Geum.ru

Совершенствование технологии комбинированного окомкования, загрузки, зажигания и спекания агломерационной шихты 05. 16. 02 Металлургия черных, цветных и редких металлов

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


Общая характеристика работы
Содержание работы
Глава 2. Объект исследований, шихтовые материалы, методики расчетов и исследований
Глава 3. Исследование и совершенствование процесса окомкования шихты
Рис. 1. Зависимость расхода возврата от массовой доли тонкоизмельченного концентрата в шихте: ● – аглопроизводство ОАО "НЛМК".
Рис. 2. Распределение шихты по длине барабанного окомкователя.
Глава 4. Загрузка шихты на агломерационную машину
Ширина загрузочной воронки, м
Глава 5. Внешний нагрев слоя спекаемой шихты
Рис. 7. Зависимость давления в горне от разрежения
Список научных работ опубликованных по теме диссертации
Подобный материал:
  1   2   3



На правах рукописи


Исаенко Георгий Евгеньевич


Совершенствование технологии

комбинированного окомкования, загрузки, зажигания и спекания

агломерационной шихты


05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Липецк – 2011

Работа выполнена на ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат"


Научный руководитель доктор технических наук,

Заслуженный изобретатель России

Фролов Юрий Андреевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Хайдуков Владислав Павлович


кандидат технических наук

Герасимов Леонид Константинович


Ведущая организация ОАО «Северсталь», г. Череповец


Защита состоится 14 июня 2011 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д. 212.108.02 при ГОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет» по адресу: Россия, 398600, г. Липецк, ул. Московская 30, зал Ученого совета (ауд. 601).

.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»

E-mail: isaenko_ge@nlmk.ru


Автореферат диссертации разослан " __ " мая 2011 года


Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Ведищев В.В.


Общая характеристика работы

Актуальность работы. Агломерация и сегодня, и в обозримом будущем остаётся основным способом подготовки железорудного сырья к доменной плавке. В настоящее время приоритетными задачами для всей отрасли и для ОАО «НЛМК», в частности, несмотря на самую высокую удельную производительность агломашин в черной металлургии России, является дальнейший рост производства агломерата и улучшение качественных показателей.

Работы ученых Ленинградской, Липецкой, Московской, Украинской и Уральской школ, а также зарубежных исследователей заложили базовые знания и технологические основы процесса агломерации, в том числе таких основных технологических операций, как окомкование, загрузка, зажигание и спекание шихты, которым посвящена диссертационная работа.

Основной путь увеличения производительности агломашин – повышение газопроницаемости слоя шихты путём её эффективного окомкования. Вместе с тем, в связи с возрастающей долей тонких концентратов в агломерационной шихте, с одной стороны, и практически исчерпанными возможностями окомкователей барабанного типа, с другой, необходим поиск новых подходов по дальнейшему совершенствованию технологии и техники для окомкования агломерационной шихты и последующих операций.

Решение указанных задач, которым посвящена диссертационная работа, и определяет её актуальность.

Цель работы: на основе экспериментальных и модельных исследований процесса агломерации разработать и внедрить технические решения, направленные на увеличение производительности агломерационных машин при сохранении качества агломерата.

На защиту вынесены положения диссертационной работы, содержащие результаты исследований технологических и теплотехнических операций агломерационного процесса, начиная от окомкования шихты и заканчивая процессом ее спекания, а именно:
  • экспериментальные и модельные исследования процессов окомкования, загрузки, зажигания и спекания шихты;
  • способы, режимы и устройства для подготовки и спекания шихты, результаты их внедрения.

Научная новизна. Получены следующие научные результаты:
  • для оценки внешнего уплотняющего гранулы воздействия предложен показатель, характеризуемый центробежной силой, средним диаметром гранул, основными конструктивными и технологическими характеристиками вращающегося цилиндрического барабана;
  • установлена возможность интенсификации агломерационного процесса, за счет увеличения уплотняющего воздействия на поток шихты путем применения тарельчатых грануляторов, определены их рациональные параметры работы;
  • уточнены представления о механизме сушки шихты, конденсации влаги в слое шихты и о газодинамике начального периода агломерации;
  • установлены причины и характер формирования неравномерности распределения шихты в загрузочной воронке узла загрузки шихты на агломашину, обоснован и защищен патентом режим работы челнокового распределителя, минимизирующий указанную неравномерность.

Практическая значимость работы. Результаты работы по внедрению комбинированного окомкования шихты, способы и режимы ее загрузки на агломашину и зажигания шихты, а также научно-техническое обоснование оценки замены батарейных циклонов на электрофильтры могут использоваться в отрасли при проектировании и модернизации агломерационных фабрик.

Реализация результатов работы. На агломерационной машине АКМ-312 в 2007 г. принята в эксплуатацию промышленная установка, включающая 3 тарельчатых гранулятора, с помощью которой отработана технология комбинированного окомкования (совместно с барабанными окомкователями) шихты. Удельная производительность агломерационной машины возросла на 5,0 %, высота слоя шихты увеличена на 30 мм, улучшены металлургические свойства агломерата. В связи с достигнутыми результатами запланирована установка двух грануляторов Ø 6 м и производительностью по 100 т/ч.

Внедрены мероприятия по увеличению ширины паллет, дросселированию первых вакуум-камер, управлению загрузкой шихты и режимом работы горна.

Снижение затрат на производство агломерата за счет увеличения производительности агломашины на 5% и уменьшения его себестоимости составляет около 25 млн. руб. в год.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

- семинаре межзаводской школы по обмену опытом специалистов агломерационного производства ОАО «ММК», ОАО «НЛМК», ОАО «Северсталь» (Липецк, 2003, 2006 г.г.;

- международной научно-практической конференции «Творческое наследие Б.И. Китаева» (Екатеринбург, 2009 г.);

- четвертой (Липецк, 2008 г.) и пятой (Липецк, 2009 г.) Международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия».

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 статьях и докладах, из них 7 статей - в периодических изданиях, входящих в «Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук», а также защищены 2 авторскими свидетельствами.

Структура и объём диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав с выводами и заключения. Диссертационная работа содержит 110 страниц текста, 18 таблиц, 54 рисунка, 192 наименований литературных источников, всего 157 страниц.


Содержание работы

Глава 1. Аналитический литературный обзор

В главе рассмотрен мировой опыт, проблемы окомкования тонкодисперсных агломерационных шихт, загрузки, зажигания и газодинамической работы агломерационной машины.

Показано, в частности, что в силу недостаточного энергетического воздействия на поток шихты, барабанный окомкователь не в состоянии радикально улучшить процесс окомкования тонкоизмельченных концентратов и, что одним из путей решения является применение в агломерационном производстве тарельчатых грануляторов и интенсивных смесителей.

На основании аналитического обзора перед диссертационной работой поставлены следующие задачи:
  • анализ работы барабанного окомкователя на стадиях образования и уплотнения гранул; обоснование показателя, определяющего работу уплотнения материалов при окомковании шихты; разработка комбинированного способа окомкования шихты (барабанные окомкователи - тарельчатые грануляторы) и оптимизация параметров совместной работы окомкователей;
  • разработка режима работы челнокового распределителя шихты для формирования в загрузочной воронке однородного по гранулометрическому составу и плотности окомкованной шихты, как по высоте, так и по ширине;
  • оценка влияния комбинированного окомкования шихты на распределение топлива и грансостава шихты по высоте спекаемого слоя, выбор и реализация способов борьбы с неравномерностью процесса спекания по ширине ленты;
  • анализ и уточнение механизма сушки и конденсации влаги в слое под зажигательным горном, а также газодинамики начального периода агломерации с предварительным подогревом шихты и без него;
  • разработка и реализация технологических требований к АСУ ТП внешнего нагрева шихты;
  • анализ газодинамической работы агломашины АКМ-312 с применением комбинированного окомкования шихты, заменой батарейных циклонов на электрофильтры и существующих нагнетателей на высоконапорные.


Глава 2. Объект исследований, шихтовые материалы, методики расчетов и исследований

Объектом исследований являются агломерационные машины АКМ-312 цеха № 2 АГП ОАО «НЛМК» в границах: шихтовые бункеры объемом по 80 м3 – 4 шт.; барабанные окомкователи 3,2×12,5 м – 2 шт.; тарельчатые грануляторы Ø 3,5 м – 3шт.; челноковый распределитель шихты 1,2×12,5 м; загрузочная воронка объемом 10 м3; барабанный питатель 1,32×4,4 м; зажигательный горн 4,3×7,9 м и собственно агломашина АКМ-312 с шириной колосникового поля 4,0 м, площадью спекания 312 м2 и 26 вакуум-камерами длиною по 3 м каждая.

В качестве основного железорудного материала на АГП используют Стойленский железорудный концентрат мокрой магнитной сепарации (830 кг/т агломерата) и гематитовую Стойленскую аглоруду (45 кг/т агломерат), в качестве железосодержащих добавок – колошниковую пыль, окалину и шламы агломерационного и доменного производства, флюсов – известняк, доломитизированный известняк и известь, топлива – коксовую мелочь крупностью менее 10 мм сухого и мокрого тушения КХП, коксовый орешек крупностью 10-25 мм.

Лабораторные исследования режима грануляции и спекания с различной степенью окомкования проводили в лабораторном чашевом (Ø = 1 м) и барабанном (Ø = 0,5 м, L = 1,2 м) окомкователях и на лабораторной агломерационной установке (Ø =280 мм, hслоя = 400 мм; ΔРв/к =1000 мм в. ст.).

Для отбора проб из слоя шихты на паллете применили пробоотборник из трубы Ø 80мм.

Химический и технологический анализ материалов определяли согласно стандартной нормативной технической документации.

В качестве инструментов для исследований и анализа выбраны математические модели ОАО «УИМ» загрузки шихты челноковым распределителем в загрузочную воронку и процесса спекания агломерационной шихты, а также инженерную модель газодинамической работы агломашины, методики измерений параметров и их обработки ОАО «ВНИИМТ».


Глава 3. Исследование и совершенствование процесса окомкования шихты

Определение показателя энергетического воздействия вращающегося барабана на поток шихты.

Анализ структуры движущегося в барабане потока шихты и сил (тяжести, трения и центробежной), действующих на гранулы, позволил вывести уравнение работы, затрачиваемой на уплотнение гранул окомкованной шихты во вращающемся цилиндрическом барабане (Rупл):

, (1)

где: kупл – коэффициент, учитывающий долю времени, затрачиваемого на уплотнение гранул (для цилиндрического барабана kупл≈0,1; для тарельчатого гранулятора kупл≈0,5-0,6), доли; dг – диаметр гранул, м; nб – скорость вращения, с-1; Dб – диаметр барабана, м; τпр – время пребывания шихты в окомкователе, с.

Для оценки влияния работы уплотнения (Rупл) на вертикальную скорость спекания (Vсп) и, соответственно, на удельную производительность по статистическим данным аглофабрик СНГ получили уравнение регрессии:

Vсп=–1,729+0,0147ΔPкол+6,529hсл–0,179tш+201,023Wш–0,432dг+1,339Rупл , (2)

где: ΔPкол – разрежение в в/к, мм вод. ст.; hсл – высота слоя, мм; tш – температура шихты, 0С; Wш – влажность шихты, доли; dг –средний диаметр гранул шихты, мм;

Согласно (2) доля внешнего уплотняющего воздействия на гранулы, обеспечивающая вертикальную скорость спекания шихты, составляет 7-11 %.



Рис. 1. Зависимость расхода возврата от массовой доли тонкоизмельченного концентрата в шихте: ● – аглопроизводство ОАО "НЛМК".

Увеличение уплотняющего воздействия на гранулы шихты увеличивает количество прочных гранул окомкованной шихты, формирующихся без зародышевых центров из возврата. Это позволяет снизить величину оптимального содержания возврата в шихте, составляющую в настоящее время около 30 % (рис.1), и создать условия для повышения выхода годного без снижения вертикальной скорости спекания.





Рис. 2. Распределение шихты по длине барабанного окомкователя.  = 13,7 %; t=3,68 мин; М=24,795 т

Анализ уровня динамических нагрузок по длине барабана показывает, что в этом отношении вращающиеся барабаны не отвечают требованиям упрочнения гранул, поскольку по мере их приближения к разгрузочному сечению барабана динамические нагрузки снижаются в соответствии с уменьшением степени заполнения барабана шихтой от загрузки к выгрузке (рис. 2). Экспериментально установленное распределение шихты по длине окомкователей а/м №4 при частоте вращения 5 мин-1, угле наклона 3030′ и нагрузке по шихте 360 т/ч, подтверждающее вышесказанное, иллюстрируется рис. 2.

Оптимизация режима работы тарельчатых грануляторов.

В октябре 2007 г. на агломерационной машине АКМ-312 установили 3 тарельчатых гранулятора со следующими техническими характеристиками: Ø тарели – 3,5 м, высота борта тарели – 0,5 м, частота вращения – до 12 мин-1, угол наклона чаши – 45÷53º. Все грануляторы подают подготовленную шихту на один конвейер, параллельный двум барабанным окомкователям. Объединенный поток поступает на челноковый распределитель шихты и загружается в один слой на агломашину. В ходе исследований изменяли влажность шихты (Wш, %), производительность гранулятора (Р, т/ч), угол наклона тарели (, град.) и частоту ее вращения (n, мин-1).

В качестве показателя эффективности грануляции использовали средневзвешенный по массе диаметр гранул окомкованной шихты (dср,мм). Оптимальные технологические характеристики установлены на основе соответствующих нелинейных парных зависимостей:

dгр = 0,0048P2+0,364P  2,94, мм (R=0,616), (3)

dгр = 0,02572+2,558  59,72, мм (R=0,912), (4)

dгр = 0,1200 n 2+2,290 n  6,93, мм (R=0,820), (5)

dгр = 2,9630 W 2+45,53 W 171,07, мм (R=0,482). (6)

Получена линейная модель для определения среднего диаметра гранул окомкованной шихты в зависимости от анализируемых характеристик:

dгр= 5,719+0,0011Р+0,076+0,062n+0,687W, мм (R=0,931) (7)

Установлено, что увеличение среднего диаметра шихты преимущественно происходит за счет роста доли средней фракции 3-5 мм и снижения содержания фракции менее 1,25 мм, отрицательно влияющий на газопроницаемость шихты и скорость процесса спекания. Средний диаметр шихты на тарельчатых грануляторах больше, чем у шихты после барабанных окомкователей на 6,0÷20,4 % (в среднем на 14,9 %).

Оптимизация режима совместной работы барабанных окомкователей и тарельчатых грануляторов.

В связи с положительным опытом использования тарельчатых грануляторов для окомкования части шихты, содержащей 60÷80 % тонкоизмельченного концентрата, представляют интерес экспериментальные данные о влиянии работы уплотнения гранул при использовании различных аппаратов на результаты процесса спекания и качество агломерата.

С этой целью для получения окомкованной шихты с различной долей тонкоизмельченного концентрата в ее железорудной части (60, 80 и 100 %) использовали лабораторные барабанный окомкователь и тарельчатый гранулятор. Спекания шихты производили на лабораторной агломерационной установке. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Результаты опытно-промышленных испытаний по комбинированному окомкованию показаны в табл. 2. Удельная производительность АМ-4 возросла на 5,0 %, причём увеличение высоты слоя шихты на 21 мм не привело к росту разрежения в газоотводящем тракте агломашины, что указывает на увеличение газопроницаемости слоя шихты. Металлургические свойства агломерата в опытном периоде улучшились: содержание фракции – 5 мм в бункерном агломерате снизилось от 8,4 до 8,1 %. Прочность агломерата по ГОСТ 15137-77 улучшилась: на удар (Х+5) возросла на 0,5 % (абс.), на истираемость (Х-0,5) уменьшилась на 0,1 % (абс.).

Таблица 1

Результаты грануляции шихт в барабанном и тарельчатом грануляторах и параметры их спекания

Параметр
Исходная шихта
Окомкованная шихта

Барабанный

окомкователь
Тарельчатый

гранулятор

Массовая доля концентрата в железорудной части шихты, %

60
80
100
60
80
100
60
80
100

Содержание (%) фракции: менее 1 мм
34
38
45
5
11
20
2,5
4
5

1 – 2 мм
15
18
17
17
24
16
7,5
11
12

2 – 3 мм
12,5
8,5
8
17
14
15
19,5
16,5
16

3 – 5 мм
11
9,5
8
13,5
13
11
14,5
18,5
14,5

5 – 7мм
5,5
9
11
7,5
8
18
33
31
29,5

более 7 мм
22
17
11
40
30
20
23
19
23

Сумма
100
100
100
100
100
100
100
100
100

Средний диаметр, мм
3,35
3,10
3,16
5,10
4,32
3,94
4,44
4,86
4,91

Вертикальная скорость спекания, мм/мин
19,6
18,6
19,3
24,8
20
20,6

Выход годного %
80,0
77,0
75,0
86,0
83,5
82,0

Удельная производительность, т/(м2ч)
1,82
1,74
1,67
1,94
1,89
1,85

Показатель работы уплотнения, усл. ед.
3,75
3,18
2,9
5,65
5,35
5,40