известняка;

- новые технологические схемы грануляционных систем для процессов полусухой и сухой переработки жидких шлаков, способные обеспечить более эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при сниженном техногенном давлении на окружающую среду.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на одной региональной конференции (VIII научно-техническая конференция учёных и специалистов Урала «Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов», Свердловск, 1982 г.) и трёх международных конференциях: международный симпозиум ЮНЕП «Окружающая среда и золошлаковые отходы», г. Донецк, 1983 г.; 8 международная конференция доменщиков «ВИТКОВИЦЕ 1989», г. Острава (Чехословакия), 1989 г.; международная конференция «Теплотехника и энергетика в металлургии», г. Днепропетровск, 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 статьи, получено 47 авторских свидетельств СССР, три патента Российской Федерации и патенты США, Франции, Индии на изобретения.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения (общей характеристики), шести глав, заключения, списка использованных литературных источников из 168 наименований и приложения. Работа изложена на 168 страницах, включая 34 рисунка, пять таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ СПОСОБОВ И

УСТРОЙСТВ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ

ШЛАКОВ

Значимость комплексного решения задачи уборки доменных шлаков, особенно для печей большого объёма, в сочетании с последующей энергоэффективной переработкой с соблюдением требований экологии и взрывобезопасно-сти при наличии в шлаке металла в связи с ужесточением требований надзорных органов приобретает всё большее значение.

Основной способ переработки доменных шлаков в СССР на, так называемых, центральных гранустановках путём вывоза жидкого шлака в шлаковозных ковшах с развитием строительства доменных печей большого объёма (2000 ... 5500 м3) не мог удовлетворять по многим условиям, а именно: из-за затруднённости обслуживания огромного (10 ... 16) количества шлаковозных ковшей за один выпуск; вследствие неполноты переработки шлака в граншлак (~ 70 %) по причине образования в ковшах коржей; из-за существования экологических проблем, связанных с неорганизованными выбросами; возникновения взрывов при попадании жидкого чугуна в шлак; невысокого качества граншлака центральных гранустановок как сырья для цементной промышленности и его высокой влажности.

Известные припечные гранустановки (например, у ДП № 8 завода «Криво-рожсталь») из-за своего технологического несовершенства и взрывоопасности не могли быть прототипами для вновь проектируемых печей.

Учитывая вышеизложенное, во ВНИИМТ под руководством В. А. Успенского и М. А. Шаранова была разработана новая система припечной грануляции доменного шлака, опробованная на Салдинском металлургическом заводе, в которой предусматривалось:

- локализация парогазовых вредных выбросов и их удаление за пределы цеха через вытяжную трубу;

- удаление пульпы из гранбассейна экономичным и абразивостойким эр-лифтным способом;

- обезвоживание пульпы граншлака в бункерах-отстойниках специальной конструкции;

- подсушка граншлака за счёт его остаточного физического тепла.

Удачное внедрение припечной грануляционной системы на Салдинском

метзаводе позволило использовать полученный опыт в разработке припечной грануляционной системы для проектируемых в то время доменных печей большого объёма.

На государственном уровне появился ряд решений в виде постановлений Минчермета СССР о необходимости оснащения вновь сооружаемых доменных печей припечными гранустановками. Для обеспечения научного сопровождения разработок в данном направлении в Уралниичермет был организован отдел шлакопереработки, а во ВНИИМТ создана лаборатория грануляции металлургических расплавов под руководством М. А. Шаранова, а с 1989 года — автора настоящего исследования.

При непосредственном участии автора диссертации были сформулированы основные направления работ по шлакопереработке.

1. Выполнение исследований, направленных на создание научных основ проектирования и эксплуатации взрывобезопасных мокрых систем припечной грануляции доменных шлаков применительно к печам большого объёма с выходом шлака более 1 млн. тонн в год и по результатам этих исследований внедрить новые технологии мокрой грануляции в припечных системах доменных печей и печей цветной металлургии.

2. Исследование механических и струйных способов диспергации шлакового расплава с целью получения зависимостей между режимными параметрами работы этих видов диспергаторов и среднемассовым размером частиц.

3. Разработка и адаптация математической модели процесса охлаждения шлаковых частиц в парогазовой и жидкой средах, создание метода расчёта траектории полёта частиц шлака в паровоздушной среде и изучение закономерностей теплообмена между водяными струями и плоской, пластиной, омываемой высокотемпературным расплавом.

4. Развитие теории эрлифта, распространив её на трёхфазные эрлифтные системы, для которых свойственна неизотермичность процесса.

5. Изучение механизма возникновения взрывов в процессах грануляции шлака и разработка технологии и конструкций взрывобезопасной грануляции.

6. Разработка нового эффективного и экологичного способа приготовления серопоглощающей суспензии для нейтрализации парогазовых вредных выбросов, получаемых в процессах мокрой и полусухой грануляции шлака.

7. Создание научно обоснованных энергоэффективных и экологичных технологических схем полусухой и сухой грануляции шлака.

Глава 2. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ШЛАКОВОГО РАСПЛАВА

Недостатками наиболее распространённого способа переработки шлака -мокрой грануляции, являются неопределённость грансостава, значительная влажность граншлака и высокая вероятность взрывоопасности процесса. Кроме того, на качество граншлака, преимущественно используемого в цементной промышленности, оказывает значительное влияние температура расплава, подаваемого на грануляцию, и темп охлаждения частиц шлака.

В соответствии с закономерностями процесса теплообмена при разработке конструкции гранулятора жидкого шлака необходимо придерживаться следующих принципов:

- проведение грануляции жидкого шлака у печи, где его температура максимальна;

- Гарантированное диспергирование жидкого шлака на капли требуемых размеров;

- высокая интенсивность движения охладителя относительно капель жидкого шлака;

- обеспечение взрывобезопасности процесса, особенно для случая припеч-ного расположения грануляционной системы.

При разработке гранулятора, соблюдая удовлетворение вышеприведённых условий, необходимо учитывать то, что слишком мелкие частицы граншлака плохо обезвоживаются, а оборотная вода при этом плохо осветляется.

В соответствии с вышеизложенным была разработана конструкция гранулятора, общий вид которого приведён на рисунке 1. Основной отличительной особенностью этой конструкции гранулятора является укороченный лоток 2. Его длина выбирается таким образом, чтобы нераздробленная струя шлака и чугуна не попадала на поверхность лотка и не приводила к взрыву. Ранее нами было установлено, что единственная причина взрывов в старых конструкциях грануляторов с длинным лотком связана с попаданием нераздробленной струи расплава, в основном жидкометаллического, на поверхность конструкций (дно лотка). Кроме того, в разработанном варианте гранулятора струя расплава должна разбиваться над поверхностью бассейна для обеспечения взрывобезопасности. В случае проскока струи расплава сквозь водяные струи, раздробленные частицы шлака должны успеть охладиться (затвердеть) до достижения дна бассейна или другой поверхности. Чтобы обеспечить это условие, необходимо располагать методикой расчета глубины бассейна.

1 — лоток; 2 - сопло; 3 - сопловая доска; 4 - желоб;

5 - верхний коллектор; 6 — верхнее сопло; 7 —граншлак

Рисунок 1 - Общий вид гранулятора конструкции ВНИИМТ

Рабочая длина лотка Дм, в зависимости от угла наклона желоба <р, высоты падения струи шлака Но, м, определяется по следующей эмпирической формуле

Ь = • *£Ф • (1)

Формула справедлива при На — 0,2 ... 2 м, ср — 5 ... 20°.

Внедрение разработанной конструкции гранулятора на доменных печах большого объёма позволило исключить вероятность взрыва даже при попадании чугуна в шлаковый желоб. Разработанный гранулятор позволяет вести грануляцию при давлении воды 0,3 ...0,5МПа и расходе воды 1,5 ...3,0 м3 на тонну шлака, что в три раза ниже, чем в старых конструкциях грануляторов с длинными лотками. Получаемый граншлак имеет среднемассовый размер частиц 0,8 1,2 мм и влажность до 12 %.

Установлено, что диспергация расплава шлака для систем полусухой грануляции имеет свои особенности и несколько отличающиеся условия обеспечения взрывобезопасности. В основу принципа полусухой системы грануляции положен механизм подсушки граншлака за счёт собственного (физического) тепла, который возможен при относительно быстром извлечении частиц из охлаждающей воды. Данное условие привело к изменению конструкции гранулятора, который позволяет обеспечить компактность и меньший разброс частиц.

На опытном заводе ВНИИМТ был сооружен полупромышленный стенд, состоящий из следующих основных узлов: электродуговой печи для получения расплава, ковша с кантователем, опытной модели диспергатора, наклонного коробчатого конвейера, частично погружённого в воду и бункера готового продукта. При изучении процессов струйной диспергации расплава в качестве энергоносителей использовались вода, воздух и водовоздушная смесь. В исследованиях использовался доменный шлак НТМК.

Опытные диспергаторы (см. рисунок 2) содержали два спаренных монитора с направленными вниз под углом 30° соплами, которые позволяли обеспечить интенсивную диспергацию расплава в ограниченном пространстве при минимально возможном соотношении расходов «вода : шлак».

а Б

Рисунок 2 - Схемы исследованных диспергаторов: А — водяного; Б — водовоздушного и воздушного

В результате проведённых опытов установлено, что новые диспергаторы полусухих систем в сравнении с гидрожелобным (мокрым) гранулятором имеют следующие преимущества:

- компактность грануляционной системы благодаря уменьшению зоны разброса частиц;

- уменьшение количества шлаковаты и легковесного шлака;

- парообразование развивается под слоем воды благодаря принудительному погружению частиц шлака, что способствует промывке парогазовых выделений бассейновой водой и снижению сернистых соединений.

Опытные данные, обработанные в безразмерных координатах I)/ й- /(К), приведены на рисунке 3, где К - параметр, учитывающий сумму количеств движения диспергирующих струй ( , <-»> - расходы потоков воды и газа; IV¡Уг — скорости этих потоков на срезе сопла), угол атаки струй а, длину соплового блока Ьс и коэффициент поверхностного натяжения шлака сг,

ш •

К =

ох^ж + Ог -¡Уг ^

зта,

(2)

а И — эквивалентный диаметр потока расплава, определяемый по формуле

, Ав

ш

Л&ёНшУ'5 ' Рш '

(3)

где Огд, — массовый расход расплава;

Нш — высота падения расплава шлака от носка желоба до точки диспергации; рш — плотность шлака.

э/а

Рисунок 3 - Зависимость безразмерного комплекса и/а от безразмерного параметра К: точки - опытные данные

Опытные данные, приведённые на рисунке 3, с погрешностью ± 10 % ап-роксимируются уравнением прямой

£>/¿7 = 3 +1,7-Ю"3-К. (4)

Расчет процесса грануляции шлака на промышленной установке придо-менной грануляции у печи № 5 объёмом 5500 м3 Череповецкого меткомбината по полученной зависимости (4) даёт среднемассовый размер частиц 0,63 мм, в то время как реальный размер составляет 0,65 мм, т.е. расхождение не превышает 3%.

Таким образом, зависимость (4) вполне адекватно отражает работу промышленной установки, имеющей отличную от опытной технологию грануляции, и, следовательно, может быть рекомендована к применению при выборе конструктивных и режимных параметров диспергаторов, использующих газожидкостные энергоносители. Разработанная конструкция струйного дисперга-тора защищена авторским свидетельством на изобретение.

В некоторых случаях, по тем или иным причинам, применение диспергаторов, использующих газожидкостные энергоносители либо недопустимо, либо неэффективно. Для таких случаев были разработаны несколько вариантов установок грануляции шлака с механическим диспергатором расплава. Ввиду того, что достоверных данных по расчету механических диспергаторов приемлемой конструкции в литературе не обнаружено, были проведены исследования механического способа диспергации жидкого шлака и металлов на опытном стенде промышленных масштабов. В качестве механических диспергаторов использовался как барабан с горизонтальной осью вращения и радиальными водоох-лаждаемыми лопастями, так и барабан с вертикальной осью вращения и такими же лопастями, вращающимися в горизонтальной плоскости.

Проведённые исследования позволили выявить следующие закономерности:

- среднемассовый размер гранул зависит от вязкости, плотности и коэффициента поверхностного натяжения расплава;

- с увеличением количества лопаток и числа оборотов барабанного диспер-гатора наблюдается уменьшение размеров гранул;

- увеличение расхода расплава приводит к увеличению размера частиц.

В результате обработки опытных данных получена формула для расчета среднемассового размера частиц в процессах механической диспергации, независимо от конструкции диспергатора:

_0.32 .,0.1» т-ч0.5

рГ-К" ' ()

где сгр — поверхностное натяжение расплава;

¡лр вязкость расплава;

И, ~ эквивалентный диаметр потока расплава;

рр ~ плотность расплава;

ТУуд ~ скорость удара лопасти.

В отличие от известных из литературы, формула (5) учитывает влияние расхода расплава на размер частиц <1 через эквивалентный диаметр струи что позволяет учесть большее число основных факторов и обеспечить более высокую достоверность результата.

Использование механических диспергаторов позволяет снизить энергозатраты на диспергацию расплава почти в десять раз. Влагоудерживающая способность граншлака механической диспергации значительно ниже, а остаточная влажность через 20 минут фильтрации не более 8 ... 10 %. Плотность граншлака механической диспергации в 1,6 раза больше, чем при мокрой грануляции. В результате выполненных исследований по диспергации шлака установлены особенности каждого способа и получены соответствующие зависимости для расчета технологических и геометрических параметров механических диспергаторов различных типов.

Глава 3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ГРАНУЛЯЦИИ

Изучен процесс полусухой грануляции, где жидкие частицы расплава, отброшенные диспергатором, охлаждаются определённое время в паровоздушной среде, а затем, достигнув поверхности воды, подвергаются интенсивному охлаждению водой в процессе погружения в бассейн:

Отсюда возникают теплофизические задачи, заключающиеся в определении времени охлаждения частиц до их затвердевания в паровоздушной среде и времени охлаждения частиц в водяной ванне бассейна. Взаимоувязка этих времен позволяет принять научно обоснованные технические решения о режиме работы диспергатора и геометрических параметрах грануляционной системы.

Определение траектории полёта диспергированных частиц с учётом сопротивления паровоздушной среды является предметом газодинамической задачи процесса грануляции.

Работоспособность механических диспергаторов, особенно элементов, непосредственно контактирующих с высокотемпературным расплавом, зависит от надёжности их охлаждения. Одним из эффективных способов охлаждения рабочей поверхности является струйное водяное охлаждение. В литературе отсутствуют данные по струйному водяному охлаждению при высоких значениях теплового потока (до 15 МВт/м2), которые возникают при контакте поверхности с жидким высокотемпературным расплавом. Таким образом, изучение особенностей струйного охлаждения рабочей поверхности механического диспергатора является актуальным и составляет ещё одну теплофизическую задачу процесса грануляции.

Охлаждение частиц при полёте в паровоздушной среде протекает в условиях нестационарного конвективного и радиационного теплообмена, а при погружении частиц в воду - в условиях нестационарного конвективного теплообмена, осложнённого процессом кипения воды на поверхности частицы.

Задача охлаждения частиц разделяется на две части: внутреннюю — заключающуюся в определении полей температур и плотности теплового потока внутри частицы, и внешнюю — состоящую из определения поля температур и плотности теплового потока в охлаждающей среде, вблизи поверхности частицы. Внутренний процесс накладывает ограничения на внешний, и поэтому задача охлаждения частиц может быть решена только численно при совместном рассмотрении уравнений внешнего и внутреннего теплообмена.

В работе сформулирована теплофизическая задача охлаждения частицы шлака и изложена методика решения для случаев охлаждения в паровоздушной и водяной средах.

В задаче рассматривается частица сферической формы (шар) неизменного во времени радиуса. В начальный момент времени её температура во всех точках одинакова. Теплофизические параметры шара (теплопроводность и объёмная теплоёмкость) являются функциями температуры. Шар помещается в охлаждающую среду, температура которой изменяется во времени в процессе теплообмена. Искомой величиной является температура на поверхности и в центре шара в зависимости от времени охлаждения.

Уравнение теплопроводности для шара представим в следующем виде

дТ 1 д , 2, Т ¿}г г дг дг

(6)

где Су - объёмная теплоёмкость шара;

Т - температура;

г — текущий радиус;

Я - коэффициент теплопроводности;

т — время.

Для решения дифференциального уравнения теплопроводности необходимо знать распределение температуры внутри тела в начальный момент времени (начальное условие) и закон взаимодействия между окружающей средой и поверхностью тела (граничное условие).

Начальное условие сформулируем так: температура тела в момент времени т = 0 во всех точках тела одинакова и равна Т0, т.е.

Т(г>0) = То. (7)

Тепловое взаимодействие между окружающей средой и поверхностью тела (граничное условие третьего рода) при наличии излучения и конвекции выразим уравнением следующего вида

\« Ггт^Г \4'

<7 = ~ЯШ ^ак(Тст-Та>) + епСс

100 )

(8)

где ак - коэффициент теплоотдачи соприкосновением (учитывает действие конвекции и теплопроводности в пограничном слое);

Гст, Тср, Т^ - температура поверхности шара, охлаждающей среды и стенки

гранулятора соответственно;

е„ - приведенная степень черноты системы тел, между которыми осуществляется процесс лучистого теплообмена;

С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела; Я - удельный тепловой поток.

Если присоединить к уравнениям (6) ... (8) формулы, описывающие зависимость теплофизических свойств сред от температуры, то уравнение можно решить численно, например, с использованием неявной конечно-разностной схемы. Конечно, в этом случае должен быть известен коэффициент ак теплоотдачи между окружающей средой и частицей расплава: для паровоздушной среды расчет коэффициента ак теплоотдачи производился по критериальному уравнению, выбранному нами в результате анализа литературных данных, а для водяной среды - по уравнениям, полученным нами в результате специального исследования.

Охлаждение частиц в паровоздушной среде

Практика грануляции показывает, что состав паровоздушной среды может быть задан следующим образом: 80 % пар, 20 % воздух; при этом соблюдается равенство температур Т^ = Т^ -313 К. '

Результаты расчета с использованием вышеописанной математической модели, температуры поверхности частиц доменного шлака при охлаждении их в паровоздушной среде с температурой 100 °С, начальной скорости полета 20 м/с и угле наклона вектора начальной скорости к горизонтали 30° для пяти диаметров частиц приведены на рисунке 4.

Из анализа полученных данных следует, что скорость охлаждения частиц возрастает с уменьшением их размера и для типичного диаметра 2,5 мм составляет примерно 600 °С за первую секунду. Из анализа также вытекает, что при температуре кристаллизации доменного шлака (1423 К) время, необходимое частице доменного шлака для образования на поверхности твердой корки, равно т =0,36 с. Следовательно, в задачу диспергатора входит образование такой траектории полета частицы, при которой её время пребывания в паровоздушной среде должно быть больше 0,36 с. Параметры траектории полета будут определены при решении газодинамической задачи.

Решение задачи охлаждения частиц в воде потребовало аналитических и экспериментальных исследований теплоотдачи при больших значениях температурного напора между нагретой частицей и охлаждающей водой. Такие исследования затруднены из-за сложности, как математического описания процесса, отягощенного кипением воды на поверхности частицы, так и организацией достоверного теплофизического эксперимента. Однако данные по

1800, £1600

1400

1200

1000

800

600

400

1, л

V } / / ^

\ \

0/4

0,8

1,2

1,6

Рисунок 4 - Зависимость температуры поверхности частиц доменного шлака от времени охлаждения в паровоздушной среде при начальной скорости полета частицы 20 м/с и угле наклона вектора начальной скорости к горизонтали 30° для пяти значений размера частиц, мм: 1 - 0,5; 2-1,0; 3 - 2,0; 4 - 3,0; 5 - 5,0

коэффициентам теплоотдачи при охлаждении частицы расплава в воде необходимы для замыкания математической модели и такая задача была решена нами экспериментальным путём.

В качестве экспериментального образца использовались серебряный, медный и стальной шары диаметром 20 мм. Датчиком температуры поверхности служил термокабель «КТМС» диаметром 1 мм, с диаметрами термоэлектродов 0,15 мм, рабочего спая — 0,5 мм. Запись процесса охлаждения нагретого шара производилась светолучевым осциллографом на светочувствительной самопроявляющейся фотобумаге. Начальная температура для серебряного шара изменялась в пределах 700 ... 800 °С, для других шаров, соответственно, выше. Нагретый в специальной печи шар помещался в неподвижную воду, имеющую разные температуры, и в поток кипящей воды, скорость которой измерялась трубкой Пито-Прандтля.

Конечной целью было установление зависимости а = /(Т^).

Часть результатов опытов по охлаждению шара в неподвижной воде приводится на рисунке 5.

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры поверхности шара при охлаждении его в неподвижной воде с температурой:

1-100°С; 2-60°С; 3-20°С

Из полученных данных следует, что скорость охлаждения шара возрастает при уменьшении температуры воды, а в зависимостях а = /(¿ст) имеется резко выраженный максимум. Наибольшее значение а =32 кВт/(м2 • с) достигается при охлаждении шара в кипящей воде, когда температура поверхности шара достигает значения 130 °С.

Полученная зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры стенки шара имеет вид

а = 50,1 • (4,64 • 105 )*» (9)

где /Г = (130 — 1,25(СР )0,23 — 0,81.

Формула (9) справедлива для интервала температур

*сг=900 ... (Г+150), (10)

где /*- температура поверхности шара, при которой происходит смена режима пленочного кипения на пузырьковый. Этой температуре соответствуют максимальные значения коэффициента теплоотдачи

а«ох =0,0428 +21250. (11)

Численные значения величины Г могут быть найдены по формуле

/* = 450 - 2,75 • г.

(12)

Зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры поверхности шара при охлаждении его в потоке кипящей воды (¿„=100 °С) показаны на рисунке 6.

1,5

¡а«" ■ ^

0,5

0

300 . 500 . 700 ^ .с 900

Скорость потока, м/с: 1 - 5,5; 2 - 3,5; 3 - 2,5; 4 - 1,5; 5 - 1,0; 6 - 0,5; 7 - 0,0

Рисунок 6 - Зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры поверхности шара при охлаждении его потоком кипящей воды = 100 °С)

Из графика видно, что теплообмен интенсифицируется с увеличением скорости потока кипящей воды (кривые 1 ... 5), однако при малых скоростях гидродинамическое воздействие на процесс теплоотвода становится незначительным (кривые 6, 7).

Опытные данные на рисунке 6 для скоростей потока 1 ...5,5 м/с (Де — (33 ... 367) • 103) описываются уравнением

(13)

(14)

Эмпирические зависимости (9), (13), (14) можно использовать для замыкания системы дифференциальных уравнений в математической модели нестационарного высокотемпературного теплообмена сферических частиц в кипящей и недогретой воде.

По результатам математического моделирования процесса охлаждения частиц чугуна, всегда присутствующего в доменном шлаке, определяется необходимая глубина водяного бассейна грануляционной системы, при которой

а при скоростях менее 0,5 м/с (Де < 33 • 103)

а = 1,3-10 V*3

ст

исключается возникновение взрывоопасной ситуации (взрыва нет, если дна бассейна достигают только затвердевшие частицы).

Расчетные кривые, иллюстрирующие зависимость температуры поверхности, удаленной от центра частицы на расстояние г = 0,92./?, от времени охлаждения в воде с температурой 20 °С, приведены на рисунке 7.

1720

1620

1520

' 1420

О 1 2 3 . Т, С

Размеры частиц, мм: 1 - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20

Рисунок 7 - Зависимость температуры Т(г) поверхности сферической частицы чугуна от времени (т) пребывания частиц в воде

Из анализа этих данных следует, что охлаждение частиц с размерами 5; 10; 15 и 20 мм от начальной температуры 1720 К до температуры затвердевания 1423 К с образованием твёрдой корки толщиной 0,1Л происходит примерно за 2; 3; 4 и 4,5 секунды соответственно. За это время сферические частицы, погружаясь в воду со скоростями витания равными соответственно: 1,0; 1,4; 1,7 и 2,0 м/с, опустятся на глубину 2,0; 4,2; 6,8 и 9,0 м соответственно. Следовательно, для обеспечения взрывобезопасной работы грануляционной системы на расплавах, содержащих жидкий чугун, высота слоя воды в бассейне должна быть не менее величин, соответствующих размерам капли чугуна. С увеличением температуры воды её охлаждающая способность уменьшается, поэтому требуется и большая глубина. Так, например, при использовании в качестве охладителя кипящей воды, глубина водяной ванны для вышеупомянутых размеров частиц должна быть не менее 7; 14; 22 и 29 м соответственно. Это говорит о необходимости более интенсивной диспергации расплава с целью получения более мелких частиц.

В соответствии с полученными требованиями к охлаждению частиц в полёте, необходимо провести расчёт траектории их движения, что и будет определять основные габаритные размеры грануляционной системы. Задача расчёта траектории полёта твёрдой частицы значительно усложняется, если ввести в физическую модель процесса сопротивление среды, в которой движется частица.

Известно, что сила сопротивления среды Рс выражается

где К — некоторая константа, имеющая размерность кг/м; и - скорость движения частицы, м/с.

(15)

Горизонтальная — Р^, и вертикальная — , составляющие силы ^

определяются

рсх=рс — = ~Ки2 — = -Киих и и

Рсг = рс — = -К°г — = -Кии>г

о

V

(16)

С учетом вышеизложенного, система уравнений для расчета траектории полёта сферической частицы расплава в плотной среде имеет вид

т-

йи

X _

¿Т

•Кои,

тп

—- = —те -

д.г

- КиОу

(17)

Эта система была решена численно при следующих граничных условиях: паровоздушная среда имеет температуру 100 °С и состоит из 80 % пара и 20 % воздуха; плотность частиц шлака 2500 кг/м3; коэффициент сопротивления сферы 0,4 для диапазона чисел Яе = 1000... 10000.

Результаты этого варианта численного расчета для частиц шлака размером 2,5 мм при начальной скорости ио-20 м/с показаны на рисунке 8.

В соответствии с приведёнными данными требуемое время пребывания частицы в полёте реализуется, если высота надводной части установки грануляции будет 3 м, а её длина —6м..

В работе также показано, что разработка грануляционных систем предусматривает, в том числе, выбор наиболее эффективных способов дис-пергации жидкого шлака, к которым можно отнести механическую диспер-гацию. Однако подобные способы требуют высокоинтенсивного охлаждения рабочих поверхностей, контактирующих с жидким шлаком или металлом.

Е 12 10 8 б 4 2

0 -2

0 2 4 б 8 10 12 14 . 16 18 20

X/ м

Рисунок 8 - Траектории полета частиц доменного шлака

Одним из перспективных способов интенсификации охлаждения элементов грануляционных систем, контактирующих с высокотемпературным расплавом, является способ охлаждения водяными струями. Однако в литературе исследования этого вида теплообмена охватывают диапазон сравнительно невысоких тепловых нагрузок (1 ... 3 МВт/м2), по-видимому из-за чрезвычайной сложности проведения таких исследований. Например, получение тепловых потоков до 15 МВт/м2 возможно в основном путём воздействия на поверхность струёй жидкого металла. Сложность этих исследований заключается также в том, что при проведении опытов, в случае проплавления экспериментальной поверхности, могут возникнуть взрывы.

Целью исследований было изучение закономерностей теплообмена между струями воды и жидкого металла через металлическую (медную) пластину при плотностях теплового потока 10 ... 15 МВт/м2. Опыты проводились по охлаждению пластины одиночной струёй воды и группой струй. Установка для этих опытов позволяла варьировать геометрическими размерами сопел, толщиной исследуемых пластин, скоростями истечения водяных струй, высотой падения жидкого металла на пластину. В центральной части пластины на трёх уровнях по толщине зачеканивали хромель-алюмелевые термопары; показания термопар регистрировали светолучевым осциллографом, температуру чугуна измеряли погружной термопарой. Температура жидкого чугуна изменялась в пределах 1320 ... 1580 °С. Полученные в опытах плотности теплового потока достигали 8,8 ... 14,9 МВт/м2, а коэффициент теплоотдачи - 87 ... 163 кВт/м2-°С.

Интенсивность теплообмена при струйном охлаждении от различных параметров системы представили следующей функциональной зависимостью:

№ = 2,08 Яе012 • Рг°" •А(18)

_ — а-е! _ !¥•(! у 4

Здесь N11 =-, Яе --, Рг= —, А = —

Л V а . Б

2

где д. — диаметр сопла;

IV— скорость струи на срезе сопла;

.О — диаметр охлаждаемого элемента.

Данная зависимость справедлива при изменении определяющих параметров в следующих пределах: Яе ~ (7 ... 135) • 10 , Рг = 2,4 ... 11,0; А = 0,004 ... 0,042; q = 0,5 ... 12 МВт/м2.

В опытах с затопленной струей было установлено две области, в которых по-разному влияют на среднюю теплоотдачу число Яе и отношение кМ, где А — расстояние от среза сопла до поверхности.

При й/У =1 ... 12 уравнение теплообмена имеет вид

№ = 3,39Яе0*1 • Рг033• А036 • ех^-0,054к/Л), (19)

а при Ь/й ~ 12 ... 25, закономерность теплообмена описывается уравнением

№ = 5,7Яе0 5 • Рг° " • А0'36 • ехр(- 0,034 И/с1). (20)

Из (20) видно, что во второй области ослабевает влияние на теплообмен числа Яе и отношения Л/с?, т.е. происходит ослабление струйного эффекта. Это обстоятельство необходимо учитывать при конструировании систем охлаждения, в которых применяются затопленные струи воды.

Использование полученных результатов исследований охлаждения сферических частиц в газообразной и жидкой средах и закономерностей теплообмена при охлаждении пластин водяными струями в области высоких тепловых потоков, а также результатов решения задачи газодинамики полёта частиц в сопротивляющейся среде позволяют принимать научно обоснованные технические решения при конструировании припечных грануляционных систем.

Глава 4. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭРЛИФТА

В СИСТЕМАХ ПРИПЕЧНОЙ ГРАНУЛЯЦИИ ШЛАКОВ

Эрлифт, обычно применяемый для перекачки пульпы, состоит из двух соединенных внизу вертикальных труб; одна из них служит напорной частью, другая — подъемной. В нижней части подъемной трубы размещается устройство для ввода газа (воздуха). Однако наши исследования показали, что для откачки граншлака из гранбассейна целесообразно применять конструкцию с от-

крытым всасом, для чего подъёмная труба свободно устанавливается в накопительном бункере. Эта конструкция исключает забивание эрлифта кусками шлака, облегчает обслуживание.

Преимущества эрлифта для перекачки пульпы из глубокого бассейна перед насосами заключается в следующем:

а) эрлифт не имеет вращающихся частей, вследствие чего меньше изнашивается;

б) эрлифт позволяет перекачивать загущенную пульпу при соотношении твёрдого к жидкому 1 : 2, что облегчает процесс обезвоживания;

в) эрлифт способен перекачивать горячую пульпу, что имеет большое значение для системы грануляции шлака, где выделяется значительное количество тепла. Более того, эффективность работы эрлифта при перекачке горячей пульпы значительно выше, чем для холодной пульпы, благодаря тому, что воздух за счёт нагрева в подъёмной трубе от горячей пульпы способен в большей степени повлиять на её плотность и, тем самым, привести либо к снижению расхода воздуха, либо к росту производительности эрлифта;

г) подъёмная труба эрлифта легко футеруется каменным литьём, что обеспечивает увеличение срока службы до 10 раз.

Попытка создания теории двухфазного эрлифта принадлежит профессору Г. Лоренцу. Он применил для анализа работы эрлифта уравнение Бернулли при следующих допущениях:

а) воздух и жидкость двигаются в подъемной трубе с одинаковой скоростью;

б) расширение воздуха в подъемной трубе происходит по изотермическому закону;

в) потери давления в подъемной трубе складываются из потерь на трение и потерь напора на выходе (внезапное расширение).

На практике равенство скоростей воздуха и жидкости не соблюдается, поэтому в работах В. С. Мелихова скоростная неравновесность фаз была учтена введением, так называемых, «потерь на скольжение». Однако при анализе рас-. четных зависимостей В. С. Мелихова выяснилось, что потери на скольжение учитываются дважды.

Наиболее строго, на наш взгляд, решается вопрос учета динамической неравновесности фаз в методике А. А. Арманда, основанной на вычислении истинных скоростей фаз и истинного газосодержания смеси. Однако практическое применение этой теории требует большого объема экспериментов для установления достоверной зависимости истинных скоростей фаз от режимных и конструктивных параметров эрлифта.

В ряде работ при разработке методики расчета в качестве основного уравнения используется выражение для КПД эрлифта в предположении, что величина КПД известна из опыта. Такие подходы крайне сужают область применения методики.

Попытки использовать проанализированные методики для расчёта двух-

фазного эрлифта приводят к несовпадающим друг с другом результатам по значению общего перепада давления.

Обобщённая теория двухфазного изотермического эрлифта была создана во ВНИИМТ при участии автора работы. Согласно этой теории общие потери АР давления в подъемной трубе складываются из трёх составляющих

АР = ДРдн, + &РуеК + АР„, (21)

где АРюа, АРуск, АРТР - потери давления, связанные с взвешиванием столба двухфазной смеси в подъемной трубе, ускорением смеси и трением её о стенки трубы. Потери, связанные с внезапным расширением в сепараторе эрлифта составляют незначительную величину, практически не влияющую на результаты.

Для каждой из составляющих получены следующие расчетные соотношения

АРвзв=рж8Н(\-д>), (22)

2 А Т>__

(23)

А• (24)

После подстановки в (21) известных величин и соответствующих преобразований получаем

и1

АР.

экв

1-9 g)

•Лс. (25)

2 D

Положения обобщённой теории проверены на экспериментальных и промышленных двухфазных эрлифтах разных габаритов от 26 до 505 мм по диаметру. Сравнение результатов расчетов по уравнению (25) с данными опытов показало, что расхождение между ними не превышает ± 5 %. Этот результат обеспечил широкое использование теории для расчета промышленных эрлифтов, перекачивающих оборотную воду в припечных системах грануляции шлака.

Если в двухфазный эрлифт поступает твёрдая фаза, то давление столба трехфазной смеси в подъемной трубе возрастает, что вызывает необходимость увеличения уровня воды в напорной части эрлифта. Отсюда следует, что для учёта влияния третьей, твёрдой фазы обобщённая теория двухфазного эрлифта должна быть соответствующим образом развита. Так в полученном уравнении (21) первое слагаемое должно учитывать наличие твёрдой фазы и его следует представить в виде

.ш = ЛРш +

(26)

где АРВЗВ — давление двухфазной среды;

Аш — дополнительное давление твёрдой фазы.

Величина Аш определяется по расходу шлака времени пребывания частиц шлака в подъемной трубе эрлифта тш и площади сечения трубы Р по формуле

'1Ш'ё. - (27)

В работе приводится подробная методика расчёта величины Аш. Из анализа расчётных соотношений следует, что чем ниже скорости фаз и чем выше скорости витания частиц шлака, тем больше время пребывания твёрдых частиц в эрлифте, следовательно, больше добавочное давление Аш твёрдой фазы.

Для учёта влияния твёрдой фазы на величину потерь трения и ускорения произведем по следующим формулам

/ ' V

Рщж

АР =ЛР

ТР.Ш ТР

АР =АР \

УСК.Ш ш УСК

И ж

Ршж , Рж

(28) (29)

гДе Ряж = 7^—рг--плотность пульпы.

"я/ , ^ж

Рш Рж

В соответствии с теорией трёхфазного неизотермического эрлифта определение параметров его работы в общем случае сводится к решению трёх основных задач:

а) к нахождению расхода газа на эрлифт <7Г и оптимального значения диаметра I) подъёмной трубы при заданных значениях Ош, Ож,Ни А;

б) к нахождению А при заданных величинах , Сж, , и //-А;

в) к нахождению при заданных других величинах.

В установках припечной грануляции шлака приходится первоначально решать вопросы конструктивного размещения оборудования с уточнением соответствующих высот и отметок и, только после этого, выполнять расчёт, соответствующий первому этапу расчёта — «а».

Расчёт эрлифта является оптимизационной задачей, которую можно решать по минимальному значению общего перепада давления в подъёмной трубе. При нескольких заданных диаметрах подъёмной трубы Ь определяется полный перепад давления АРШ для нескольких значений среднего расхода

газа Уг.

Зависимость найденных значений Уг от Д пример которой приведён, на рисунке 9, позволяет определить оптимальные значения расхода газа и диаметра трубы.

Практика эксплуатации этих систем показала, что результаты расчёта и опыта совпадают с погрешностью ± 5 %.

и "г

ч

1>

0,50

0,45 Уг.опт

0,40

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 Оопт

Рисунок 9 — Зависимость расчетного расхода газа Уг от диаметра О

подъемной трубы эрлифта

Развитая теория и методика расчёта эрлифта, в которой впервые произведён корректный учёт влияния твёрдой фазы и неизотермичности процесса, позволяет анализировать работу действующих систем мокрой грануляции шлака, а также использовать её достижения для проектирования новых систем с оптимальными показателями работы. Для облегчения анализа работы и проектирования грануляционных систем предложен графо-аналитический метод.

Проведённые в промышленных условиях опыты показали, что в неизотермическом процессе необходимый расход воздуха при перекачке горячей пульпы уменьшается тем сильнее, чем выше температура пульпы. Это объясняется тем, что используемый для эрлифта холодный воздух, нагреваясь при контакте с горячей пульпой граншлака, значительно увеличивает свой объём, что приводит к развитию эффекта подъёма пульпы (рисунок 10).

Для учёта неизотермичности процесса при расчёте эрлифта, работающего в системе грануляции шлака, разработана соответствующая методика:

а) определяется средняя расходная скорость газовой фазы Ж г и оптимальный диаметр трубы И для изотермического эрлифта;

б) находится средняя температура парогазовой смеси Тш в неизотермическом процессе по заданным температурам жидкости Тж и газа Тг перед эрлифтом;

"Л 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

0

1 2 3 4 5 б 7 8 \77г, м/с

* воды: »-97°С; о-87°С;л - 70 °С; □ ~ 50 °С. Параметры трубы: I) = 0,053 м; Н= 7,08 м

Рисунок 10 - Зависимость КПД эрлифта от средней расходной скорости воздуха

в) определяется парциальное давление Рп пара в смеси по вычисленной температуре Тш;

г) рассчитывается расходная скорость сухого воздуха (газа) по формуле

(30)

где Р = лАР' • Р" — среднее абсолютное давление в подъемной трубе эрлифта.

Сравнение расчетов изотермического и неизотермического эрлифтов показывает, что в последнем случае достигается примерно 50 % сокращение расхода сухого воздуха на процесс транспорта пульпы при прочих равных условиях.

Глава 5. НОВЫЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭКОЛОГИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ГРАНУЛЯЦИИ

Жидкий металлургический шлак обладает высокопотенциальным теплом, достигающим при температуре 1500 °С величины 1800 кДж/кг. При мокром способе грануляции практически все это тепло выбрасывается в атмосферу. Анализ проблемы показал, что утилизация тепла шлака может быть реализовано при переработке жидкого шлака способами полусухой и сухой грануляции.

Технологии сухой грануляции шлака с одновременной утилизацией физического тепла позволяют отобрать до 60 ... 70 % физического тепла шлака. Рас-чётно-аналитическим путём были исследованы и установлены основные направления развития технологии сухой грануляции. Осуществлено опробование новых элементов технологии в условиях опытно-экспериментального завода ВНИИМТ, разработана проектно-техническая документация на устройства для реализации нескольких вариантов технологий, осуществлена защита новизны разработок в серии авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Основу новой технологии сухой грануляции составляет идея охлаждения жидкого шлака до твёрдого состояния путём введения в жидкий шлак металлических твёрдых тел. Получаемый таким образом гетерогенный теплоноситель можно использовать для нагрева воздуха, который, в свою очередь, целесообразно направлять как дополнительный ресурс либо в технологии металлургических производств, либо в энергетику.

Схема установки для осуществления сухой грануляции с использованием в качестве кристаллизатора металлических шаров приводится на рисунке 11.

5 6 7 8 9

1 - кристаллизатор; 2 - желоб; 3 - летка шлака; 4 - летка металла; 5 - накопитель; 6 - питатель; 7 - шлакоотделитель; 8 - элеватор; 9 - конвейер; 10 - теплообменник; 11 - теплообменник трубчатый; 12 - питатель; 13 - нагнетатель; 14 — питатель

Рисунок 11 - Схема установки для переработки и утилизации тепла

расплава шлака

Разработанная технология сухой грануляции является энергосберегающей, обеспечивает безотходность и экологическую чистоту металлургического производства. Производительность таких установок не превышает 0,5 . .. 1 т/мин, поэтому установка снабжается накопительной ёмкостью, обеспечивающей постепенную переработку жидкого шлака, что может стать положительным фактором, позволяющим гарантировать непрерывность получения тепла в условиях периодического поступления шлака из плавильной печи.

Технология полусухой грануляции позволяет вместе с обеспечением высокой производительности частично использовать тепло шлака для подсушки полученного граншлака. Схема установки представлена на рисунке 12.

ТТТ - расплав шлака; ГШ — гранулированный шлак; ПВ - паровоздушная смесь

1 - конвейер коробчатый; 2 - воронка; 3 - диспергатор; 4-желоб; 5-бассейн; 6 - труба вытяжная

Рисунок 12 — Поперечный разрез гранустановки производительностью 5 т/мин для реализации технологии полусухой грануляции с использованием части физического тепла шлака для его подсушки

В работе приводится методика расчёта технологических и геометрических параметров разработанной системы грануляции в условиях получения полусухого граншлака. Разработанная система испытана в условиях опытно-экспериментального завода ВНИИМТ. В ходе испытаний получен граншлак, влажность которого не превышала 2,4 % при среднем размере частиц 3,6... 5,2мм. По данным испытаний разработан промышленный вариант

грануляционной системы производительностью 5 т/мин. Сравнение наиболее распространённых технологий припечной грануляции с вновь разработанной технологией полусухой грануляции ВНИИМТ (таблица 1) свидетельствует о ее достоинствах в части качества получаемого граншлака, уровня расхода электроэнергии, капитальных затрат и пр.

Важной проблемой при эксплуатации мокрых и полусухих грануляционных систем является очистка парогазовых выбросов от сернистых соединений. Установки, использовавшиеся для этих целей, громоздки, работают со значительным удельным расходом нейтрализатора, требуют сложного хозяйства для приготовления растворов и их последующей утилизации. В связи с этим была разработана новая технология приготовления суспензии, нейтрализующей парогазовые выбросы, предусматривающая использование более эффективного принципа заглублённой инжекции тонкоизмельчённого порошка реагента (извести, известняка) в жидкость с помощью сжатого воздуха и спутной струи воды. При соударении разноимпульсных струй достигается тонкое диспергирование пузырьков газа и значительное рассеивание их по объёму жидкости, в результате чего обеспечивается наиболее полный захват частиц реагента жидкостью.

На созданной экспериментальной установке испытаны конструкции разработанных форсунок для вдувания порошка в жидкость. С помощью фотосъёмки удалось произвести оценку распределения порошка в объёме при различных режимах работы форсунок и наиболее эффективные конструкции рекомендовать к применению.

Новая технология приготовления нейтрализующей суспензии позволяет автономно снабжать систему припечной грануляции жидким реагентом для подавления вредных сернистых соединений в парогазовых выбросах.

Глава 6. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ГРАНУЛЯЦИОННЫХ

СИСТЕМ

В результате выполненных комплексных исследований разработаны и внедрены на металлургических заводах бывшего СССР и за рубежом (Индия) новые технологии припечной грануляции жидких шлаков, обеспечивающие полную переработку всех жидких шлаков непосредственно около печи, взрывобезопасность процесса грануляции при любых количествах металла в шлаке, экологичность и надёжность работы всей системы.

Во внедрённых установках использованы практически все результаты выполненных в данной работе исследований, а именно: грануляторы-диспергато-ры жидкого шлака с укороченным желобом, обеспечивающие грануляцию шлака на припечных грануляционных установках Криворожстали, Череповецкого меткомбината и на гранустановке завода в Индии, струйные грануляторы с водовоздушными струями, установленные на Новолипецком меткомбинате и

Таблица 1 — Сравнение технико-экономических показателей известных промышленных технологий грануляции с усовершенствованной во ВНИИМТ технологией полусухой грануляции, где часть тепла шлака используется для его просушки

Показатель Известные технологии грануляции Усовершенствованная технология полусухой грануляции

Мокрая грануляция у доменной печи № 5 Череповецкого меткомбината Технология грануляции фирмы «Раза трейдинг» (Япония) Технология грануляции фирмы . «Пауль Вюрт» (Люксембург)

Интенсивность слива* шлака на грануляцию, т/мин 3,8/12 7,0/12 4/9 5/5

Необходимая площадь для размещения одной технологической линии, м2 49x48 Нет сведений Нет сведений 15x15

Удельные капзат-раты в рублях на годовой расход шлака в тоннах (цены 1990 г.) 7,05 Нет сведений Нет сведений 2,8

Удельный расход электроэнергии, кВт • ч/т шлака 8,5 5 ... 6 4,5 1,0

Влажность, % 18 : 20 15 4,0

1 * числитель — среднее значение; знаменатель — максимальное значение

ГМК «Норильский никель»; механические грануляторы применены на установках НПО «Тулачермет». Эрлифты для перекачки шлака работают на всех указанных выше системах грануляции.

В проектировании гранбассейнов используются данные, полученные в результате исследований охлаждения частиц шлака и металла в паровоздушной среде и в воде. Результаты исследований охлаждения пластин струями жидкости используются при разработке лопастных механических грануляторов.

Новизна технологических разработок подтверждена 47 авторскими свидетельствами СССР, тремя патентами России и тремя зарубежными патентами.

В качестве примера на рисунке 13 приведена технологическая схема гранустановки у доменной печи объёмом 5000 м3, ставшая уже классической схемой припечной гранустановки. Характеристики этой установки в таблице 1, а технико-экономические показатели внедрённых установок припечной грануляции приведены в таблице 2.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Выполненные аналитические и экспериментальные исследования, а также технологические разработки направлены на решение важной, научной и народно-хозяйственной проблемы создания и внедрения ресурсосберегающих, экологичных и взрывобезопасных систем припечной грануляции металлургических шлаков. На основании проведённых исследований сформулированы принципы конструирования устройств для диспергации жидкого шлака, охлаждения частиц шлака в воздухе и воде, для эрлифтного транспортирования шлаководяной пульпы, а также разработаны инженерные методы расчёта для их реализации.

Для обеспечения экологичности процесса грануляции разработаны методы нейтрализации парогазовых выбросов, обеспечивающие высокую эффективность очистки при низких удельных расходах извести или известняка. Получены новые данные для расчёта и анализа режимов охлаждения элементов оборудования, используемого в условиях контакта с жидким шлаком и металлом.

С учётом результатов теоретического анализа предложены новые решения по совершенствованию известных технологий грануляции шлака с возможностью использования физического тепла шлака. Значительная часть разработок внедрена, а другие доведены до опытно-промышленного опробования, выдачи технологических заданий на проектирование.

Основные научно-практические результаты диссертационной работы сводятся к следующим:

1. Создано комплексное описание взаимосвязанных процессов тепловой обработки высокотемпературной струи жидкого шлака, включающее дисперга-цию струи, охлаждение частиц шлака в воздухе и воде, удаление шлака эрлифтом, обезвоживание шлака и обезвреживание парогазовых выбросов, для чего использованы все методы научного исследования: лабораторный, опытно-

1 - граншлак; 2 - бак оборотной воды; 3 - насос; 4 - гранбассейн; 5 - диспергатор; 6-желоб; 7-трубавытяжная; 8-сепаратор; 9 - обезвоживатель; 10 - бункер шлака; 11 - ёмкость извести; 12 - конвейер; 13 - насос реагента; 14 - насос нагнетательный; 15-. насос оборотной воды; 16-эрлифт

Рисунок 13 — Технологическая схема гранустановки у доменной печи

объемом 5000 м3

Таблица 2 - Технико-экономические показатели работы внедрённых систем припечной грануляции шлака

Завод; страна; год внедрения; источник информации Годовой объём шлахопе-реработки, т Скорость слива шлака, т/мин: средняя/максимальная Средне-массовый размер частиц граншлака, мм Влажность на выходе, % Удельные капзатраты (на год внедрения), рубУт Расход электроэнергии на т шлака, кВт* ч/т Содержание НгБ на выходе из трубы, мг/м3 Годовой экономический эффект (на год внедрения), тыс. руб.

«Криворожсталь»: ДП-9,5000 м3; Украина; 1975 1,6 • 10б 8/15 0,85 8 6,74 9,8 10 1260

НЛМЗ: ДП-6,3200 м3; Россия; 1978 1,12 • 106 5/10 0,63 13 6,4 Нет сведений Нет сведений 900

ЧерМК:ДП-5; 5580 м3; Россия; 1986 1,15 -106 3,8/12 0,72 10 7,05 8,5 16,5 1470

Бхилаи: ДП-7,2000 м3; Индия; 1988 0,66 • 10б 5/10 1 12 Нет сведений Нет сведений Нет сведений 500

ГМК «Норильский никель»: цех № 1, шлак печей 1 и 2; Россия; 1998 2-Ю6 3/6 3 3 ... 5 Нет сведений Нет сведений 1,4 1800

промышленный и промышленный эксперимент, математическое моделирование, расчетно-аналитическое исследование. Это позволило разработать принципы конструирования новых установок припечной грануляции шлака в широком диапазоне расходов шлака, свойств шлаков, а также особенностей компоновки печных агрегатов в технологиях производства черных и цветных металлов.

2. Развита теория формирования гранулированного шлака для мокрых, полусухих и сухих припечных способов его получения, использующих для дробления струи шлакового расплава процессы водогазоструйной и механической диспергации. Предложены инженерные методики расчета процессов, адекватно отражающие процессы диспергации в промышленных условиях. Их применение позволяет рассчитывать условия, не допускающие возможностей возникновения взрывов при грануляции шлакометаллических расплавов.

3. Изучен процесс охлаждения высокотемпературной частицы шлака. Получены закономерности, позволяющие исследовать в газообразных и жидких средах явления формирования из частицы расплава твердой гранулы, а также устанавливать новые способы воздействия на качество и влажность гранулированного продукта в технологиях мокрой и полусухой грануляции.

4. Развита теория эрлифта для трехфазных систем, в которой взаимоувязаны особенности теплофизических процессов между твердыми частицами (гранулами), охлаждающей водой и образующимся водяным паром, что позволило учесть неизотермичность процессов при транспортировке пароводяной пульпы, проявляющуюся в изменении плотности газовых пузырей, а также более точно оценить составляющие гидравлических сопротивлений этого элемента системы припечной грануляции. Для анализа работы эрлифта грануляционной системы в указанных условиях и расчета оптимальных параметров его работы предложен графо-аналитический метод, адаптированный к промышленным условиям.

5. Получены экспериментальные данные для обеспечения устойчивой и надежной работы механических диспергаторов, для которых требуется высокоинтенсивное охлаждение рабочих поверхностей, контактирующих с жидким шлаком или металлом, для чего исследован процесс теплообмена между плоской пластиной, омываемой высокотемпературным расплавом, и водяными струями. Зависимости, обработанные в соответствии с требованиями теории подобия, позволяют рассчитывать режимы охлаждения теплонапряженных элементов установок грануляции.

6. Для достижения экологичности процессов грануляции разработана технология приготовления нейтрализующей парогазовые выбросы суспензии, обеспечивающей очистку при низких удельных расходах реагента — извести или известняка. Это достигнуто за счет применения специальных форсунок, распыляющих тонкоизмельченный реагент в жидкость с помощью сжатого воздуха и воды повышенного давления, подаваемой спутным потоком.

7. Разработаны новые технологические схемы грануляционных систем для процессов полусухой и сухой переработки жидких шлаков, способные обеспечить более эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при снижении техногенного давления на окружающую среду. Новые схемы обеспечивают возможность использования физического тепла шлаков для нагрева воздуха с последующей передачей этого тепла для технологических целей в металлургии и энергетике.

8. Различные модификации грануляционных систем, реализующих мокрый способ припечной переработки доменных шлаков, внедрены на крупнейших доменных печах России, Украины и Индии. Опыт заводов черной металлургии перенесен на предприятия цветной металлургии, для которых проблема переработки отвальных шлаков имеет первостепенное значение. Припечная грануляция таких шлаков реализована в плавильном цехе № 1 Надеждинского металлургического завода ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» установкой двух линий: первая линия - в 1998 г., вторая - в 2005 г.

Суммарный годовой экономический эффект по пяти объектам внедрения в ценах 2004 года составил 5,2 млн. долларов США.

-Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «УГТУ - УПИ».

Таким образом, на базе выполненных аналитических и экспериментальных исследований, а также технологических разработок решена важная, научно-техническая проблема создания и внедрения систем припечной грануляции металлургических шлаков, имеющая народно-хозяйственное значение. Разработка и внедрение методов комплексного исследования теплофизических процессов в установках грануляции высокотемпературных жидких шлаков не только обеспечили развитие научной базы для проектирования, сооружения и эксплуатации энергоэффективных, взрывобезопасных и экологичных систем припечной грануляции металлургических шлаков черной и цветной металлургии, но и позволили выработать рекомендации по оптимизации параметров конструкций и режимов их работы, а также по улучшению качества гранулированного шлака и экологической обстановки.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях: Статьи в журналах и сборниках:

1. Зайнуллин, Л. А. Экспериментальное исследование эрлифта для шлако-водяной пульпы / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шарапов // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1976. — № 5. - С. 15-19.

2. Грануляция шлака у доменной печи объёмом 5000 м3 / М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Сацкий, Н. Г. Нетребко, Л. А. Зайнуллин, В. В. Свирин // Сталь. - 1977. - № 8. - С. 692 - 695.

3. Зайнуллин, Л. А. Влияние плотности транспортируемого материала на производительность эрлифта / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов // Металлурги-

ческая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1978. - №б.-С. 24-27. .

4. Зайнуллин, JI. А. Разработка и исследование водометного колеса для грануляции металлургических расплавов / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1978. - №7.-С. 19-22.

5. Шаранов, М. А. Рациональные способы припечной грануляции продуктов доменной плавки / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1979. - № 8. - С. 54 - 59.

6. Шаранов, М. А. Придоменная грануляция шлака и чугуна / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко // Сталь. - 1980. - № 3. - С. 178 - 180.

7. Шаранов, М. А. Разработка и экспериментальное опробование центробежного гранулятора расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1981. - № 9. - С. 31 - 36.

8. Исследование ускоренного охлаждения шлакового расплава при производстве щебня / Г. Я. Захарченко, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. И. Баха-рев // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1981. - № 9. - С. 90 - 93.

9. Изучение теплообмена при струйном водяном охлаждении пластины, омываемой жидким чугуном / А. И. Бахарев, М. А. Шаранов, Г. Я. Захарченко, Л. А. Зайнуллин // Совершенствование тепловой работы и конструкций металлургических агрегатов : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1982.-С. 18-22.

10. Теплообмен между одиночной незатопленной струёй жидкости и пластины / А. И. Бахарев, М. А. Шаранов, Г. Я. Захарченко, Л. А. Зайнуллин // Теплотехника основных металлургических переделов : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. - М.: Металлургия, 1984. - С. 30 - 33.

11. Шаранов, М. А. Снижение влажности гран шлака припечных грануста-новок / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер // Режимные и конструктивные параметры тепловых металлургических агрегатов : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. - М.: Металлургия, 1986. - С. 17 - 20.

12. Дробление расплавов чугуна и шлака вращающимся барабаном / А. Е. Шульмейстер, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко // Теплотехнические исследования процессов и агрегатов в черной металлургии : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. - М.: Металлургия, 1986. - С. 41 —44.

13. Опыт эксплуатации и совершенствование установок припечной грануляции шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. Е. Шульмейстер // Исследование тепловых процессов и агрегатов основных переделов черной металлургии : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. - М.: Металлургия, 1987. -С. 29-32.

14. Шульмейстер, А. Е. Дробление металлургических расплавов механическими грануляторами / А. Е. Шульмейстер, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин // Теплотехническое обеспечение основных технологических процессов черной металлургии : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1988. - С. 47-51.

15. Припечная грануляция шлака на ЧерМК / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. Л. Баринов, В. Н. Мазурин, Ф. Я. Ольгинский // Сталь.-1990. — №3. —С. 26 —28.

16. Шульмейстер, А. Б. Установление закономерностей теплообмена для совершенствования технологии грануляции расплавов / А. Е. Шульмейстер, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин // Теплотехника металлургических процессов и агрегатов : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. - М. : Металлургия, 1990. - С. 24-28.

17. Установка грануляции металлургических шлаков с получением сухого продукта / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев //Сталь.- 1991. - № 1.-С. 10-12.

18. Шаранов, М. А. Исследование диспергации металлургических расплавов газожидкостными теплоносителями / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин // Расчётно-экспериментальные исследования и совершенствование тепловых режимов и конструкций металлургических агрегатов : темат. сб. науч. тр. / НИИМТ. - Челябинск : Металлургия, Челяб. отд-ние, 1992. - С. 40-46.

19. Зайнуллин, Л. А. Использование установки припечной грануляции в цветной металлургии / Л. А. Зайнуллин, Ю. Я. Сухобаевский, А. А. Давыдов // Сталь. - 2000. - № 3. - С. 18 -20.

20. Энергосберегающая технология переработки доменных шлаков / Л. А. Зайнуллин, А. В. Бычков, Г. И. Чеченин, В. Н. Реутов, Л. П. Прокофьева // Металлургическая теплотехника : сб. науч. тр. / Национальная металлургическая академия Украины. - Днепропетровск : НМетАУ, 2002. — Т. 7. - С. 166-168.

21. Кузнецов, Ю. М. Новый способ приготовления известняковой суспензии для систем мокрой сероочистки газов / Ю. М. Кузнецов, Л. А. Зайнуллин // Сталь. - 2005. - № 3. - С. 118 -120.

22. Зайнуллин, Л. А. Особенности применения трехфазного эрлифта в системах припечной грануляции шлаков / Л.А. Зайнуллин // Сталь. - 2005. - № 3 -С. 114-116.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения:

23. А. с. 546584 СССР, МКИ2 С 04В 5/02, С 21В 3/08, В 28В 1/54. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Сацкий, Л. А. Зайнуллин, В. П. Хайновский, И. И. Щербаков, И. Н. По-хилько, В. В. Дремин, Р. М. Хабибулин (СССР). - № 2131864/33 ; заявлено 04.05.75 ; опубл. 15.02.77, Бюл. № 6. - 3 с.: ил.

24. А. с. 590279 СССР, МКИ2 С 04В 5/02, В 22 D 23/08. Установка для грануляции металлургических расплавов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, П. П. Мишин, С. П. Кошелев, М. А. Цейтлин (СССР). - № 2410140/29-33 ; заявлено 05.10.76 ; опубл. 30.01.78, Бюл. № 4. -4 с.: ил.

25. А. с. 602482 СССР, МКИ2 С 04В 5/02. Устройство для грануляции расплава / М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский, В. И. Кривенко, В. А. Шатлов, Ю. И. Лыков, Л. А. Зайнуллин, В. В. Свирин, В. М. Фараонов, Ф. А. Олейник, Г. А. Силуков (СССР). - № 2326696/22-02 ; заявлено 25.02.76 ; опубл. 15.04.78, Бюл. №14.-3 е.: ил.

26. А. с. 691178 СССР, МКИ2 В 01 J 2/06, С 04В 5/02, В 22 D 23/08. Гра-нулятор расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, М. А. Дунаевский (СССР). - № 2510490/23-26 ; заявлено 26.07.77 ; опубл. 15.10.79, Бюл. № 38. - 4 с.: ил.

27. А. с. 705725 СССР, МКИ2 В 01 J 2/06, С 04В 5/02. Установка для гранулирования расплавленного шлака / М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Сацкий, Л. А. Зайнуллин, В. П. Хайновский, В. В. Свирин, П. Г. Нетребко, И. Т. Хомич, Ф. А. Ушатов, В. А. Шидловский, О. Л. Даныпин, Ю. А. Петриченко, В. И. Бондаренко, И. И. Щербаков (СССР). - № 2181696/23-26 ; заявлено 20.10.75 ; не подлежит опубликованию в открытой печати.

28. А. с. 763284 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлакового расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, С. В. Колпаков, Л. И. Тедер (СССР). - № 2410172/29-33 ; заявлено 07.10.76 ; опубл. 15.09.80, Бюл. № 34. - 4 с: ил.

29. А. с. 767045 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлаков / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. И. Бахарев, М. Н. Курбацкий (СССР). - № 2683553/29-33 ; заявлено 01.11.78 ; опубл. 30.09.80, Бюл. № 36. - 3 с. : ил.

30. А. с. 768772 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, С 21 В 3/06. Способ грануляции шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко (СССР). -№ 2690565/29-33 ; заявлено 01.11.78 ; опубл. 07.10.80, Бюл. № 37. -4с.: ил.

31. А. с. 775068 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для припечной грануляции металлургических шлаков / В. Г. Барышников, В. И. Бурлаков, В. Н. Потанин, В. А. Коломиец, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Е. И. Петров, В. П. Сапожников, И. И. Ручкин (СССР). -№ 2705458/29-33 ; заявлено 02.01.79 ; опубл. 30.10.80, Бюл. № 40. - 3 с.: ил.

32. А. с. 798063 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, В 22 D 1/14. Устройство для грануляции расплавов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, В. А. Чистополов (СССР). - № 2469426/23-26 ; заявлено 04.04.77 ; опубл. 23.01.81, Бюл. № 3.-4 е.: ил.

33. А. с. 831758 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, В 22 D 23/08. Установка для получения гранул из металлургических расплавов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнул-

лин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольганский, И. И. Щербаков, В. А. Чистополов (СССР). - № 2532300/29-33 ; заявлено 10.10.77 ; опубл. 23.05.81, Бюл. № 19. -

3 с.: ил.

34. А. с. 837955 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, В 22 В 23/08. Устройство для грануляции металлургических расплавов / М. А. Шарапов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, Л. Н. Мичкова, Ф. Я. Чудаков, А. А. Чикильдин, С. В. Баев, В. Е. Савченко, В. А. Батаков (СССР). -№ 2532394/29-33 ; заявлено 10.10.77 ; опубл. 15.06.81, Бюл. № 22. - 4 с.: ил.

35. А. с. 860853 СССР, МКИ3 В 01 J 2/06, В 22 F 9/08, С 04 В 5/02, С 21 В 3/08. Устройство для грануляции жидких продуктов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко (СССР). - № 2571727/23-26 ; заявлено 20.01.78 ; опубл. 07.09.81, Бюл. № 33.-3 с.: ил.

36. А. с. 925893 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02.- Установка для грануляции шлакового расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. И. Ба-харев, А. Е. Шульмейстер, Ф. Я. Ольгинский, И. И. Щербаков, В. В. Свирин (СССР). - № 2929857/29-33 ; заявлено 26.05.80 ; опубл. 07.05.82, Бюл. № 17. -

4 с. : ил. •

37. А. с. 961287 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Н. С. Анти-пов, Н. Г. Овчаренко, Ф. Я. Ольгинский (СССР). - № 3268169/29-33 ; заявлено 20.03.81 ; не подлежит опубликованию в открытой печати.

38. А. с. 979286 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Устройство для грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Н. С. Ан-типов, Н. Г. Овчаренко, А. И. Бутов (СССР). - № 3257316/29-33 ; заявлено 10.03.81 ; опубл. 07.12.82, Бюл. № 45. - 3 с.: ил.

39. А. с. 979287 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Устройство для грануляции металлургического расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Н. С. Антипов, Н. Г. Овчаренко, Ф. Я. Ольгинский, Ч. Б. Абрамович, А. И. Ба-харев, А. Е. Шульмейстер, А. И. Бутов (СССР). - № 3318632/29-33 ; заявлено 17.07.81 ; опубл. 07.12.82, Бюл. № 45. - 3 с.: ил.

40. А. с. 990710 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для получения гран-шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, Ю. А. Орлов (СССР). - № 2999205/29-33 ; заявлено 31.10.80 ; опубл. 23.01.83, Бюл. №3.-4 с.: ил.

41. А. с. 992452 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для переработки шлакового расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, А. И. Бахарев (СССР). - № 3324211/29-33 ; заявлено 10.08.81 ; опубл. 30.01.83, Бюл. № 4. - 3 с.: ил.

42. А. с. 1036698 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Барабанный гранулятор для металлургических расплавов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. И. Бахарев, А. Е. Шульмейстер, Н. С. Антипов, Н. Г. Овчаренко, Ф. Я. Оль-

гинский (СССР). - № 3240473/29-33 ; заявлено 28.01.81 ; опубл. 23.08.83, Бюл. №31. -2 е.: ил.

43. А. с. 1065367 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Гранулятор расплава шлака / Н. С. Антипов, Н. Г. Овчаренко, А. И. Бутов, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, В. Г. Щеглов (СССР). - № 3434659/29-33 ; заявлено 26.03.82 ; опубл. 07.01.84, Бюл. № 1. — 2 с.: ил.

44. А. с. 1066956 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгин-ский (СССР). - № 3480565/29-33 ; заявлено 06.08.82 ; опубл. 15.01.84, Бюл. № 2. - 3 с. ил.

45. А. с. 1069956 СССР, МКИ3 В 22 F 9/08. Устройство для гранулирования металлургических расплавов / В. П. Соснин, И. А. Копырин, В. П. Зайко, М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Т. В. Шулика (СССР). - № 3485234/22-02 ; заявлено 02.07.82 ; опубл. 30.01.84, Бюл. № 4. - 3 с.: ил.

46. А. с. 1188126 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. М. Поживанов, В. В. Рябов, Ю. Г. Савватеев, А. А. Угаров, А. И. Бутов (СССР). -№ 3758224/29-33 ; заявлено 22.06.84 ; опубл. 30.10.85, Бюл. № 40. -2с.: ил.

47. А. с. 1201253 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. В. Востриков, М. Р. Русаков, Д. Т. Хагажеев, 3. В. Зорий, В. В. Калюта, М. Ф. Стеклов (СССР). -№ 3789111/29-33 ; заявлено 18.09.84 ; опубл. 30.12.85, Бюл. № 48. -4с.: ил.

48. А. с. 1214324 СССР, МКИ4 В 22 F 9/10. Установка для грануляции металлического расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко,

A. Я. Бродский, Ю. П. Сердитов, Ю. И. Шатов, Я. И. Островский (СССР). -№ 3794206/22-02 ; заявлено 25.09.84 ; опубл. 28.02.86, Бюл. № 8. - 2 с.: ил.

49. А. с. 1261702 СССР, МКИ4 В 01 J 2/06. Установка для грануляции расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский,

B. А. Шатлов (СССР). - № 3720697/22-26 ; заявлено 15.02.84 ; опубл. 07.10.86, Бюл. № 37. - 3 с.: ил.

50. А. с. 1263664 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Устройство для грануляции металлургического расплава / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, А. Е. Шульмейстер (СССР). - № 3920281/29-33 ; заявлено 27.05.85 ; опубл. 15.10.86, Бюл. №38.-3 с.: ил.

51. А. с. 1270137 СССР, МКИ4 С 04 В 5/00. Установка для переработки расплава шлака с утилизацией тепла / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, Л. П. Прокофьева (СССР). - № 3892715/29-33 ; заявлено 29.04.85 ; опубл. 15.11.86, Бюл. №46.-2 с. : ил.

52. А. с. 1273341 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Устройство для грануляции расплава шлака / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, А. М. Гавриков,

Н. Г. Овчаренко, Ф. Я. Ольгинский (СССР). - № 3920979/29-33 ; заявлено 01.07.85 ; опубл. 30.11.86, Бюл. № 44. - 4 с.: ил.

53. А. с. 1299990 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Способ грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. В. Востриков, М. Р. Русаков, Д. Т. Хагажеев, М. В. Князев, В. В. Калюта, В. Н. Ампилогов (СССР). -№ 3793825/29-33 ; заявлено 25.09.84 ; опубл. 30.03.87, Бюл. № 12. - 3 с.: ил.

54. А. с. 1343751 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Шатлов (СССР). - № 3711172/29-33 ; заявлено 03.02.84 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

55. А. с. 1350134 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Барабанный грану-лятор расплава шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Ю. И. Жаворонков, JI. В. Федяев, О. Е. Молчанов, В. А. Костров (СССР). - № 4036250/29-33 ; заявлено 10.03.86 ; опубл. 07.11.87, Бюл. № 41. -3 с.: ил.

56. А. с. 1380075 СССР, МКИ4 В 22 F 9/08, В 05 В 7/00. Установка для грануляции расплавов металлов / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Ю. П. Сердитов, А. Н. Щербин, Я. И. Островский, Ю. И. Шатов (СССР). -№ 4039883/22-02 ; заявлено 17.02.86 ; для служебного пользования. -2с.: ил.

57. А. с. 1396507 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Шатлов (СССР). - №3819499/29-33 ; заявлено

03.12.84 ; для служебного пользования. - 4 с.: ил.

58. А. с. 1419083 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Способ переработки шлакового расплава и устройство для его осуществления / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский (СССР). - № 3899781/29-33 ; заявлено

22.05.85 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

59. А. с. 1423517 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). - № 4176725/29-33 ; заявлено 05.01.87 ; опубл. 15.09.88, Бюл. № 34. -3 с.: ил.

60. А. с. 1436310 СССР, МКИ4 В 01 D 35/08. Карусельный обезвоживатель / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин (СССР). - № 4159451/23-26 ; заявлено

11.12.86 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

61. А. с. 1443358 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко (СССР). 4080564/29-33 ; заявлено 26.05.86 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

62. А. с. 1447906 СССР, МКИ4 С 22 В 23/00. Установка для грануляции сульфидно-металлических расплавов / Г. В. Востриков, М. Р. Русаков, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. М. Шашко (СССР). - № 4210512/23-02 ; заявлено 23.12.86 ; опубл. 30.12.88, Бюл. № 48. - 3 с.: ил.

63. А. с. 1488272 СССР, МКИ4 С 04 В 5/00. Установка шлакопереработки с утилизацией тепла / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин (СССР). -№ 4353683/29-33 ; заявлено 30.12.87 ; опубл. 23.06.89, Бюл. № 23. - 3 с.: ил.

64. А. с. 1526803 СССР, МКИ4 В 01 J 2/06. Установка для получения сухого граншлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). -№ 4159446/23-26 ; заявлено 11.12.86 ; опубл.07.12.89, Бюл. № 45. - 3 с.: ил.

65. А. с. 1528755 СССР, МКИ4 С 04 В 5/00. Установка для переработки шлакового расплава / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский (СССР). -№ 3881748/29-33, 3882138/29-33 ; заявлено 09.04.85 ; опубл. 15.12.89, Бюл. № 46. -4с.: ил.

66. А. с. 1542926 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Гранулятор расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, В. А. Горяинов, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев (СССР). - № 4416034/23-33 ; заявлено 26.04.88 ; опубл. 15.02.90, Бюл. № 6. - 2 с.: ил.

67. А. с. 1599329 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Установка для получения сухого граншлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). -№ 4478161/23-33 ; заявлено 01.09.88 ; опубл. 15.10.90, Бюл. № 38.-3 с.: ил.

68. А. с. 1604771 СССР, MKHS С 04 В 5/02. Устройство для грануляции металлургических шлаков / М. A. IIIapaHOBj Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев (СССР). - № 4608561/23-33 ; заявлено 24.11.88 ; опубл. 07.11.90, Бюл. № 41. - 3 с.: ил.

69. А. с. 1675250 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлакового расплава / А. Е. Шульмейстер, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, В. Р. Дубичев (СССР). - № 4740252/33 ; заявлено 26.09.89 ; опубл. 07.09.91, Бюл. № 33. -2с.: ил.

70. Пат. 2099297 Российская Федерация, МКИ6 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, А. В. Бычков, Г. И. Чеченин (РФ). - № 93029891/03 ; заявлено 25.05.93 ; опубл. 20.12.97, Бюл. № 35. - 3 с.: ил.

71. Свидетельство на полезную модель 24998 РФ, МКИ7 С 04 В 5/02. Устройство для обезвоживания гранулированного шлака / Л. А. Зайнуллин, А. В. Бычков, Г. И. Чеченин (РФ). - № 2002109645/20 ; заявлено 10.04.2002 ; опубл. 10.09.2002, Бюл. № 25. - 1 с.: ил.

72. Пат. на полезную модель 31516 РФ, МКИ7 В 01 D 12/00, С 04 В 5/02. Сепаратор эрлифта для откачки гранулированного шлака / Л. А. Зайнуллин, А. В. Бычков, Г. Я. Чеченин (РФ). - № 2003114686/20 ; заявлено 21.05.2003 ; опубл. 20.08.2003, Бюл. № 23. -1с.: ил.

73. Пат. 4230477 США, МКИ3 С 03 В 5/22. Apparatus for granulating molten slag / Mikhail A. Sharonov, Lik A. Zainullin, Felix Y. Olginsky, Ivan I. Scherbakov, Serafim V. Kolpakov, Leonid I. Teder (U.S.S.R). - № 333 ; заявлено 02.01.79 ; опубл. 28.10.80. - 4 с.: ил.

74. Пат. 2446265 Франция, МКИ3 С 04 В 5/02, С 21 В 3/06. Installation pour la granulation d'un laitier en fusion / M. A. Sharanov, L. A. Zainullin, F. Y. Olgin-sky, 1.1. Scherbakov, S. V. Kolpakov, L. I. Teder (URSS). - № 79 00739 ; заявлено 12.01 .79 ; опубл. 24.07.81. - 13 с. : ил.

75. Пат. 150901 Индия. Apparatus for granulating molten s lag/ Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Institut Metallurgicheskoi Teplotekhniki and Gosu-darstvenny Sojuzny Institut Po Proektirovaniju Metallurgicheskikh Zavodov ( USSR). - № 0037 ; заявлено 15.12.78 ; опубл. 03.09.83. - 1 с.

Подписано в печать Плоская печать

Формат 60 х 84 1/16 Бумага писчая

Тираж 100 Заказ № 36

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19

Перечень условных обозначений.

Общая характеристика работы.

1 Аналитический обзор известных способов и устройств уборки и переработки доменных шлаков.

1.1 Анализ технологий централизованной грануляции.

1.2 Существующие технологии припечной грануляции.

1.2.1 Системы диспергации расплавов. 1.2.2 Теоретические основы диспергации.

1.2.3 Охлаждение частиц расплавов.

1.2.4 Теоретические основы эрлифта.

1.3 Технология припечной грануляции «ВНИИМТ — Гипромез»

1.4 Цель и задачи работы.

2 Диспергирование шлакового расплава.

2.1 Взрывобезопасный способ и устройство получения качественных гранул в технологии мокрой грануляции.

2.2 Струйная диспергация шлакового расплава.

2.3 Механическая диспергация шлакового расплава.

2.4 Выводы.

3 Теплофизические и газодинамическая задачи процесса грануляции.

3.1 Охлаждение частиц расплава в паровоздушной и жидкой средах

3.2 Траектория полёта частиц в паровоздушной среде.

3.3 Теплоотдача между водяными струями и пластиной при её нагревании струёй расплава металла.

3.3.1 Одиночная струя.

3.3.2 Группа струй.

3.4 Выводы.

4 Теория и практика применения эрлифта в системах при-печной грануляции шлаков.

4.1 Двухфазный изотермический и неизотермический эрлифт.

4.2 Трёхфазный неизотермический эрлифт.

4.3 Методика инженерного расчёта трёхфазного неизотермического эрлифта.

4.4 Выводы.

5 Новые энергоэффективные и экологичные процессы грануляции

5.1 Технология сухой грануляции шлакового расплава.

5.2 Полусухая грануляция с использованием части физического тепла шлака для уменьшения его влажности.

5.3 Технология приготовления нейтрализующей суспензии из порошкообразного известняка. ф 5.4 Выводы.

6 Внедрение разработанных грануляционных систем.

6.1 Новизна технических и технологических решений.

6.2 Технологические схемы внедрённых грануляционных систем

6.3 Технико-экономические показатели работы промышленных припечных грануляционных систем.

6.4 Выводы.

Ключевые слова: грануляционная система, технология грануляции, мокрая грануляция, полусухая грануляция, сухая грануляция, взрывобезопас-ность, экологичность, энергоэффективность, диспергация, охлаждение, эр-лифтное транспортирование, обезвоживание, сушка, гранулированный шлак, физическое тепло, влажность, размер частиц, теория, эксперимент, практика, внедрение.

Основные определения

Грануляция - процесс получения твердых гранул из расплава путем первоначального дробления (диспергирования) расплава шлака на отдельные жидкие или частично жидкие капли и последующего их охлаждения, при котором осуществляется превращение жидких или частично жидких капель в твердые частицы - гранулы. Устройство, в котором осуществляются эти процессы, называется гранулятором. В технике различают три вида грануляции: мокрую, полусухую и сухую.

Мокрая грануляция - это процесс получения твердых гранул при избыточном количестве влаги. Типично мокрым процессом является бассейновый способ, когда шлак из ковша сливается в большую емкость с водой. Другими видами мокрой грануляции являются желобной и гидрожелобной. В первом из них процесс дробления и охлаждения происходит при совместном движении шлака и воды по длинному желобу. При гидрожелобном способе дробление шлака осуществляется острыми струями воды в желобе, из которого смесь поступает в емкость с водой. Получаемый этим способом граншлак, как правило, имеет избыточную влажность.

Полусухая грануляция - это такой процесс получения гранул, когда их состояние по влажности можно считать условно сухим. Практика работы с гранулированным доменным шлаком показывает, что состояние «условно сухой» соответствует влажности ~ 6 %; при этой влажности шлак еще не смерзается, в то же время остается ограниченно подвижным, что исключает утечку его через неплотности вагонов при транспортировке.

Сухая грануляция - технология, при которой процессы кристаллизации и охлаждения шлака осуществляются без использования жидкости (влаги).

Грануляционной системой будем называть цепь располагаемых друг за другом аппаратов, в которых последовательно реализуются процессы диспергирования, охлаждения, транспортировки, обезвоживания, сушки и складирования гранулированного шлака, а также производится нейтрализация вредных выбросов парообразных и газообразных продуктов грануляции.

Актуальность

В России ежегодно производится около 50 млн. т металлургических шлаков. Сегодня металлургические шлаки относятся к важным вторичным сырьевым ресурсам. Жидкие шлаки обладают огромным теплоэнергетическим потенциалом, который, к сожалению, мало используется по ряду объективных причин, в том числе и по причине сложности реализации разработанных способов на практике. Переработка жидких шлаков осуществляется практически в полном объёме. Основная часть шлаков перерабатывается в гранулированный шлак и используется в строительной индустрии.

Припечная грануляция доменного шлака - наиболее прогрессивная технология шлакопереработки, т.к. позволяет отказаться от применения шлако-возных ковшей и энергоэффективным и экологичным образом превратить весь доменный шлак в качественный продукт для промышленности строительных материалов.

В середине 60-х годов прошлого столетия во ВНИИМТ была разработана и внедрена первая в СССР грануляционная система, перерабатывающая доменный шлак непосредственно у доменной печи небольшого объема (395 м ). В этой конструкции был удачно решен ряд вопросов, сдерживавших промышленное применение технологии припечной грануляции, а именно: локализация вредных паро- и газообразных выбросов, эрлифтный способ транспортировки гранулированного продукта, использование части физического тепла шлака для уменьшения его влажности. Однако для уверенного переноса этой технологии на вновь проектируемые доменные печи большого объема (2000 . 5000 м ) необходимо было создать теоретическую базу процесса грануляции, позволяющую принимать научно обоснованные технические решения при конструировании грануляционных систем припечной переработки больших масс шлака.

Цель работы

Исследование и разработка научно обоснованных ресурсосберегающих, взрывобезопасных и экологичных технологий и технических решений мокрых, полусухих и сухих способов припечной грануляции для печей со значительным выходом шлака в черной и цветной металлургии.

Научная новизна

1 Исследованы теоретическими и экспериментальными методами явления диспергации шлакового расплава, охлаждения частиц шлака воздухом и водой, удаления граншлака эрлифтом и обезвреживания парогазовых выбросов. Полученные результаты обеспечили развитие теории процессов формирования гранулированного шлака для мокрых, полусухих и сухих способов его получения.

2 Установлены закономерности, определяющие среднемассовый размер гранул шлака при использовании для дробления шлаковых струй энергии воды и воздуха, механической энергии. Полученные зависимости учитывают параметры распыливающих сред: для мокрых и полусухих способов - расходы и скорости воды и воздуха, углы атаки потоков, теплофизические параметры - температуры, плотность, вязкость и поверхностное натяжение шлаков; для сухих способов - наряду с теплофизическими характеристиками шлакового расплава, число оборотов механического (барабанного) дисперга-тора и скорость удара JVy/(, м/с. Обобщенные данные, представленные в виде формул, обеспечивают возможность расчета элементов устройств, обеспечивающих эффективную работу диспергаторов.

3 Математически описаны процессы охлаждения высокотемпературной частицы сферической формы в условиях сложного теплообмена при учете явлений теплопроводности (внутренняя задача), конвективного и лучистого теплообмена (внешняя задача) между частицей и охлаждающей паровоздушной средой, а также при охлаждении частицы в водном бассейне. Математические модели этих процессов использованы для расчета времени затвердевания частицы после распыления струи шлакового расплава. Модели также явились теоретической базой для экспериментального определения коэффициентов теплоотдачи - необходимых параметров для анализа температурных полей при формировании из частицы расплава шлака твердой гранулы.

4 Предложена методика расчета траектории полета частицы шлакового расплава, основанная на решении задачи движения частицы в газовой среде с учетом размера частицы, сопротивления среды, начальной скорости частицы и угла наклона вектора этой скорости к горизонту. Методика позволяет определять время полета частицы, соответствующее необходимому времени охлаждения частицы в полете, и, тем самым, выбирать условия организации движения диспергированной струи шлакового расплава, которые гарантируют, с одной стороны, образование твердой корочки на охлаждаемой частице и, с другой - возможность определения размеров надводной части грануляционной системы.

5 Определены в критериальной форме зависимости между интенсивностью теплообмена при высоких плотностях тепловых потоков (более 10,0 МВт/м ), достигаемых в результате струйного охлаждения водой металлической пластины, нагреваемой расплавом металла, и другими теплофизи-ческими характеристиками: теплопроводностью, вязкостью и температуропроводностью охлаждающей среды, скоростью среды на срезе сопла, диаметра сопла и расстояния от среза сопла до охлаждаемой поверхности.

6 Изучены особенности теплофизических процессов между твердыми частицами (гранулами), охлаждающей водой и образующимся водяным паром в условиях, отражающих механическую и тепловую работу эрлифта. Установленные зависимости дополнили теорию эрлифта, распространив ее на трехфазные эрлифтные системы (твердые частицы, жидкость и газообразная среда), для которых свойственны неизотермические процессы.

7 Систематизированы укрупненные показатели работы и основные режимные параметры известных систем припечной грануляции шлака, сравнение которых позволяет в зависимости от конкретных условий выбирать ту или иную технологию получения гранулированного шлака.

Таким образом, основным научным итогом диссертационной работы является создание методологических основ для решения актуальной научно-технической проблемы, связанной с разработкой и внедрением методов комплексного исследования теплофизических процессов в системах грануляции высокотемпературных жидких шлаков, обеспечивающих оптимизацию элементов их конструкций и режимов работы, улучшение экологической обстановки и качества гранулированного шлака.

Практическая ценность

1 Разработаны инженерные методики расчета процессов диспергации расплава, пневмогидравлической транспортировки и обезвоживания получаемого граншлака.

2 Определены и обоснованы рациональные параметры установок мокрой, полусухой и сухой припечной грануляции металлургических шлаков, конструкций и режимов работы их отдельных элементов, обеспечивающих принятие научно обоснованных решений при создании технологий получения качественной продукции.

3 Разработаны принципы конструирования новых установок припечной грануляции шлаков в широком диапазоне расходов шлака, их свойств, а также особенностей компоновки печных агрегатов в технологиях производства черных и цветных металлов.

4 Предложены рекомендации по обеспечению взрывобезопасности грануляционных систем, основанные на устранении причин взрывов при грануляции шлакометаллических расплавов мокрыми и полусухими способами.

5 Разработаны новые способы управления в технологиях мокрой и полусухой грануляции, позволяющие целенаправленно влиять на качество гранулированного шлака и его влажность.

6 Предложен новый способ приготовления известняковой суспензии для нейтрализации парогазовых выбросов.

Таким образом, основным итогом диссертационной работы в практическом плане является создание научной базы для проектирования, сооружения и эксплуатации энергоэффективных, взрывобезопасных и экологичных систем припечной грануляции металлургических шлаков черной и цветной металлургии.

Реализация результатов работы

Результаты выполненных расчетно-теоретических, экспериментально-лабораторных и промышленных исследований позволили внедрить в практику проектирования и производства новые конструкции, режимы работы, приемы управления процессами в установках мокрого, полусухого и сухого способов припечных грануляционных систем ВНИИМТ.

Различные модификации грануляционных систем конструкции ВНИИМТ, реализующих мокрый способ припечной переработки доменных шлаков, внедрены на трех крупнейших печах бывшего СССР и печи Индии:

- завод «Криворожсталь», доменная печь № 9 объемом 5000 м3, 1975 г.;

- Новолипецкий металлургический комбинат, доменная печь № 6 объемом 3200 м3, 1978 г.;

- Череповецкий металлургический комбинат, доменная печь № 5 объемом 5580 м3, 1986 г.; л

- металлургический завод в г. Бхилаи, доменная печь объемом 2000 м , 1988 г.

Опыт заводов черной металлургии перенесен на предприятия цветной металлургий, для которых проблема переработки отвальных шлаков имеет первостепенное значение. Припечная грануляция таких шлаков реализована в плавильном цехе № 1 Надеждинского металлургического завода ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» установкой двух линий: первая линия -в 1998 г., вторая - в 2005 г.

Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «УГТУ - УПИ» в курсах «Новые технологии в металлургии» и «Элементы безотходных технологий».

Суммарный годовой экономический эффект по пяти объектам внедрения в ценах 2004 года составил 5,2 млн. долларов США.

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, их планировании и организации; в проведении экспериментов, подтверждающих разрабатываемые гипотезы и определяющих дальнейшее направление исследований; разработке теоретических положений и обобщении экспериментальных данных; подготовке технологических заданий и участии в разработке технических решений при проектировании промышленных припечных грануляционных систем; участии в пуско-наладочных работах при внедрении припечных грануляционных систем.

Результаты, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- комплексное описание взаимосвязанных процессов тепловой обработки высокотемпературной струи жидкого шлака, включающее диспергацию, охлаждение частиц шлака в воздухе и воде, удаление шлака эрлифтом, обезвоживание шлака и обезвреживание парогазовых выбросов;

- методика и результаты экспериментального изучения дробления шлакового расплава водогазоструйными и механическими диспергаторами, позволившие установить новые способы воздействия на качество и влажность гранулированного продукта;

- теоретические положения и методика расчета трехфазного эрлифта, учитывающие наличие твердой фазы в перемещаемой среде и неизотермич-ность процесса;

- математическая модель процессов охлаждения отдельных частиц шлака в жидкой и парогазовой средах и результаты экспериментальных исследований этого процесса в неподвижной и движущейся жидкой среде, обработанные в соответствии с требованиями теории подобия;

- результаты анализа причин и механизмов взрывов при мокрой грануляции шлакометаллических расплавов, а также рекомендации, обеспечивающие взрывобезопасную работу грануляционных систем;

- энергоэффективные и экологичные модификации припечных систем, реализующих взрывобезопасный мокрый способ грануляции металлосодер-жащих шлаков доменных печей большого объема, дополненный нейтрализацией парогазовых выбросов суспензией из тонкоизмельченного известняка;

- новые технологические схемы грануляционных систем для процессов полусухой и сухой переработки жидких шлаков, способные обеспечить более эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при сниженном техногенном давлении на окружающую среду.

Достоверность результатов

Достоверность результатов подтверждается точностью и тарировкой всех средств измерений, использованием современных компьютеров и программных средств для обработки данных и проведения численных расчетов, удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением некоторых результатов с данными других исследований, соответствием полученных результатов современным физическим представлениям, а также широким использованием результатов во внедрённых промышленных объектах.

Апробация работы

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 22 статьях, в 47 авторских свидетельствах СССР на изобретения, трёх патентах Российской Федерации, трёх зарубежных патентах; доложены и обсуждены на одной региональной конференции (VIII научно-техническая конференция ученых и специалистов Урала «Проблемы теплотехники металлургических процессов и агрегатов», Свердловск, 1982 г.) и трёх международных конференциях: международный симпозиум ЮНЕП «Окружающая среда и зо-лошлаковые отходы», Донецк, 1983 г.; 8 международная конференция доменщиков «ВИТКОВИЦЕ 1989», г. Острава, Чехословакия, 1989 г.; международная конференция «Теплотехника и энергетика в металлургии», Украина, Днепропетровск, 2002 г.

Материалы диссертации опубликованы в журнале «Сталь» и в тематических сборниках научных трудов, выпущенных издательством «Металлургия».

Результаты работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО «УГТУ - УПИ».

Таким образом, на базе выполненных аналитических и экспериментальных исследований, а также технологических разработок решена важная, научно-техническая проблема создания и внедрения систем припечной грануляции металлургических шлаков, имеющая народно-хозяйственное значение. Разработка и внедрение методов комплексного исследования теплофи-зических процессов в установках грануляции высокотемпературных жидких шлаков не только обеспечили развитие научной базы для проектирования, сооружения и эксплуатации энергоэффективных, взрывобезопасных и экологичных систем припечной грануляции металлургических шлаков черной и цветной металлургии, но и позволили выработать рекомендации по оптимизации параметров конструкций и режимов их работы, а также по улучшению качества гранулированного шлака и экологической обстановки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные аналитические и экспериментальные исследования, а также технологические разработки направлены на решение важной, научной и народно-хозяйственной проблемы создания и внедрения ресурсосберегающих, экологичных и взрывобезопасных систем припечной грануляции металлургических шлаков. На основании проведённых исследований сформулированы принципы конструирования устройств для диспергации жидкого шлака, охлаждения частиц шлака в воздухе и воде, для эрлифтного транспортирования шлаководяной пульпы, а также разработаны инженерные методы расчёта для их реализации.

Для обеспечения экологичности процесса грануляции разработаны методы нейтрализации парогазовых выбросов, обеспечивающие высокую эффективность очистки при низких удельных расходах извести или известняка. Получены новые данные для расчёта и анализа режимов охлаждения элементов оборудования, используемого в условиях контакта с жидким шлаком и металлом.

С учётом результатов теоретического анализа предложены новые решения по совершенствованию известных технологий грануляции шлака с возможностью использования физического тепла шлака. Значительная часть разработок внедрена, а другие доведены до опытно-промышленного опробования технологических заданий на проектирование.

Основные научно-практические результаты диссертационной работы сводятся к следующим:

1 Создано комплексное описание взаимосвязанных процессов тепловой обработки высокотемпературной струи жидкого шлака, включающее диспер-гацию струи, охлаждение частиц шлака в воздухе и воде, удаление шлака эрлифтом, обезвоживание шлака и обезвреживание парогазовых выбросов, для чего использованы все методы научного исследования: лабораторный, опытно-промышленный и промышленный эксперимент, математическое моделирование, расчетно-аналитический анализ. Это позволило разработать принципы конструирования новых установок припечной грануляции шлака в широком диапазоне расходов шлака, свойств шлаков, а также особенностей компоновки печных агрегатов в технологиях производства черных и цветных металлов.

2 Развита теория формирования гранулированного шлака для мокрых, полусухих и сухих припечных способов его получения, использующих для дробления струи шлакового расплава процессы водогазоструйной и механической диспергации. Предложены инженерные методики расчета процессов, адекватно отражающие процессы диспергации в промышленных условиях. Их применение позволяет рассчитывать условия, не допускающие возможностей возникновения взрывов при применении для грануляции шлакометал-лических расплавов.

3 Изучен процесс охлаждения высокотемпературной частицы шлака. Получены закономерности, позволяющие исследовать в газообразных и жидких средах явления формирования из частицы расплава твердой гранулы, а также устанавливать новые способы воздействия на качество и влажность гранулированного продукта в технологиях мокрой и полусухой грануляции.

4 Развита теория эрлифта для трехфазных систем, в которой взаимоувязаны особенности теплофизических процессов между твердыми частицами (гранулами), охлаждающей водой и образующимся водяным паром, что позволило учесть неизотермичность процессов при транспортировке пароводяной пульпы, проявляющуюся в изменении плотности газовых пузырей, а также более точно оценить составляющие гидравлических сопротивлений этого элемента системы припечной грануляции. Для анализа работы эрлифта грануляционной системы в указанных условиях и расчета оптимальных параметров его работы предложен графо-аналитический метод, адаптированный к промышленным условиям.

5 Получены экспериментальные данные для обеспечения устойчивой и надежной работы механических диспергаторов, для которых требуется высокоинтенсивное охлаждение рабочих поверхностей, контактирующих с жидким шлаком или металлом, для чего исследован процесс теплообмена между плоской пластиной, омываемой высокотемпературным расплавом, и водяными струями. Зависимости, обработанные в соответствии с требованиями теории подобия, позволяют рассчитывать режимы охлаждения теплонапряжен-ных элементов установок грануляции.

6 Для обеспечения экологичности процессов грануляции разработана технология приготовления нейтрализующей парогазовые выбросы суспензии, обеспечивающей очистку при низких удельных расходах реагента - извести или известняка. Это достигнуто за счет применения специальных форсунок, распыляющих тонкоизмельченный реагент в жидкость с помощью сжатого воздуха и воды повышенного давления, подаваемой спутным потоком.

7 Разработаны новые технологические схемы грануляционных систем для процессов полусухой и сухой переработки жидких шлаков, способные обеспечить более эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при снижении техногенного давления на окружающую среду. Новые схемы обеспечивают возможность использования физического тепла шлаков для нагрева воздуха с последующей передачей этого тепла для технологических целей в металлургии и энергетике.

8 Различные модификации грануляционных систем, реализующих мокрый способ припечной переработки доменных шлаков, внедрены на крупнейших доменных печах России, Украины и Индии. Опыт заводов черной металлургии перенесен на предприятия цветной металлургии, для которых проблема переработки отвальных шлаков имеет первостепенное значение. Припечная грануляция таких шлаков реализована в плавильном цехе № 1 Надеждинского металлургического завода ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» установкой двух линий: первая линия - в 1998 г., вторая - в 2005 г.

Суммарный годовой экономический эффект по пяти объектам внедрения в ценах 2004 года составил 5,2 млн. долларов США.

1. Лисин, В. С. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия / В. С. Лисин, Ю. С. Юсфин. М.: Высшая школа, 1998. - 447 с.

2. Природоохранные мероприятия в металлургии / В. Л. Советкин, Ю. Г. Ярошенко, С. В. Карелов, В. Г. Коберниченко, И. Ю. Ходоровская ; Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Урал. гос. техн. ун-т -УПИ». Екатеринбург, 2004. - 240 с.

3. Экологически чистое производство : подходы, оценка, рекомендации : учебно-методическое пособие / Под ред. С. А. Пегова, И. С. Солобоева. Екатеринбург: ИРА - УТК, 2000. - 392 с.

4. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии / М. И. Панфилов и др.. М.: Металлургия, 1987. - 238 с.

5. Юсфин, Ю. С. Промышленность и окружающая среда / Ю. С. Юсфин, Л. И. Леонтьев, П. И. Черноусов. М. : ИКЦ «Академкнига», 2002. - 469 с.

6. Успенский, В. А. Установки для грануляции доменных шлаков / В. А. Успенский, М .А. Шаранов // Вопросы шлакопереработки : докл. конф. по шлакопереработке. Челябинск, 1960. - С. 519-546.

7. Филиппова, Е. И. Переработка шлаков за рубежом / Е. И. Филиппова // Переработка и использование доменных, сталеплавильных и ферросплавных шлаков : тр. Уральского НИИ черных металлов. Свердловск, 1981.-С. 17-26.

8. Филиппова, Е. И. Переработка шлаков за рубежом / Е. И. Филиппова, Л. Т. Манюк, М. М. Перетягина // Использование шлаков черной металлургии в народном хозяйстве : тр. Уральского НИИ черных металлов. Свердловск, 1984.-С. 34-39.

9. А. с. 1343751 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Шатлов (СССР). № 3711172/29-33 ; заявлено 03.02.84 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

10. А. с. 1396507 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Шатлов (СССР). №3819499/29-33; заявлено 03.12.84 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

11. А. с. 1443358 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, JT. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко (СССР). № 4080564/29-33 ; заявлено 26.05.86 ; для служебного пользования. -4с.: ил.

12. Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев, Ю. С. Юсфин, И. Ф. Курунов, А. Е. Пареньков, П. И. Черноусов. 3-е изд. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 774 с. : ил.

13. Демяховский, Ю. В. Гидравлическая уборка шлаков от доменных печей / Ю. В. Демяховский, К. Т. Ждановский // Металлург. 1972. - № 10. - С. 17-19.

14. Шаранов, М. А. Схема установки для грануляции шлака у доменной печи / М. А. Шаранов // Сб. науч. тр. № 9 / ВНИИМТ. Свердловск : Метал-лургиздат, Свердл. отд-ние, 1963. - С. 36 - 40.

15. А. с. 260845 СССР, МКИ1 В 22 f 9/00. Сосуд для гранулирования расплавов / В. И. Залесский, С. И. Берман, X. И. Иманов (СССР). № 1148555/22-1; заявлено 10.04.67; опубл. 16.01.70, Бюл. №4.-5 с.

16. А. с. 233181 СССР, МКИ1 В 22 d. Способ получения гранул / В. И. Залесский, В. А. Тюрин, Ю. И. Мищенков (СССР). № 1063154/22-2; заявлено 18.03.66; опубл. 18.12.68, Бюл. № 2 (за 1969 г.). - 2 с.

17. А. с. 237919 СССР, МКИ1 С 21 С 7/00. Установка для получения гранул / В. П. Андронов (СССР). № 1100211/22-2; заявлено 30.08.66; опубл. 20.02.69, Бюл. № 9. - 2 с.: ил.

18. А. с. 244927 СССР, МКИ1 С 04 в 5/05. Устройство для гранулирования расплавов / Р. Р. Малиновский, В. И. Тарарышкин (СССР). № 1209591/22-1; заявлено 04.01.68; опубл. 28.05.69, Бюл. № 18. - 2 с.: ил.

19. Козлов, В. А. Распыление расплавов вращающимся диском с гарни-сажем / В. А. Козлов, В. Г. Голубков // Порошковая металлургия. 1981. — №3.-С. 1-5.

20. А. с. 421352 СССР, МКИ2 В 01 j 2/18. Виброгранулятор расплавов / А. В. Ковшик (СССР).- № 1774371/23-26; заявлено 13.04.72; опубл. 30.03.74, Бюл. № 12.-2 с.

21. Holfve, М. Bipradukt fran NIA : Slaggpellets som buggmaterial / M. Holfve, Ing. Schon// Tekn. tidskr. 1976.- Vol. 106, № 5,- P. 22-23.

22. Ламб, Г. Гидродинамика / Г. Ламб. М.: ОГИЗ, 1947. - 928 с.

23. Натанзон, В. Я. О распыливании топлива в двигателях дизеля / В. Я. Натанзон // Дизелестроение. 1938. - № 3. - С. 10 - 12.

24. Панасенков, Н. С. О влиянии турбулентности жидкой струи на её распыление / Н. С. Панасенков // Журнал технической физики. 1951. — Т. 21, вып. 2.-С. 160- 166.

25. Генлейн, А. Распад струи жидкости / А. Генлейн // Двигатели внутреннего сгорания : сб. моногр. по иностр. лит. Т. 1 ; под ред. С. Н. Васильева. ОНТИ НКТП СССР, 1936. - С. 5 - 24.

26. Рамзин, Л. К. Применение парафинистого мазута в котельных установках / Л. К. Рамзин, Г. Ю. Козлинский, Ю. О. Нови // Изв. БТИ. 1927. -№2 (25).-С. 3-4.

27. Распиливание жидкостей / Ю. Ф. Дитякин, Л. А. Клячко, В. В. Новиков, В. И. Ягодин. М. : Машиностроение, 1977. - 208 с.

28. Богуславский, В. Я. О физическом механизме распиливания жидкости акустическими колебаниями / В. Я. Богуславский, О. К. Экнадиосянц // Акустический журнал. 1969. - Т. 15, № 1. - С. 17 - 25.

29. Пажи, Д. Г. Распиливающие устройства в химической промышленности / Д. Г. Пажи, А. А. Корягин, Э. Л. Ламм. М. : Машиностроение, 1975. - 200 с.

30. Fridman, S. I. Centrifugal disk atomization / S. I.Fridman, F. A. Slucert, W. R. Marschall // Chemical Engineering Progress. 1952. - № 4. - P. 15 - 20.

31. Чечик, О. С. О расчёте диаметра капель при центробежном распылении жидкости / О. С. Чечик, Б. М. Люминарский // Журнал прикладной химии. 1972. - Т. 15, вып. 4. - С. 895 - 896.

32. Гонор, А. Л. Динамика капли / А. Л. Гонор, В. Я. Ривкинд // В кн.: Итоги науки и техники. Серия механика жидкости и газа. М. : ВИНИТИ, 1977. - №5.-С. 15-155.

33. Назаров, О. И. Удар капли о плоскую движущуюся пластину / О. И. Назаров, О. А. Поваров О. А., Ятчени И. А. // Теплоэнергетика. 1975. — №4.-С. 47-49.

34. Cheng, L. Dynamik spreading of drops impacting onto a solid surface / L. Cheng // Ind. and Eng. Chem. Process des. and Develop. 1977. - Vol. 16, № 2. -P. 192-197.

35. Шлихтинг, К. Теория пограничного слоя. / К. Шлихтинг. М. : Наука, 1969.-742 с.

36. Кудряшов, Л. И. Уточнение расчётов коэффициента теплообмена между газом и взвешенными частицами применением метода теплового пограничного слоя / Л. И. Кудряшов // Изв. АН СССР. ОТН. 1949. -№11.-С. 1620.

37. Клячко, JI. С. Коэффициент конвективного теплообмена в газоводис-персной системе / Л. С. Клячко // Журнал технической физики. 1945. - Т. 15, №8.-С. 580.

38. Ляховский, Д. Н. Конвективный теплообмен между газами и взвешенными частицами / Д. Н. Ляховский // Журнал технической физики. -1940.-Т. 10, № 12.-С. 999.

39. Щитников, Б. К. Теплообмен тел различной формы с вынужденным потоком жидкости / Б. К. Щитников // Инженерно-физический журнал. -1961.-Т. 4,№7.-С. 73.

40. Влиет, Г. С. Вынужденная конвекция от изотермической сферы к воде/Г. С. Влиет, Г. Лепперт // Труды Американского общества инженеров-механиков / Теплопередача. Серия С. Сб. № 2,1961. С. 76 - 93.

41. Бузник, В. М. Обобщение экспериментальных данных по теплообмену естественной и вынужденной конвекцией при внешнем обтекании тел / В. М. Бузник, К. А. Безломцев // Труды Николаевского кораблестроительного института. 1959.-Вып. 19.-С. 19-26.

42. Исследование процесса охлаждения сферических тел в потоке воздуха при малых значениях Bi / И. Я. Бицютко и др. // АН БССР, Ин-т тепло- и массообмена. Минск, 1966. - С. 35 - 37.

43. Ляховский, Д. Н. Конвективный теплообмен сферических взвешенных частиц с окружающей средой / Д. Н. Ляховский // Котлотурбостроение. -1947.-Т. 29, №5.-С. 29-31.

44. Васанова Л. К. Теплообмен между частицами и газами в кипящем слое / Л. К. Васанова, Н. И. Сыромятников // Химия и технология топлив и масел. 1965. - Т. 16, № 7. - С. 16 - 19.

45. Худяков, Г. Н. О теплообмене в газовзвеси / Г. Н. Худяков // Изв. АН СССР. 1953. - ОТН, № 2. - С. 265.

46. Крюкова, М. Г. Некоторые вопросы теплообмена с твёрдыми частицами / М. Г. Крюкова // Инженерно-физический журнал. 1958. - Т. 1, №4.-С. 10.

47. Гидравлика : руководство для нефтяных втузов / Л. С. Лейбензон и др.. М. ; Л.: Госгоргеонефтеиздат, 1934. - 369 с.

48. Мелихов, В. С. Расчет и действие воздушного подъемника жидкостей (эрлифт) / В. С. Мелихов // Азербайджанское нефтяное хозяйство. -1923. № 10.-С. 64-79.

49. Мелихов, В. С. Поправки к формулам эрлифта и анализ их / В. С. Мелихов // Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1928. - № 6 —7. - С. 32-39.

50. Мелихов, В. С. Скольжение газа в эр- газлифте, расчет и анализ их действия /B.C. Мелихов // Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1935. — №10-11.-С. 52-61.

51. Арманд, А. А. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе / А. А. Арманд, Е. И. Невструева // Известия ВТИ. -1950. №2 (178).-С. 1-8.

52. Арманд, А. А. Исследование механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе / А. А. Арманд // Сб. : гидравлика и теплообмен при кипении в котлах высокого давления. М. : Изд-во АН СССР, 1955. - С. 31-38.

53. Шевяков, Л. Д. Шахтный водоотлив / Л. Д.Шевяков, А. Н. Бредихин. М.: Госгортехиздат, 1960. - 354 с.

54. Суреньянц, Я. С. Водяные скважины / Я. С. Суреньянц. М. : Изд-во МКХ РСФСР, 1961.-318 с.

55. Водопроводные и канализационные насосы и насосные станции / Н. Г. Малишевский и др.. Харьков : Изд-во Харьковского университета, 1960.-394 с.

56. Успенский, В. А. Пневматический транспорт / В. А. Успенский. -Свердловск : Металлургиздат, 1959.-227 с.

57. Разработка и промышленное опробование устройств для взрывобе-зопасной припечной грануляции шлака с чугуном : отчёт о НИР (заключ.) / Всесоюзн. НИИ металлург, теплотехники ; рук. М. А. Шаранов. Свердловск ; М.; Кривой Рог, 1974. - 30 с.

58. Шаранов, М. А. Рациональные способы припечной грануляции продуктов доменной плавки / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захар-ченко // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. -М.: Металлургия, 1979. № 8. - С. 54 - 59.

59. Исследование ускоренного охлаждения шлакового расплава при производстве щебня / Г. Я. Захарченко, М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, А. И. Бахарев // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. -М. : Металлургия, 1981. № 9. - С. 90-93.

60. Грануляция шлака у доменной печи объёмом 5000 м3 / М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Сацкий, Н. Г. Нетребко, J1. А. Зайнуллин, В. В. Свирин // Сталь. 1977. - № 8. - С. 692 - 695.

61. Шаранов, М. А. Придоменная грануляция шлака и чугуна / М. А. Шаранов, J1. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко // Сталь. 1980. - № 3. - С. 178- 180.

62. Припечная грануляция шлака на ЧерМК / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. JI. Баринов, В. Н. Мазурин, Ф. Я. Ольгинский//Сталь. 1990. - №3.-С. 26-28.

63. А. с. 1604771 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Устройство для грануляции металлургических шлаков / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев (СССР). № 4608561/23-33 ; заявлено 24.11.88 ; опубл. 07.11.90, Бюл. №41.-3 с.: ил.

64. А. с. 1526803 СССР, МКИ4 В 01 J 2/06. Установка для получения сухого граншлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). № 4159446/23-26 ; заявлено 11.12.86 ; опубл. 07.12.89, Бюл. № 45.- 3 с. : ил.

65. А. с. 1599329 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Установка для получения сухого граншлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). № 4478161/23-33 ; заявлено 01.09.88 ; опубл. 15.10.90, Бюл. № 38.- 3 с. : ил.

66. Разработка и исследование новых способов припечной грануляции с механическим дроблением расплавов : отчет о НИР (заключ.) / Всесоюзн. НИИ металлург, теплотехники ; рук. М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин. -Свердловск, 1982. 87 с. - 66-79 ; № ГР 79022609.

67. Волынский, М. С. О дроблении капель в потоке воздуха / М. С. Волынский // Доклады АН СССР. 1948. - Т. 62, № з. - С. 301 - 304.

68. Клайн, С. Дж. Подобие и приближенные методы : пер. с англ. под ред. И. Т. Аладьева и К. Д. Воскресенского / С. Дж. Клайн. М. : Мир, 1968. -302 с.

69. Механика жидкости и газа : учеб. пособие / В. С. Швыдкой, Ю. Г. Ярошенко, Я. М. Гордон, В. С. Шаврин, А. С. Носков ; под науч. ред. В. С.

70. Швыдкого. -2-е изд., перераб. и доп. М. : ИКЦ «Академкнига», 2003. -464 с.

71. Дегтев, О. Н. О распыливании вязких жидкостей / О. Н. Дегтев // Рациональное использование энергетических ресурсов : тр. Уральск, политехи, ин-та им. С. М.Кирова. Свердловск, 1956. - С. 95 - 105.

72. Зайнуллин, JI. А. Разработка и исследование водометного колеса для грануляции металлургических расплавов / JI. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. М. : Металлургия, 1978. - № 7. - С. 19-22.

73. Кадинова, А. С. О характере теплообмена при струйном охлаждении / А. С. Кадинова, Г. Н. Хейфец, Н. Ю. Тайц // Инженерно-физический журнал. 1963. - № 4. - С. 46 - 50.

74. Брдлик, П. М. Теплообмен между струёй и пластиной, расположенной нормально потоку / П. М. Брдлик, Г. Е. Веревочник, В. А. Смирнов // Теория подобия и ее применение в теплотехнике / Труды МИИТ. —1961. -Вып. 39.-С. 182-192.

75. Экспериментальное исследование охлаждения диска с помощью водяной струи / К. Ацуси и др. // Тэцу то хаганэ. 1982. Т. 68, № 14. - С. 1932- 1937.

76. Стационарная конвективная теплопередача между водяной струей и твердым телом в форме диска / Т. Седзи и др. // Тэцу то хаганэ. 1982. -Т. 68,№ 14.-С. 1938-1945.

77. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. М. : Высшая школа, 1967. — 596 с.

78. Беляев, Н .М. Методы теории теплопроводности : учеб. пособие для вузов в двух частях. 4.2 Аналитические методы решения нелинейных задач. Метод конечных разностей / Н. М. Беляев, А. А. Рядко. - М. : Высшая школа. 1982.-304 с.

79. Свойства жидких доменных шлаков / В. Г. Воскобойников и др.. -М.: Металлургия; 1975. 184 с.

80. Кутателадзе, С. С. Справочник по теплопередаче / С. С. Кутателадзе,

81. B. М. Боришанский. М.; JL : Госэнергоиздат, 1959. - 414 с.

82. Кацнельсон, Б. Д. Исследование коэффициента теплоотдачи частиц в потоке в нестационарных условиях / Б. Д. Кацнельсон, Ф. А. Тимофеева // Котлотурбостроение. 1948. - № 5. - С. 16-22.

83. Тайц, Н. Ю. Технология нагрева стали / Н. Ю. Тайц. М. : Метал-лургиздат, 1962. - 567 с.

84. Фабрикант, Н. Я. Аэродинамика / Н. Я. Фабрикант. М. : Наука, 1964.-814 с.

85. Андоньев, С. М. Охлаждение доменных печей / С. М. Андоньев, О. В. Филипьев, Г. А. Кудинов. М. : Металлургия, 1972. - 368 с.

86. Зайнуллин, JI. А. Экспериментальное исследование эрлифта для шлаководяной пульпы / JI. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. М. : Металлургия, 1976. - №5.-С. 15-19.

87. Зайнуллин, JL А. Влияние плотности транспортируемого материала на производительность эрлифта / JI. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов // Металлургическая теплотехника : темат. отрасл. сб. / ВНИИМТ. М. : Металлургия, 1978. - №6. -С. 24-27.

88. Вукалович, М. П. Термодинамические свойства воды и водяного пара / М. П. Вукалович. М. : Изд-во машиностроительной литературы ; Берлин : ФЕБ Издательство Техник, 1958. - 245 с.

89. Разумов, И. М. Пневмо- и гидротранспорт в химической промышленности / И. М. Разумов. М.: Химия, 1979. - 248 с.

90. Юфин, А. П. Напорный гидротранспорт / А. П. Юфин. М. : Гос-энергоиздат, 1958. - 136 с.

91. Нагли, Е. 3. Гидротранспорт шлака / Е. 3. Нагли, Л. Н. Гранат // Электрические станции. 1966. - № 2. - С. 28-33.

92. Зайнуллин, JI. А. Особенности применения трехфазного эрлифта в системах припечной грануляции шлаков / JI. А. Зайнуллин // Сталь. 2005. -№3-С. 114-116.

93. А. с. 1488272 СССР, МКИ4 С 04 В 5/00. Установка шлакопереработ-ки с утилизацией тепла / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин (СССР). -№ 4353683/29-33 ; заявлено 30.12.87 ; опубл. 23.06.89, Бюл. № 23. 3 с.: ил.

94. А. с. 1528755 СССР, МКИ4 С 04 В 5/00. Установка для переработки шлакового расплава / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, Ф. Я. Ольгинский (СССР). № 3881748/29-33, 3882138/29-33 ; заявлено 09.04.85 ; опубл. 15.12.89, Бюл. №46. -4 с. : ил.

95. Установка грануляции металлургических шлаков с получением сухого продукта / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев //Сталь. 1991. - № 1.-С. 10-12.

96. Опыт эксплуатации и совершенствование установок припечной грануляции шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко,

97. A. Е. Шульмейстер // Исследование тепловых процессов и агрегатов основных переделов черной металлургии : темат. сб. науч. тр. / ВНИИМТ. М. : Металлургия, 1987. - С. 29 - 32.

98. Ладыгичев, М. Г. Сырьё для чёрной металлургии : справочное издание. В 2 т. Т. 2. Экология металлургического производства / М. Г. Ладыгичев,

99. B. М. Чижикова. М. : Теплоэнергетик, 2002. - 448 с.

100. Торопов, Е. В. Охрана воздушного бассейна при термической переработке отходов / Е. В. Торопов, И. Р. Капкаев // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения : сб. науч. ст. науч.-практ. конф. Челябинск, 2001. - С. 75-76.

101. Кузнецов, Ю. М. Новый способ приготовления известняковой суспензии для систем мокрой сероочистки газов / Ю. М. Кузнецов, Л. А. Зайнуллин // Сталь. 2005. - № 3. - С. 118 - 120.

102. Залогин, Н. Г. Энергетика и охрана окружающей среды / Н. Г. Зало-гин, Л. И. Кропп, Ю. М. Косторкин. М. : Энергия, 1979. - 352 с.

103. Гречко, А. В. Практика физического моделирования на металлургическом заводе / А. В. Гречко, Р. Д. Нестеренко, Ю. А. Кудинов. М. : Металлургия, 1976. - 224 с.

104. Кутателадзе, С. С. Гидродинамика газожидкостных систем / С. С. Кутателадзе, М. А. Стырикович. М. : Энергия, 1976. - 296 с.

105. А. с. 763284 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлакового расплава / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Ф. Я. Ольгинский,

106. И. И. Щербаков, С. В. Колпаков, Л. И. Тедер (СССР). № 2410172/29-33 ; заявлено 07.10.76 ; опубл. 15.09.80, Бюл. № 34. - 4 с: ил.

107. А. с. 767045 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлаков / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, А. И. Бахарев, М. Н. Курбацкий (СССР). № 2683553/29-33 ; заявлено 01.11.78 ; опубл.3009.80, Бюл. № 36. 3 с.: ил.

108. А. с. 768772 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, С 21 В 3/06. Способ грануляции шлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко (СССР). -№ 2690565/29-33 ; заявлено 01.11.78 ; опубл. 07.10.80, Бюл. № 37. -4 с.: ил.

109. А. с. 798063 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02, В 22 D 1/14. Устройство для грануляции расплавов / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, В. А. Чистополов (СССР). № 2469426/23-26 ; заявлено 04.04.77 ; опубл.2301.81, Бюл. №3.-4 с. : ил.

110. А. с. 990710 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02.Установка для получения граншлака / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, Ю. А. Орлов (СССР). № 2999205/29-33 ; заявлено 31.10.80 ; опубл. 23.01.83, Бюл. №3.- 4 с.: ил.

111. А. с. 992452 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для переработки шлакового расплава / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, А. И. Бахарев (СССР). № 3324211/29-33 ; заявлено 10.08.81 ; опубл. 30.01.83, Бюл. № 4.-3 с. : ил.

112. А. с. 1065367 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Гранулятор расплава шлака / Н. С. Антипов, Н. Г. Овчаренко, А. И. Бутов, М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, В. Г. Щеглов (СССР). № 3434659/29-33 ; заявлено 26.03.82 ; опубл. 07.01.84, Бюл. № 1. - 2 с.: ил.

113. А. с. 1066956 СССР, МКИ3 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский (СССР). -№ 3480565/29-33 ; заявлено 06.08.82 ; опубл. 15.01.84, Бюл. №2.-3 с. ил.

114. А. с. 1261702 СССР, МКИ4 В 01 J 2/06. Установка для грануляции расплава / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Г. Я. Захарченко, Ф. Я. Ольгинский, В. А. Шатлов (СССР). № 3720697/22-26 ; заявлено 15.02.84 ; опубл. 07.10.86, Бюл. № 37. - 3 с. : ил.

115. А. с. 1263664 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02, В 01 J 2/02. Устройство для грануляции металлургического расплава / JI. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, А. Е. Шульмейстер (СССР). № 3920281/29-33 ; заявлено 27.05.85 ; опубл. 15.10.86, Бюл. №38.-3 с.: ил.

116. А. с. 1380075 СССР, МКИ4 В 22 F 9/08, В 05 В 7/00. Установка для грануляции расплавов металлов / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, Ю. П.

117. Сердитов, А. Н. Щербин, Я.И. Островский, Ю. И. Шатов (СССР). -№ 4039883/22-02 ; заявлено 17.02.86 ; для служебного пользования. -2с.: ил.

118. А. с. 1423517 СССР, МКИ4 С 04 В 5/02. Установка для грануляции и обезвоживания шлака / М. А. Шаранов, JI. А. Зайнуллин, А. Е. Шульмейстер (СССР). № 4176725/29-33 ; заявлено 05.01.87 ; опубл. 15.09.88, Бюл. № 34. - 3 с. : ил.

119. А. с. 1436310 СССР, МКИ4 В 01 D 35/08. Карусельный обезвожива-тель / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин (СССР). № 4159451/23-26 ; заявлено 11.12.86 ; для служебного пользования. - 4 с. : ил.

120. А. с. 1542926 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Гранулятор расплава / М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, В. А. Горяинов, А. Е. Шульмейстер, В. Р. Дубичев (СССР). № 4416034/23-33 ; заявлено 26.04.88 ; опубл. 15.02.90, Бюл. № 6. - 2 с. : ил.

121. А. с. 1675250 СССР, МКИ5 С 04 В 5/02. Установка для грануляции шлакового расплава / А. Е. Шульмейстер, М. А. Шаранов, Л. А. Зайнуллин, В. Р. Дубичев (СССР). № 4740252/33 ; заявлено 26.09.89 ; опубл. 07.09.91, Бюл. № 33. -2с.: ил.

122. Пат. 2099297 Российская Федерация, МКИ6 С 04 В 5/02. Установка для грануляции расплава шлака / Л. А. Зайнуллин, М. А. Шаранов, А. В. Бычков, Г. И. Чеченин (РФ). № 93029891/03 ; заявлено 25.05.93 ; опубл. 20.12.97, Бюл. № 35. - 3 с. : ил.

123. Свидетельство на полезную модель 24998 РФ, МКИ7 С 04 В 5/02. Устройство для обезвоживания гранулированного шлака / Л. А. Зайнуллин, А. В. Бычков, Г. И. Чеченин (РФ). № 2002109645/20 ; заявлено1004.2002 ; опубл. 10.09.2002, Бюл. № 25. 1 с. : ил.

124. Техническое задание на проектирование установки для припечной грануляции шлака доменной печи № 7 металлургического завода в Бхилаи (Индия) : отчет о НИР / Всесоюзн. НИИ металлург, теплотехники ; рук. М. А. Шаранов. Свердловск, 1978. - 45 с.

125. Промышленные исследования и освоение припечной грануляции•ушлака у доменной печи объемом 5580 м : отчет о НИР (заключ.) / Всесоюзн. НИИ металлург, теплотехники ; рук. JI. А. Зайнуллин. Свердловск, 1987. -52 с. - 1.32-17 (86)-А-35-82.

126. Зайнуллин, JI. А. Использование установки припечной грануляции в цветной металлургии / JI. А. Зайнуллин, Ю. Я. Сухобаевский, А. А. Давыдов//Сталь. 2000. - №3.-С. 18-20.

127. Разработка оптимальных параметров эксплуатации узла грануляции шлаков ОЭП первой линии ПЦ-1 НМЗ : отчет о НИР / НИИ металлург, теплотехники (ОАО «ВНИИМТ») ; рук. В. Н. Реутов. Екатеринбург, 2000. -34 с.-Дог. № 780 от 15.05.98.