Производство агломерата

Агломерация в металлургии, термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания с целью придания формы и свойств (химического состава, структуры), необходимых для плавки. Тепло, необходимое для спекания, получается от горения углеродистого топлива, прибавляемого к агломерируемому материалу, либо от окисления сульфидов, если агломерации подвергаются сернистые рудные концентраты. Спекание происходит непосредственным слипанием отдельных нагретых частиц шихты при поверхностном их размягчении либо в результате образования легкоплавких соединений, связывающих частицы при остывании агломерируемого продукта.

Металлургический цикл начинается с агломерационной фабрики. Агломерационную шихту, состоящую из рудной части, флюсов, возврата и топлива, загружают на конвейерную агломерационную машину, зажигают сверху и спекают, просасывая через слой спекаемых материалов воздух.

На практике агломерация чаще всего осуществляется на колосниковых решётках, с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь лежащую на решётке шихту. При этом происходит последовательное горение топлива в лежащих один под другим её слоях. Для равномерного окисления горючего в процессе спекания и получения прочного и пористого агломерата соответствующего химического состава требуется, чтобы шихта обладала необходимой газопроницаемостью, что зависит в первую очередь от раз мера зёрен и степени начального увлажнения. Шихта должна быть максимально однородной.

Основные исходные материалы Агломерация: мелкая сырая руда (8-10 мм) и её концентрат, а также топливо (коксовая и антрацитовая мелочь до 3 мм), флюс (известняк и доломит до 3 мм), в отдельных случаях – мелкие отходы (колошниковая пыль, окалина и др.). Топливо измельчают в четырехвалковых дробилках, известняк дробят в молотковых дробилках или тангенциальных шахтных мельницах, и, в случае необходимости, обжигают в кольцевых шахтных печах. Расчетное соотношение отдельных компонентов в шихте поддерживают путем весового дозирования. Конечный продукт – агломерат. Более 95% агломерата используется в чёрной металлургии; в цветной металлургии агломерат применяется в алюминиевом, никелквом и свинцовом производствах. Промышленное производство агломерата освоено в начале 20 в. (США).

Агломерация включает: подготовку шихты (дозировка отдельных компонентов, смешивание, увлажнение и окомкование), спекание подготовленной шихты на англомерационных машинах, обработку горячего спека (дробление, рассев с удалением кусков до 5-10 мм, охлаждение до 100°С, сортировка).

Агломерационная шихта включает следующие компоненты:

1. Рудная часть (концентрат или руда 5-6 мм).
2. Топливо (мелкий кокс до 3 мм, иногда с добавкой каменного угля) содержание 36%.
3. Флюс 5-10% (известняк 0-3 мм, для того, чтобы в течение короткого периода агломерации он успел разложиться). За счет CaO улучшается работа доменных печей и уменьшается удельный расход кокса.
4. Добавки (колошниковая пыль, окалина и др.) Содержание менее 5%.
5. Возврат (мелкий агломерат от предыдущего спекания крупностью 0-6 мм). Содержание в шихте 20-30%.
6. Вода 5-8% для улучшения процесса грануляции мелких частиц шихты.

Эти материалы смешиваются и подаются в агломерационную машину. Она состоит из большого числа паллетспекательных тележек с отверстием в днище, двигающихся по направляющим рельсам. В загруженной паллете после зажигания газовыми горелками начинается горение топлива, причем фронт горения распространяется сверху вниз. Воздух просасывается сквозь слой шихты благодаря действию специальных вакуумных устройств – экспаустеров. Температура в слое шихты 1300-1600°С. В результате восстановления образуется: В зоне горения Fe2SiO4 плавится (t=1209°C) и смачивает зерна шихты, благодаря чему при охлаждении образуется твердая пористая масса – агломерат (имеет хорошую восстановимость и высокую прочность).

Процесс спекания тесно связан с работой узлов и агрегатов, обеспечивающих подготовку сырых материалов для Агломерации. По этому первостепенное значение имеет стабилизация основных входных параметров процесса (усреднение и дозировка материалов, химический состав, влажность и т.д.), которые открывают пути к комплексной автоматизации агломерационного процесса. Агломерация осуществляется на агломерационных фабриках, в состав которых входят склады для усреднения и хранения запасов шихтовых материалов, приёмные бункера, отделения для измельчения кокса и известняка (иногда и обжига известняка), шихтовое, спекательное и обарботки готового агломерата.

На современных агломерационных фабриках приём сырья, дозировка и подготовка шихты, укладка её на агломерационные машины, а также обработка готового агломерата полностью механизированы и в значительной степени автоматизированы. Основными показателями хода технологического процесса агломерации (выходными величинами) является производительность агломашины и качество агломерата. Производительность измеряют в тоннах годного агломерата, полученного за час работы. Качество оценивают по химическому составу, прочности и восстановимости агломерата. Руда, концентрат, колошниковая пыль, а также другие добавки, не требующие дробления, подаются в шихтовое отделение из приёмных бункеров или со склада конвейерами. Коксовая мелочь и известняки поступают в отделение измельчения, а затем в шихтовое отделение. Сюда же направляется возврат (мелочь, отсеянная от готового агломерата). Шихтовое отделение оборудовано бункерами, ёмкость которых обеспечивает работу агломерационных машин а течение 8-10 час.

Из шихтовых бункеров заданные количества каждого из компонентов шихты дозировочными питателями выдаются на сборный конвейер, который передаёт шихту в барабаны первичного смешивания и затем в бункера шихты агломерационных машин, расположенные в спекательном отделении. Перед загрузкой на агломерационную машину шихта подвергается вторичному смешиванию, увлажнению и частичному окатыванию в окомковательных барабанах. Расход шихты из бункера на аглоленту регулируется с помощью шибера. Он меняет этот расход таким образом, чтобы обеспечивались оптимальные параметры при подаче шихты на аглоленту. Иногда этот расход регулируется с помощью тарельчатого вибропитателя. При разгрузке с машины агломерат дробится и сортируется с удалением из него мелочи (возврата), вновь используемой в шихте. Затем агломерат охлаждается и сортируется. Отходящие газы через газовый тракт и газоочистительное устройство отсасываются эксгаустером и через дымовую трубу удаляются в атмосферу.

Одним из серьезных недостатков в оснащении современных агломерационных фабрик средствами автоматизации является отсутствие датчиков и устройств переработки первичной информации, анализа и контроля технологических процессов. В настоящее время силами лучших предприятий и научно-исследовательского производства, предусматривающая автоматическое управление процессами подготовки шихты. В связи с этим первостепенное значение приобретает проблема математического описания технологических процессов и операций на каждом из участков агломерационного производства. Математическое описание агломерационного процесса позволяет качественно исследовать основные его показатели и возможные регулирующие воздействия, а в итоге разработать обоснование алгоритма управления и способы автоматического регулирования процесса. Эффективность использования средств управления технологическими процессами в значительной степени определяется правильным выбором контролируемых параметров, структуры регулирующего устройства и управляющих воздействий.

Агломерационные машины – основное технологическое оборудование для агломерации. Распространена агломерационная машина ленточного типа, представляющая собой непрерывную цепь движущихся спекательных тележек (палет) с днищами в виде колосниковой решётки. Тележка проходит под питателем, которым на неё укладывается шихта слоем 250-400 мм, а затем под зажигательным горном, где твёрдое топливо, содержащееся в поверхностной зоне спекаемого слоя, зажигается. Эксгаустером через слой сверху вниз просасывается воздух (80-100 м3/мин на 1 м2 площади спекания), и зона горения (толщиной 15-20 мм) перемещается вниз по слою со скоростью 20-40 мм/мин. В зоне горения твёрдого топлива при t 1200-1500 °С значительная часть шихты плавится. По мере перемещения зоны горения вниз полурасплавленная масса вышележащей части слоя застывает, образуя спекшийся пирог агломерата (спек). Газы, отходящие из зоны горения, подсушивают и нагревают нижележащие слои шихты, из которой удаляются гигроскопическая и гидратная вода, углекислый газ и прочие летучие, а также сера, мышьяк и другие вредные примеси.