XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

Козачишен В.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ АГЛОМЕРИРУЕМОГО СЛОЯ

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

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ АГЛОМЕРИРУЕМОГО СЛОЯ

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!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>