Агломерация

Базилевич С.В. Вегман Е.Ф.

Металлургия, 1967 г.

ВВЕДЕНИЕ

Изобретение агломерационного процесса связывают с именами Ф. Геберлсйна, Т. Хантингтона (1887 г.) и Д. Завельберга (1905 г.), разработавших способ окускования пылсватых руд в смеси с коксовой мелочью, осуществляемый путем просасываиия воздуха снизу вверх через спекаемый слой, уложенный поверх слоя раскаленного кокса. Не менее важной датой в истории агломерации является и 1911 г.—дата пуска первой в черной металлургии ленточной агломерационной машины Дуайта, Ллойда и Бенитта в Бердсборо (США). В дальнейшем процесс агломерации железных руд получил значительное распространение, и к настоящему времени мировое производство агломерата достигло 220 млн. т в год. Наблюдается тенденция к дальнейшему увеличению этой цифры.

Царская Россия располагала небольшими чашевыми агломерационными установками на Таганрогском, Днепровском и Керченском заводах, а также вращающейся печью системы Полизиуса на Констаптиновском заводе. В 1925 г. в Советском Союзе был пущен первый крупный агломерационный цех, построенный по системе AIB(гора Благодать), а в 1930 г. — первая ленточная машина на заводе им. Войкова в Керчи. В 1965 г. в СССР было произведено 111 млн.  т.  офлюсованного агломерата. Доля агломерата в рудной части шихты доменных печей страны в 1962 г. достигла 91%. Советский Союз занимает первое место в мире по объему производства агломерата.

Цель агломерации состоит в окусковании пылеватых руд, колошниковой ныли и отчасти концентратов обогащения руд. При загрузке этих видов сырья в доменную печь без предварительного окускования значительная часть пылеватых материалов выносится из печи газами. Оставшаяся часть создает в печи весьма плотный столб шихты с минимальной газопроницаемостью. Интенсивность доменной плавки резко снижается, ход печи делается неустойчивым.

В ходе агломерации из шихты удаляются многие вредные примеси, в том числе и сера. Эту сторону процесса можно иногда считать наиболее важной, так как переработка сернистой руды в доменной печи связана с ухудшением технико-экономических показателей плавки. Оказывается выгодным дробить кусковую сернистую руду и вновь подвергать се окускованию путем агломерации, удаляя при этом из руды большую часть серы.

Несмотря на появление многочисленных разновидностей и видоизменений процесса спекания руд, основная схема агломерационного процесса практически не изменилась за 75 лет, прошедших со времени его изобретения. Началу процесса предшествует дозировка пылеватых компонентов, входящих в состав рудной части шихты, а также коксика, извести или известняка. Соотношения между составляющими в шихте могут быть определены расчетным путем. Отметим, что эффективность агломерационного процесса значительно снижается при спекании чрезмерно мелких концентратов, если они не подвергнуты предварительному окомкованпю.

Полученную шихту тщательно перемешивают и увлажняют до уровня, соответствующего наилучшей се газопроницаемости. В момент загрузки на агломерационную машину шихта состоит преимущественно из комков слипшихся рудных частиц, частиц коксика и известняка (расход коксика в разных условиях колеблется от 3 до 15% по массе).

Шихту помещают на колосниковую решетку, на которую предварительно уложен слой постели (готовый агломерат крупностью 8—-15 мм или крупные кусочки шихты без добавки топлива). Постель предохраняет колосниковую решетку от воздействия высоких температур, предотвращает просыпание шихты через зазоры колосниковой решетки и облегчает сход пирога готового агломерата с решетки после окончания процесса.

газовую горелку 4.Горячие (1200 °С) продукты горения газа отдают тепло весьма тонкому верхнему слою шихты, удаляя из него влагу и создавая условия для начала процесса горения топлива шихты. Затем горелку отводят, так как в дальнейшем процесс не нуждается в подводе тепла извне.

Важнейшей особенностью агломерационного процесса является то обстоятельство, что в каждый момент горит коксик только в узком по высоте слое шихты (обычно не более 40 мм). Все частицы топлива, расположенные ниже, еще не нагреты до температуры начала интенсивного горения (700° С) или не получают достаточно кислорода сверху. По мере выгорания углерода зона горения топлива постепенно перемещается вниз, проходя всю высоту слоя постели за 12—15 мин.

В любой произвольно выбранный момент выше зоны горения находится готовый агломерат, через который просасывается воздух. Охлаждая агломерат, воздух подогревается и его теплота используется затем в зоне горения твердого топлива. В свою очередь отходящие продукты горения также отдают свое тепло очень небольшому по высоте слою холодной сырой шихты, быстро нагревая се. Температура отходящих из чаши газов, отсасываемых эксгаустером, в течение длительного времени составляет 50° С и только в последние минуты процесса повышается до 200—300° С. Между тем температура в зоне горения топлива нередко достигает 1500° С. Из сказанного видно, что агломерационный процесс является высокоэкономичным, так как обеспечивается почти полное использование тепла отходящих газов и значительной части тепла готового продукта в полезных целях. Именно это обстоятельство и является одной из причин столь широкого распространения агломерационного процесса в промышленности.

Сырая шихта быстро подогревается в прилегающих снизу к зоне горения областях. При этом она теряет сначала гигроскопическую, а затем и гидратную влагу. Водяные пары могут вновь конденсироваться, соприкасаясь с холодной шихтой. Создается зона, в которой влажность шихты превышает исходную оптимальную влажность зона переувлажненной шихты.

В зоне подогрева шихты имеет место химическое воздействие между твердыми фазами; здесь происходит разложение карбонатов, гидратов, а также восстановление или окисление железа.