автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование метода расчета зональных тепловых балансов с целью экономии топлива при агломерации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК 622.785

ДУБЕ НДАБЕЗИНХЛЕ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ЗОНАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ С ЦЕЛЬЮ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

' #//О

Работа выполнена па кафедре рудно-термических процес сов Московского ордена Октябрьской Революции и орденг ТрудоЕого Красного Знамени института стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Е. Ф. ВЕГМАН

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г. В. КОРШИКОВ, кандидат технических наук А. Г. МИХАЛЕВИЧ

Ведущее предприятие: Институт «Уралмеханобр» г. Свердловск

Защита диссертации состоится 15 '¿22'1990 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К.053.08.01 по присуждению ученых степеней в области металлургии черных металлов при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан /5-О* • 1990 г.

Справки по телефону: 237-84-45

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент " И. Ф. КУРУНОВ

: . - 3 -

' ' !. I. ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность работа.'

Работа посвящена актуальной проблеме экономии твердого топлива при агломерации железных руд и концентратов, а также изысканию возможностей улучшения качества агломерата. Сегодня средняя высота спекаемого слоя на аглоленгах СССР составляет лишь 280 мм, двухслойное спекание ведется только на II аглолентах из общего числа в 170 лент. В теоретическом плане "преимущества новой технологии оспариваются, высказывается мнение о возможности замени двухслойного спекания направленно® сегрегацией топлива по высоте слоя при укладке шихты на паллеты. В связи с этим зкь'чительный интерес представляют теоретические исследования в этой области, выполненные с помощью новых расчетных а экспериментальных методов. Актуальность тем, связанных с .¡овершенствовакием технологии двухслойного спекания и улучшения качества продукции, представляется очевидной.

1.2. Цель работы. Совершенствование способа расчета теплового баланса зоны горения твердого топлива и оптимизация этим методом режимов агломерация руд и концентратов.

1.3. Научная новизна диссертационной работы; разработан усовершенствованный метод расчета теплового баланса движущейся зоны горения твердого топлива при агломерации, учитывающий постепенное увеличение толщины зоны горения и скорости ее движения по ходу спекания. Изменение вертикальной скорости спекания по ходу агломерации определено экспериментально для слоев шихты "различной высоты. Впервые использована новая система расчета регенерированного тешга с учетом экспериментально оЬределенного изменения тем- , па теплопередачи по ходу спекания в слоях шихты различной толщины

и с суммированием энтальпии пирога с теплотой кристаллизации ае-

лезистого расплава.

1.4. Практическая ценность работа:

- о использованием предложенного нового метода расчетов определен минимальный теоретически возможный расход твердого топлива в жаздом элементарном слое аглошихты при спекания' геыатитовых, магнетяговых руд и концентратов, бурых железняков, высокояагретых шихт, а такяе при двухзонном спекания и агломерации до способу Е.Ф.Лангарта;

' - шадзадо,* что процесс оегрегащ-: топлива по высоте опекаемого слоя, являясь практически не управляемым, не могет заменить технологию двухслойного спекания, позволяющую точно дозировать составы верхней я какней аглоошхт. Оптимальная разность содержания углерода в верхней я нижней шихты при спекании додана определяться 'с помощью предложенного метода составления тепловых балансов двакуцейся зоны горения твердого топлива^

- показано, что метод позволяет оценить влияние высоты спекаемого слоя на величину удельного расхода коксовой мелочи на спекание. При увеличении высоты слоя ¡пихты от 200 до 400 ш' удельный расход коксовой мелочи может быть снижен в среднем на % в расчете на каждые 50 мы увеличения высоты;

- предложен метод автоматического регулирования величины разности содержаний коксовой мелочи в верхней и никнем сдоях спекаемой двухслойной шихты на конвейерной агломерационной машине с использованием метода составления зональных тепловых балансов.

1.5. Публикация работы. Основное содержание работы публикуется в учебной пособии для студентов МИСдС "Агломерации", изд. ЫИСиС, Москва, 1990 г., 2,5 печ.листа.

Апробация работы. Материала диссертационной работы доложены в Докладе "Новый ■метод составления тепловых балансов зоны горения

твердого топлива при агломерация" на международной Витковицкой конференции доменщиков в г.Острява (ЧССР) в октяюре 1989 г.

Объем работы. Диссертация состоят из введения, 4 глав, выводов, библиографического о низка ( gq. наименований), содержит юо страниц машинописного- текста, 1" таблиц, /8 рисунков.

. П. РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЮ МЕТОДА РАСЧЕТА ТЯШЗЫХ БАЛАНС® ЗОНЫ ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА ПРИ' АГЛОМЕРАЦИИ

Прч проектировании и эксплуатации агломерационных лент часто возникают проблемы правильного распределения твердого топлива по высоте спекаемого слоя. Такие вопроси возникают, например, при Оценке степени сегрегации тошшва ло высоте слоя, при отыскании оптимальных расходов твердого тошшва в верхней и нижний слои пихты при двухслойном спеханаи я т.п. В этих случаях специалиста . интересует не только общий расход тошшва на спекание, но я наиболее оптимальное распределеяяе его до высоте спекаемого слоя. Расчеты такого рода, позволившие впервые определить минимально необходимый раоход коксовой мелочи в любой элементарный слой шихты, были впервые•проведены Е.<5.Вегмшгом в I9&1 г., когда было создано уравнение теплового баланса движущейся зоны горения:

= %Pt %fí. + Ur. +1т:п ■■[ vMlOOKrj

где . и - теплота горения углерода, элементарной серы

и сульфидов в зоне горения твердого топлива; - энтальпия аглошихты на входе в зону горения; регенерированное теоуо, т.е. энтальпия воздуха, поступающего сверху в зону горения через слой готового горячего агломерата; '

" 1епл°яа зажигания и дополнительного обогрева спекаемого слоя (учитывается только в первые минуты спекания, когда зона горе._ля располагается в крайних ве&сшх положениях в спекаемом слое); теплота окисления оксидов железа в вариантах, когда аглошихта содержит больше 1~ёО , чем готовый агломерат;

% - теплота шшералообразования в зоне горения;

' Решила кристаллизации расплава;

|ЪрГ ~ тешюта даосоциацаи гидратов и карбонатов в зоне горекм;

- теплота даосоциацаи оксидов для вариантов, когда -содержание в шихте нлке, чем в агломерате; теплота плавления шахты в зоне горения;

4 ~ антатыия агломерата в объеме зоны горения,

кДзкДОО кг агл.;

- энтальпия газов, отходящих из зоны горения твердого топлива;

• - тепловые потери.

В основу метода расчета было положено условие, по которому толэдна зоны горения твердого топлива постоянна за весь период спекания и составляет 20 мм. Вертикальная скорость спекшая ганке постоянна и равна 20 мм/мин. Таким Образом, заранее разбив всю высоту спекаемого слоя на расчетные зоны толщиной по 20 мм, проводят последовательно эту зону горения через все расчетные положения. Например, в случае спекания слоя высотой 400 мм будет 20 таких расчетных положений, и зона горения пройдет через весь спекаемЛ слой за 20 мин. В этом условии заключается слабое место методики, т.к. в. действительности по ходу спекания зрош горения

постепенно расширяется по высоте, а в ер икать нал скорость спекания растет, т.к. возрастает скорость фильтрация воздуха через спекаемый слой. Искажение истинной картины•движения зоны горения и ее толщины неизбежно приводят к неточностям в подсчете регенерации тепла, т.к.теплопередача в систе: е "горячий агломерат -. воздух" сильно зависит от времени.

В предлагаемом нами усовершенствованном варианте расчета тол- ■ щина зоны горения для средних условий.агломерации, т.е. при вакуумном с зкаяия на воздухе и коксовой мелочи'фракция <-5 мм), :увеличивалась в ходе спекания по следующей формуле, предложенной С.Н. Пе-оушовнм (КГМИ):

= 18,5 + 18,1К + 17,2К2 где лк- толщина зоны горения, мм;

К - расстояние от верха спекаемого слоя до верхней границы зоны горения после усадка, мл; Используя это уравнение, получаем Фактическую толщину гоны горения твердого топлива в 19 расчетных положениях, которые она последовательно займет, двигаясь сверху вниз через опекаемый слой 430 мм (рис.1). Как видим на пути в 430 мм толщина.зоны горения увеличивается почти Ь полтора раза. •

Изменение в ер шкальной скорости спекания за'время спекания было замерено нами экспериментально (рис.2)' при ■ агломерации смеси из 70% криворожского концентрата и 30/2 криворожской аглоруды в лабораторной чашевой аглоустановке, снабженной батареей стационарных термопар. Общая закономерность заключается в том, что вертикальная скорость спекания увеличивается в ходе агломерации тем сильнее, чем тоньше слой шихты. Это объясняется тем, что зона готого-го агломерата с высокой газопроницаемостью играет относительно большую роль в общей газопроницаемости спекаемого слоя при неболь-

, - . ' -- ' Таблица I

Темп охлаждения -элементарных слоев агломерата при спекания шихты, с разной суммарной высотой слоя (по экспериментальным данным ¡¡дата 70% криворожского концентрата + 30% криворояолой аглоруды (начальный вакуум 16 кПа)

¡Характеристика

, высота спе»ае-: моги : слоя,мм: а» :

горизонта замера

Скорость* охлаждения агломерата %/шя во время спекания ¡Продолжитель-" - - ■ :ноств полного

: склавдения

I мяя \2 мин :3 мяа :4 шн :5 шн:б мин :7 ман : 8 млн:9 мин |моя?агл^мм°

120 210

Середина слоя Верх слоя Низ слоя

59,3 33,3 7,4 19/2 40,1 28,7 12,0 64,0 30,8 5,2

- 3 4 3

4С0

500

600

Верхняя половина

слоя "8,5 -.17,0 18,4 17,0 17,0 13,5 6,0 2,6

Нижняя половина

слоя 8,8 *• 20,0 22,4 25,3 17,6 5,9

Верхняя половина

слоя ' 7,8 Нижняя половина

слоя 7,1

Низ слоя

7,8

14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 14,5 6,2

2,0

8 6

13,8 14,5 14,5 15,0 14,5 13,2 5,2 2,0 Э

9,9 11,0 16,5 16,5 16,5 16,5 6,0 8

х Скоромь охлаждения выражена в процентах от начальной энтальпии элементарного слоя, принятой зв 100%.

э: :• Расход твердого тошшва на спекание: Н=120 мм (5$); Н=2Ю мм (5,1); Н=400 дм (5%);

Н=500 мм Щ)-, Н=«0 Ш! \г%).

I

со

шой высоте слоя.

Для 19 расчетных положений зоны горения вертикальная скорость ее движения составила: 15; ¿0; 23; 25; 27; 28; 29; 29; 30; 30; 32; 33; 35; 37; 40; 41; 42; 44; 45 мм/мак (средняя вертикальная скорость 30,5 мм/шя; высота слоя 430 гч; начальный вакуус 18 кПа). По значениям скоростей вычислили продолжительность пребывания зоны горения в какдом из расчетных положений (табл.2).

При подсчете количества регенерированного, тепла по предложению проф. Е.Ф.Вегмана (1964 г.) используется тот факт, что тепло готового агломерата передается только по воздуху. Следовательно, зная темп падения температуры пирога агломерата можно точно вычислить . Вместо усредненных характерных термограмм в наших расчетах впервые использовались полученные экспериментально термограммы (табл.1).

Как видим, темп охлаждения агломерата в ходе спекания рас--тет по мере уменьшения высоты спекаемого слоя. Темп возрастает в ходе периода спекания, особенно к его окончании. В обоих случаях это связано с увеличением скорости фильтрации воздуха через слой готового агломерата. Аналогично действует и рост вакуума. •

• Кристаллизация расплава происходит внутри блоков агломерата длительное время - в нижних зонах пирога остатки- тестообразных масс моаяо наблюдать при сбрасывании пирога-с паллет аглоленты. В связи с' этим не совсем верно, как это было принято ранее, счи-' тать, что зона горения твердого топлива получает полностью

а вводить эту величину в приходную часть теплового баланса полностью. Нами предложено подсчитывать в каждом расчетном положении зоны горения сушу ^^ + 'л считать эту величину полной энтальпией слоя перед началом регенерация тепла. В этом случае затрачивается в зоне горения Ч . , а <2 ^возвращается в нее

номер'положения . Толщина зоны зоны го- горения, мм

Расчетйая схема для составления теплового баланса зона горения, занимающей последовательно 19 положений на пути к колосниковой решетке (высота слоя 430 мм),

\ Л СОЛ

л со

12ЯУ

1300

1350

10

12

Бо

14 _1_

10

1400 ——!

Температура в. I зоне гэдзения,

16 -I оС

ГеО

1,5 3,0 4,5 6,0 6,5

7,0

_1 . СОг/СО

12

К эксгаустеру

Рис„1

- II -

Изменение вертикальной скорости спекания. по ходу процесса агломерация

Рас.2. Цифры на кривых - высота спекаемого слоя и расход твердого топлива на спекание. Начальный вакуум 18 кЛа.

лишь отчасти, вместе с яегенерярованным теплой, что соответствует реальности протекания процесса.

Перечислим теперь все усовершенствования метода, внесенные нами в первоначальную схему расчета теплового баланса зоны горения: .

1. Учет по экспериментальным данным расширения з.онн горения при двяненаи к колосниковой реаетке.

2. Учет по экспериментальным данным изменения вертикальной скорости спекания в ходе агломерация.

3. Учет по экспериментальным данным реального темпа охлаждения слоев пирога готового агломерата.

4. Суммирование полной эиталыши твердого агломерата с теплотой

кристаллизации перед началом подсчета- количества регенерированного тепла.

■ В тексте диссертационной работы приедено несколько расче-' тов зональных балаясой для различных условий спекания, в том числе один подробный расчет с комментариями. Для пояснения особенностей такого расчета, проводамого по методике, дополненной диссертантом, -приводим его в краткой форме, и в касто;.дем автореферате.

J Расчетный Ьаряант предусматривает агломерации однослойной вш'тц, рудная часть которой состоит из 70/» криворожского гемати-тового концентрата и 30$ криворожской гематитовой аглоруды, на твердом топливе (50,£ коксовой мелочи + SO,4 антрацитового штнба) при начальном вакууме 18 кПа. Содержание извести в аглоашхте 7_кгД00 кг агл. Флюсом служит долоыитазярованяый известняк. Задаемся перед началом расчета коэффициентом избытка воздуха ( ее ), отношением С02/С0 в отходящих газах, содержанием Fe.О в готовом агломератё и температурой в зоне горения для кавдого расчетного полохения (рио.1). ' .

•В общем случае дая каздого расчетного положения (в данном случае их 19, см.рис.1) составляется три уравнения: материального баланса, баланса основности и уравнение теплового баланса зоны горения с тремя неизвестными (X,V,Ъ '- расходы рудной смеси, флюса и топливной смесикг/100 кг агл".).

Уравнение материального баланса, составленное по метбду Ф.М. Базанова и И.Л.Малкяна, одинаково для воех IS расчетных положений, т.к. содержание Fe О по высоте пирога агломерата задано одинаковым (рис.1). В общем случае это могут быть 19 различных у равней., л.

0,01 (100 - С&)Х + (100 + (100 - л*)2 + (100 м

-100 = —I-(йо - х^Л?'-

9 . ** Тоь мо ■ № '

где (¿к^у, ¿г! Дм. - потеря массы компонентом аглошяхты при агломерации; ' . М - заданный расход добавок к аглошихте, кг/100кг агл.;

1,ООЗОС + 0,5602 V + 0,14752 = 95,1149 ' Уравнение баланса основности агломерата одинаково дал всех 19 расчетных положений:

(са0*Ма0)х%+(С&0+Ъ0ЛУ+ СМ+МвО), г +СС*04Мц0кИ ^ д

16.96Х -49,22? + 10,9562- = 591,22

Уравнение теплового баланса движущейся зоны горения твердого топлива, последовательно занимающей 19 расчетных положений, меняющей своо толщину и скорость движения, мы уяе привела вшз. Рассмотрим подробнее методику расчета входящих в него членов.

По данным Б.М.Боранбаевой (1975 г.) не менее 40$ гидрооксидов железа,при спекании бурого железняка попадает в зону горения твердого топлива, где и диссоциирует (гигроскопическая вода в зону горения не попадает никогда)-. Затраты тепла на диссоциацию гётата С П&Оч -Нг.0 ) и портландита С Со. СОЮ я.) составляют соответственно 4184 дЦя/кг^О и 6160 нДу/кг^О. в расчетном варианте учитывается диссоциация 40^ портландита шихты: <1 „,пп •= 6160.0,0237.7.4 = 408,778 кДяДОО кг агл.

г ГЛДр•

1-19

2) - По данным А.М.Тодорова (1975 г.) не мзнее 60/2 родо-

хрозита (Мп СОз ) диссоциирует непосредственно в зоне горения твердого топлива. Это относится и к магнезиту ( АфС^з до-

ломиту ( Mq, Сл) СО$ • я сидериту FetDs. . Qto касается известняка, ю он целиком диссоциирует в зоне горения твердого топлива.

ir IB,13 I&.^x*^^ МчДоокг

4 згл •

0¡¿ карбг 1613 -525 ^ + I5".860 «ЦдДОО кг агл.

I-Í9 1 ■

3) %*с. расчетном варианте агломерат содержит 14iFeü, а шахта лшь 3,61% FeO . Расход теша ко реакции

2/5*05 = 4 FeO* 6л. - I822S дЦлс/кг кислорода

%1йс~ ^8226(14 - 0,01.3 ,61Х)-|— = 28351,555 -72 Д06Х I-I9 кЯлДОО кг агл.

4) - В диссертации подсчитал полный объем отходящих из 'зоны горения газов. Учтены изменения коэффициента избытка воздуха ( ОС ) и отношения С02/С0 в продуктах горения углерода по ходу спекания (рис.1), объемы продуктов горения газа в зажигательном а дополнительных горяах, объем С02, образующийся при диссоциации флюсов, объемы S0¿ и S0¿ , объем летучих твердого топлива, объем водяных паров. Температуру отходящих из зоны горения газов (1250°С) принимаем на ХОО° нике температуры расплава (1350°С). Выбор-этол температуры экспериментально пока не обоснован. Учитывая, что коксовая мелочь вспыхивает на нижней границе зоны горения при 700°С, температура отходящих из зоны газов находятся в пределах 800-1250°С.

Энтальпия отходящих газов СкДжДОО кг агл.): Фотх.г. I = + «ОV + 12172,500Z - 223,125

?отх г. 2 = ^.З7® + 420/ + 14640,000£ - 216&,125 fyonx.r.,3 - 28Д25Х.+ 420/ + I7I50,625Z - 4153,125

^отх.г.,4-14= 35.^ + 420 V + 18621,9372 - 11921,000 ^отх;г.Д5 = 35.625Х + 420У + 18759,3752 - 11925,000 ^отх.г.,16 = 35.625К + 420У + 18864,3752. - 11925,000 "^отх.г.,17 = 35.625х + 420^ + 18958,125 2 - 11925,000 ^отх.г.,18 = 35.625Х + 420У + 19065,000 2 - 11925,000

6) $^ - Для всех расчетных положений принимаем тепловые поте-■ ри равными 30000 кЦжДОО кг агл.

% ~ Учитывается степень графнгизадиа угля (0$) и коксовой мелочи (20$), а также изменение С02/С0 в продуктах горения по ходу спекания:

х = 21598,269 2 ; <£с 2= 22160,5622 ; 3=22722,062г?; 23096,9242; $¿,15= 23470,9922 ; ^^23658,4232 ; ^с,17 = 24033,2865 ; $сд8= 24089,674 2- ;<£0дэ=241с3,5352.

8) 33500 кДд/100 кг агл. Это тепло воспринимается зоной горения только в первых трех расчетных положениях, т.в. в течение 3..04 мин. процесса. Распределение этого тепла по расчетный шлокеяяям: •

№ I - 13500; ' И 2 - ЮООО; й 3 - Г0000 кДжДОО кг агл. '

9) =194,6102 кЦлЛбО кг-агл. л-п

С = 18000 кЦяДОО кг агл (экспериментальные данные Я.Мшзара)

11)^ - По дашшм Н.В.Паяишева £1978 г.) в момен! воспламенения частицы коксовой мелочи имеют температуру 700°0 лишь на поверхности. Внутренние зоны частиц руды, флюса, топлива.имеют гораздо более низкую температуру (550-600°С в среднем -па всю массу шихты). Принимаем эту температуру равной 600°С.

% = 552Х + 552/ + 552Ь. + 36*64 кДн/100 кг агл. »Чг-Ч -

12) ^рае вычислено нами в таблично!"; форме (таблицу 2). Первые 4 столбца этой таблицы учитывают номер расчетного положения,

^ -16 -

Подсчет количества регенерированного тепла, кйлЛОО кг агломерата

Тгогаца 2

.11 ;Голие-:Масса :эята-поло-:на ао-:агло- :льшя женач:ни го-.мерата,:слод,

зон :ре/шя :обра- '.¡Сл. горе-: ;вуычв- : вы : !Гоея !

зоне,:

Продолжительность тепло дере:

1,23 0,34 0.67 0.77 0.71 0.73 0.73 0.73 0,73 0,73 . 0,71 0,71 0,68 0,66 0,Ю 0,63 0,63

15 16

1 18,5 100 200500 . Г6040

■ е.о

2 18.8 101,6 203708

3 19,2 103,3 208119 .4 19,6 105,9 212329 5_ 19.9 107.6 215838 .

' 6 20,4 110,3 2й1Я

1 20,5 из,о гг«® •

е 21,3 И5,1 230775

9 21,8 117,8 236189

10 22,3 120,5 241602 И 22.6 123,2 2470X6 12 23,4 126,6 263632

28671 14,3

15074

27559 13,9

24445 12,0

13529 6.5

гмбб 13,2

гзост 10.6

13377 6,3

24862 24362 ¿2,4 12,4

; 27094 25453 ' 13,3 12,5

аС431 27887 12.7 13.4

21657 26966 10,2 ИЛ

13376 21789 6.2 {0,1

шэа

6,3

21254 1 6040 10,6 8,0

25260 гз>аз

12.4 11,4

26315 25807

12.5 12.1

28458 28541 Х3.4 12,5

27399 28909 12,7 13,4

23442 29624 10,6 13,4

1-3274 24016 6,3 10,6

14539 6.3

еегг

4,4

19760 9.7

24558

11.8

25329 12,4

26751

12,4

31657 14,4

303«)

13.4

24462 10,6

14660 6,3

40Г0 2,0

-8159 4.3

19879 8,6

25055 11,6

26104 12,1

30740 13.9

31719 14,0

30001 13,0

24091 10,2

14737 6,1

Г604 0,6

5104 2,8

10614

5.1

го-зез 9,6

25673 ; XX ,9 *

29750 ! 13.0 ]

31493';

13,9 5

ггзоа :

14,0 ]

30705 : 13,0

24643 ; 10,2 )

15314

6.2

2240 1.1

6660 3,2

ХХ678 7431 5,5 3,5

4579 2,2

4459 2,Х

13,4

7&51 .4099

3,5 1.9

11721 9509

5.3 4.3

16539 13141 '10648

7.3 5,8 4.7

24924 16231 15693 11077

10,8 7,9 6,8 4,8

28579 25508 20О76 16297 13463

12 ,Х ' ХО,В 8,5 6,9 5.7 '

29717 29234 25851 2522? 16670

12,3 12,1 10,7 8.2 . 6.9

32853 33594 34582 25937 22972

13,3 13.& 14.0 10,5 9,3

30436 33479 34240 35506 29168

12,0 10,5 14,0 11,5

5 я

13.1

6,2

Проголаекае taüi.2

I 2 3 4 5 6 7 e э 10 il 12 13 14 is ie 17 ie 19 20 21 22 23

13 24,0 I2ä,7 ¿60018 14823 22361 31205 340f6 34846 3Ç407-

5,7 e.s 12,0 13,1 {3,4 14,0

14 24,5 265462 14600 22S30 3ZP55 34510 3C572

- 5,5 6,0 12,0 13,0 13,4

IS 25Д I3S.7 272078 14954 23399 32ГС5 35370

5,5 8,6 11,8 13.0

1С 25.8 139,4 279497 15372 22919 3 5217

5.5 8.2 12,6

17 26,6" ■143,7 280116

15558 23914

и 27,4 148,1 295940 6,3

и 2«,2 152,4 305562 I533Ô

а ®»5

gpgy^iUU/a - - iöMü 43745 65642 ее5ЭО II342Q I40S89 IÊ£ûâ7 IÛSG99 207779 2ШЭ5 227I9I 22S724 227658 2¿374?" 235735 24E7S2 250964 265060

¿мГ Л**00«г I5787 4210 €2174 82333 102629 I24Ô69 I443Ô7 ISQI8S 172431 I7467I 17Э5ЭЗ I74ÖQ6 172093 I645ÖI I69-jO I7I03S 17Э40

w агл. '

Примечание; I) В числителе — теплоотдаче аяемвитариого слоя se 1ШН7Т3 в t£z¿

s знаменателе « to се в %. 2) M - uooca агломерата a влеиентарнои слое, кг*

толщину зоны горения, маосу агломерата, образующегося в зоне горения и энтальпию агломерата (вместе с теплотой плавления, см. выше) ь каждом расчетном положении. Следующие столбцы учитывают время пребывания зоны горения в каждом расчетном положении. В соответствие с экспериментально замеренным темпом охлаждения агломерата по ходу спекачия (см.табл.1) сделана разметка скороотд охлаздеяия каздого элементарного слоя агломерата. Знаменатели:-.выражений, написаяннх в форме дроби, показывают темп охлаждения в % (сумма знаменателей в каждой строке - 100;?). В числителях этих выражений соответственно приведено количество тепла, переданного от агломерата к воздуху за данный отрезок времени. Сумма числителей в каждой строке есть полная энтальпия агломерата в данном расчетном положении.

Суммируя количество тепла в каздом вертикальном столбце, получаем полное количество регенерированного тепла, полученного зоной горения в данном расчетном положении (вторая строка снизу). Наконец, остается пересчитать регенерируемое тепло на 100 кг агломерата (наяняя строка) с учетом изменения его массы в каждом расчетном полояении.

Как видно из таблицы 2 и рис.3 количество регенерированного тепла увеличивается при движении зоны горения к колосникам

лишь ло известного цредела, который достигается в районе 160г

220 мм от верха спекаемого слоя. В дальнейшем уровень регенерации тепла стабилизируется. Эта закономерность объясняется тем, что, хотя общее число слоев агломерата над зоной.горения с каждой минутой возрастает, верхние слои агломерата уяе практически отдали все тепло и не участвуют в- теплопередаче. С каждой следующей минутой от теплопередачи''отключается один из верхних элементарных слоев агломерата - общее число слоев, участвующих в тепло-

передаче при удалении зоны горения больше чем на 180-220 мы от верха слоя, остается поэтому постояянш.

«

о 240 0>

д 320 §

5 400 § 480

0 30 60 90 120 150 180 Количество регенерированного тепла, мЦ,к/100 кг.агл.

О 6 12 18 24 30 36 Расход твердого топлива,

Рис.3. Изменение количества регенерированного тепла при движении зона горения к колосниковой репетке, кЦя/ЮО кг агл.

Рис.4. Минимальный теоретически возможный расход твердого топлива при агломерации в расчетных условиях. Расчет рдя однослойной гематитов ой шихты

Теперь, когда вычислены в общем виде все статьи теплового баланса, можно составить уравнения для каждого из 19 расчетных положений золы горения:

й I. (~606,356)Х + 1481,525/ - 10172,3792 = - 225273,07; № 2. (-600,731)Х + 1481,525/ - 8267,172 В = - 211021,07; Ц 3. (-596,Э81)Х + 1481,525/ - 6318,047 2 = - 182700,07; № 4. (-589,481 )Х + 1481,525/ - 5221,5972 =» - 164901,19; ¡1 5. (-589,481 )Х + 1481,525/ - 5221,597 2. = - 144742,19; № 6. (-589,481 )Х + 1481,525/ - 5221,597 2 = - 124;.,6,19;

- 20 -

J6 7. (-589,481)Х + 1481,525/ - 5221,537 2 = - 102385,19

В 8. (-589.48DX + 1481,525/ - 5221,597 2 = - 82768,19;

№ 9. (-Ь39,481)Х + I48I.525V - 5221,537 £ = - 66889,19;

В I0.(-539,48I)X + 1481.525)' - 5221,53?2 = -54644,19;

Jí> II.(-589,481 )Х + 1481,525У - 5221,5972 = -52404,19;

№ I2.(-589,48I)X + 1481,525/ - 5221,5S72 = - 47477,19;

JS 13. (-589,48I)X + 1481,525 У - 5221,597 2 = - 52269,19;

® I4.(-589,48I)X + I48I.525Y - 5221,597 2 = - 54977,19;

JS 15. (-5 89,4 ai )Х + I48I.525Y - 5458,227 В = - 62190,19;

№ I6.(-589,48I)X + 1481,525У - 5821,771 E = - 57921,19;

JS I7.(-589,48I)X V 1481,525У - 5773,154 2 = - 56033,19;

& I8.(-5S9,48I)X + 1481.525У - 5773,159E = -57602,19; ,

№ I9.(-589,48I)X + 1481.525У - 5845,145 Z = - 53131,19

Каждое из этих уравнений решается вместе с уравнениями материального баланса и баланса основности агломерата. В расчетном случае решаются 19 систем уравнений с тремя неизвестными. После ввода информации в.ЭВМ, решение такой задачи требует всего несколько минут времени.

На рис.4 показаны результаты этих расчетов. Рост регенерации тепла резко сказывается на необходимом расходе твердого топлива по 19 элементарным слоям шихты. Сначала регенерация яепла играет в теплизом балансе гони горения относительно скромную роль, но в 200 мм от верха спекаемого слоя он уже составляет 40 % общего прихода тепла и в дальнейшем увеличивается до Ц5 '%. Кривая ABC -есть кривая минимального теоретически возможного расхода твердого топлива при агломерации.'Эта кривая могла бы быть осуществлена

при последовательной работе 19 питателей. В действительности чаще

i

всего есть только один питатель, который укладывае"1 одну и ту же шихту по всей высоте опекаемого слоя (приямая ЕВЕ) на рис.4. Таким

Минимальный расход твердого топлива при спекании магне-титового концентрата и бурого железняка Зимбабве

Минимальный расход твердого тог-ива при спекании холодного и нагретого до 900°С бурого железняка Зимбабве

Агломерации, нагретой „/ • до §00° /

Агл.холодной шихты

4 8 12 16 20 24 28 расход.твердого топлива,$

Рис. 6

образом, криволинейный нижний треугольник ВСЕ характеризует на диаграмме перерасход твердого топлива в никних зонах, а А ЕЗА -его нехватку в верхних зонах спекаемого слоя.

Возможности практического использования новой методики расчета тепловых балансов движущейся зоны горения показаны в диссертационной работе на многочисленных практических примерах. На ряс.5 показаны результаты расчетов, выполненных для случаев агломерации магнетлтовой шахты и шихты на основе бурого железняка Зимбабве. Как видим, метод показывает в этих столь разных условиях высокую .чувствительность - кривые необходимого минимального расхода коксовой мелочи сально отличаются друг от друга не только по абсолютному уровню расхода твердого топлива, но и по форме. Нагрев шихты из бурого келезняка Зимбабве до 900°С:позволяет (рас.б) снизать расход тршшва почти е 2 раза за счет повышения температуры шихты на входе в зону горения, частичной декарбонизации и полной дегидратации аглошихты при нагреве.

Далее следует расчет дая варианта агломерация шихты с одновременным обжигом известняка, располагающегося тонким слоем ( 76 мм) поверх аглошихты (способ к.т.н., Е.Ф.Лингарта). Здесь характерна . огромная потребность в тепле в верхней зоне обжига известняка, что и отражает кривая расхода топлива по высоте спекаемого слоя (рис. 7). Специфическую форму имеет такяе кривая расхода топлива при двух-зонном спекания по А.Н.Николаеву,, когда две зоны горения идут одновременно в направлении колосниковой решетки. Сверху к спекаемому слою в этом случае подается воздух, обогащенный кислородом до 40$ 02. Как видно из рас.7, спекание двух тонких слоев шихты не столь еконоиично с тепловой точки зрения как спекание одного слся равной высоты. Регенерация тепла здесь несколько ослаблена. Так™ образом, двойной выигрыш в производительности связан здесь с перерасходом топлива.

Минимальный расход твердого топлива при двухзоняом спекания по А.П.Николаеву и спекании по способу

Расход твердого топлива,

Ряс. 7

Эффективность двухслойного спекания. Масштаба сегрегации при однослойном спекании

0 I 1 2/\

4( _ 1 \

/ ) Расчетная

80 - / /"-¡правая

120 _

у4г

160 - у

200 - ! 'г 1-1-Сегрегация при

240 однослойном спе-

- кания

280 2-2-2-2-двухслойяое

- сыеканае

320 -

360 -

400 -4 I 1 1 1 ! 1 I 1

3 4 8 12 1 6 20 24 26

• Расход твердого топлива,$ Рис.8

Изменение минимального теоретически возможного расхода топлива на спекание аглошихт разного, минералогического состава при увеличении высоты спекаемого слоя от 200 до 400 мм

Магнетитовая шихта

2 4 6 8 10 12 Средний расход коксовой мелочи,

Рис.9

16 18

На рис.8 расчетная кривая расхода тошшва совмещена с практическими данными оьсегрегации коксовой мелочи по высоте спекаемого слоя и о распределении коксовой мелочи по высоте слоя при двухслойном спекании. Меняя угол наклона загрузочного лотка, можно усилить сегрегации (этот вариант и показан на ряс.8), но подходя близко к нижней ветви теоретической кривой, расход топлива в верхней части спекаемого слоя оказывается недостаточным. Сдвиг же всей кривой вправо отдаляет расход углерода от идеального в нижней части кривой. Таким образом, более предпочтительным оказывается двухслойное спекание (рис.8), когда кривая распределения топлива имеет горизонтальную ступень ( Л С), что позволяет приблизиться одновременно к двум ветвям теоретической кривой расхода коксовой мелочи.

Рис.9 иллюстрирует возможности подсчета новым методом влияния высоты спекаемого слоя на удельный расход твердого тошшва на спекание. Увеличение высота слоя пшхты от 100 до 400 ш в средних условиях йпекания (70% магнетитового концентрата + 30% . гематитозой аглоруды) дает на каждые 50 мм высоты до 1,3% (отн.) экономии коксовой мелочи.

Таким образом, предлагаемый расчетный метод обеспечивает возможность анализа влияния многих факторов-на удельный расход топлива при спекании широкой гаммы аглокяхт.

Б диссертационной работе предложен также метод ч схема автоматического регулирования величина разности содержаний углерода в верхнем и низшем слоях пшхты (АС), сущность которого видна из рис.10. Предусматривается отбор проб газа последовательно из всех вакуум-камер непосредственно яз-под колосниковых решеток движущихся паллет. При этом зона отбора газовых проб » изолирована от вредных нодсосов двумя вертикальными листами, как это было предложено ранее к.т.н. Кравцовым дай исследования '

Общая схема автоматического регулирования {А С) при спекании двухслойной шихты

Задания к расчету зон.балл." ЪО, tзx «!,/«

Авт.газоанализатор

ЭВМ

Писатель

Питатель

к.мелочи нижней шихты

к. мелочи верхней шихты

Хим.соотав

ж.р.сырья

Елок сравнения

^верх.,Сниин> °факт. -с

Автом.Управление расх.к меЗучи

теорет.

Трубка для отбора газа

В верхней я нижний слой

Корпус в,камеру

'Пластины, изолирующий зону отбора проб газа от вредных подсосов воздуха

Рис.10

состава отходящих газов при однослойном спекании.

Данные автоматического газоанализатора о содержании СО2 и 00 в отходящих газах по вакуум-камерам дают возможность получить кривую распределения углерода по высоте спекаемых слоев и веда-чину ( А С)фЭ1(ТИЧ> Вместе с тем, на основании вводимой в ЭВМ информации, подсчитывается теоретически оптимальная величина ( Д С). Блок сравнения, сопоставляя эти величины, изменяет содержание углерода в верхнем и нижнем слоях аглоишхты (рис.10).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен усовершенствованный метод расчета теплового баланса движущейся зоны горения твердого топлива при агломерации, позволяющий вычислить минимальное теоретически возможное содержание углерода в каждом элементрпном слое шихты. Метод впервые учитывает изменение толщины зоны горения, а также скорости ее движения по ходу спекания и позволяет точнее рассчитывать количество регенерированного тепла с учетом изменения тейпа теплопередачи и перераспределения теплоты кристаллизации железистого расплава д энтальпии пирога агломерата при регенерации.

2. На основании экспериментальных данных о важнейших характеристиках процесса спекания, новым методом проведен полный расчет теплового баланса зоны горения твердого топлива при спекании гематитоЕых руд и концентратов, из которого видно, что количество регенерированного тепла яря движении зоны горения увеличивается по линейной зависимости лишь до горизонтов 200-240 мм (считая от верха спекаемого слоя), а затем стабилизируется на постоян-' ном уровне.

3. Проведены также расчеты тепловых балансов зоны горения^ твердого топлива с определением фэрмы кривой идеаль"эго распределения топлива по высоте спекаемого слоя для практических случаев агломерации магнетиговых а бурояелезняковых руд и концепт-

ратов, а также при спекании высоконагретых пихт, двухзошшм спеканием и агломерации с одновременным обжигом известняка по методу Е.Ф.Лингарта. Показано, что новый метод расчета позволяет точнее оценить величину возможной экономии твердого топлива при спекании однослойных и многослойных шихт с учетом сегрегации к .'.совой мелочи по высоте спекаемого слоя, а также при переходе к спеканию более высоких слоев агломерационной шихты.

4. Предложен метод автоматического регулирования величины разности содержаний коксовой мелочи в' верхнем и нижнем слоях спекаемой двухслойной шихты яа* конвейерной агломерационной' машине.

■ ' Материалы диссертации публикуются в учебном пособии для студентов ВДСеС "Агломерации", изд. ШСйС, Москва, 1990 г., 2,5 п&ч. листа. ■