Инж. Козачишен Виталий Анатольевич
Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Украина

При агломерации железорудных материалов по высоте слоя образуется несколько чередующихся друг за другом зон: готового агломерата, расплава, высокотемпературного нагрева, сушки, переувлажнения. Условия формирования и движения каждой зоны оказывают влияние на показатели аглопроцесса.
После зажигания в слое шихты формируется волна горения с характерными профилями температуры, распространяющаяся в направлении фильтрационного потока.
Кинетика происходящих в зоне горения процессов достаточно сложна и включает в себя следующие стадии:
– подвод окислителя к горящим частицам топлива путем фильтрации из внешней среды;
– диссоциацию молекул газа при переходе в связанное состояние на поверхности частиц;
– диссоциацию молекул флюса;
– диффузию газообразного реагента к реакционной зоне через нарастающий слой продуктов;
– собственно химическую реакцию на поверхности контакта продукта с твердым реагентом.
В отличие от режимов естественной фильтрации горение в потоке газа развивается в условиях сквозной продувки слоя смесью активного и инертного газообразных компонентов. Интенсивность фильтрации в данном случае определяется не только потреблением окислителя в реакции, но и структурой слоя, а также действием нагнетающего или откачивающего устройства на границах слоя. Горение в потоке характеризуется сильной чувствительностью к интенсивности продувки. Поступление холодного газа через слой горячего продукта ведет к локальному снижению температуры вещества и формированию в зоне готового агломерата волны охлаждения. Профиль температуры становится неоднородным и характеризуется температурным максимумом на участке между фронтом горения и охлаждения. Из-за переноса тепла потоком газа к фронту горения вещество в этой зоне находится в перегретом состоянии при температуре, превышающей адиабатную.
Распространение горения и прогрев нижележащих слоев происходит одновременно и непосредственно связаны между собой. Интенсивный процесс химического превращения не может проникнуть в предварительно не прогретую зону слоя, так как переходит в кинетическую область и практически прекращается вследствие температурного торможения. С другой стороны, тепловая волна зоны сушки не может “оторваться” от поддерживающего ее теплового источника, каковым является зона экзотермической реакции. В целом скорость спекания определяется совокупностью физико-химических характеристик реагентов.
В спекаемом слое существуют две явно выраженные зоны теплообмена: над зоной горения твердого топлива, где тепло готового агломерата передается просасываемому холодному воздуху, и под зоной горения, где теплом горячих газов нагревается не спеченная шихта. Движение газового потока через спекаемый слой, таким образом, определяет перемещение зоны горения и теплообмен в слое. Фильтрация стимулируется не только градиентом давления, но и воздействием со стороны протекающих в слое реакций, активно потребляющих окислитель и выделяющих газообразные продукты реакции.
Известно, что высота спекаемого слоя существенно влияет на качество получаемого агломерата и в целом на технико-экономические показатели аглоустановки. Но с увеличением высоты слоя возникает проблема обеспечения требуемой газопроницаемости и сохранности структуры гранул. Особенно в начальный период спекания, пока не сформировались условия основного периода спекания. Здесь проявляется отрицательное влияние на газопроницаемость процесса переувлажнения и усадки слоя.
При укладке шихты на спекательные тележки в верхние горизонты слоя ложится наиболее мелкая часть окомкованной аглосмеси, имеющая наибольшую удельную поверхность и содержащая наибольшее количество влаги. В результате этого при прямом контракте высокотемпературных (1100-1200°С) газов и холодной (20-30°С) шихты происходит быстрое испарение влаги в верхних горизонтах слоя. Образуется парогазовая смесь с высоким влагосодержанием и температурой, которая уносится в нижележащие горизонты слоя и подогревает шихту. После охлаждения парогазовой смеси излишняя влага конденсируется на холодных гранулах, что приводит к негативным последствиям. Образуется переувлажненный слой, что приводит к частичному разрушению структуры гранул и снижению газопроницаемости. Механизм конденсации влаги при агломерации изучали многие ученые.
Принято считать, что начальная стадия, агломерации длится от начала зажигания твердого топлива в шихте до завершения формирования основных зон в агломерируемом слое. При этом процессы изучаются в низкотемпературных зонах не в течение всего времени агломерации, а лишь за период спекания верхней части слоя, считая, что после того, как в спекаемом слое сформированы основные зоны, процесс теплообмена в этих зонах и в зоне сушки стабилизируется. Признаком окончания начального периода спекания принято считать прекращение падения температуры отходящих из слоя газов. Такая методика не позволяет рассмотреть некоторые особенности механизма образования и развития зон сушки, конденсации и переувлажнения, имеющие свое развитие в середине и даже в конце аглопроцесса. Кроме того, не изучено влияние свойств аглосмеси и условий спекания на параметры зон сушки, переувлажнения и конденсации.
Большое значение для формирования низкотемпературных зон имеет наличие топлива в шихте. Сравнение термограмм низкотемпературного нагрева инертной шихты и шихты, содержащей твердое топливо, показывает, что они имеют существенное различие. Термограммы первых шихт имеют явно выраженный экстремум с последующим снижением температуры по экспоненциальному закону. Причем, максимальная температура на нижнем горизонте не превышает температуру вышележащего слоя в рассматриваемый момент времени.
Термограммы слоя шихты, содержащей твердое топливо, имеют следующую особенность. В начальный период агломерации (через 1,5 минуты после начала зажигания) термограммы имеют такой же вид, как и для слоя инертного материала. Затем на всех уровнях наблюдается возрастание температуры, максимальное значение которой приближается к первой точке экстремума в верхних горизонтах и превышает это значение в нижних горизонтах.
При изучении механизма образования зон конденсации и переувлажнения особое внимание было обращено на установление в этих зонах равновесной температуры, то есть такой, при которой температура отходящих газов, насыщенных парами воды, будет равна температуре шихты. При определении момента установления температурного равновесия между шихтой и отходящими газами учли, что конденсация влаги в слое носит поверхностный характер и постоянство температуры газов еще не свидетельствует об установлении равновесия.
Прямые измерения влажности шихты в нижних горизонтах слоя показали, что процесс конденсации влаги в агломерируемом слое не заканчивается на начальной стадии агломерации до сформирования всех зон, а распространяется и на основную стадию. Причем, многократного чередования процессов сушки и конденсации не наблюдается.
Исследования показали, что для устранения отрицательного влияния зоны переувлажнения на начальную газопроницаемость слоя шихты её достаточно нагревать до 50 – 60°С, а не 70 – 80°С, как рекомендует ряд исследователей. Об этом свидетельствует и характер усадки агломерируемого слоя.

Залиште коментар!