Газодинамические и тепловые процессы при агломерации

Плавление шихты и кристаллизация расплава при агломерации

Хотя шихта не содержит легкоплавких компонентов, после начала реакций между твердыми фазами образуются новые соединения с пониженной температурой плавления.

Первые капли ферритного и силикатного расплава начинают растворять в себе всю массу шихты в зоне горения твердого топлива, чему способствует их неограниченная растворимость в расплаве. СаО и MgO хорошо смачиваются и энергично растворяются в расплавах силикатов железа, а гематит и кварц – в расплавленных ферритах кальция. Таким образом, все вещество шихты оказывается в расплавленном состоянии и готовый агломерат образуется при кристаллизации этого расплава.

В верхней части зоны горения при соприкосновении расплава с воздухом начинается его кристаллизация.

При спекании неофлюсованного агломерата. (см рис 47 стр 96)

При охлаждении расплава в интервале от линии ликвидуса до линии солидуса (1142^оС) идет выпадение первичных кристаллов магнетита, Далее кристаллизуется эвтектика Fe₃O_{4 –} Fe₂SiO₄. Из за высокой скорости охлаждения значительная часть силикатного расплава не успевает кристаллизоваться и застывает в виде стекла.

В случае офлюсованного агломерата, ввод извести несколько осложняет картину. При небольших количествах извести и известняка в агломерационной шихте вся известь входит в состав Са₂SiO₄ а оставшееся количество SiO₂ в состав фаялита – Fe₂SiO₄. Образующиеся твердые растворы имеют формулу Са_х Fe _2-x SiO₄ (x=0-1,1). и называются Са-оливинами в отличие от природных оливинов MgFeSiO₄. Таким образом, до основности СаО/ SiO₂=0,5 агломерат состоит из кристаллов магнетита, скрепленных Са-оливинами и стеклом. При основности агломерата выше 0,5 фаялит растворяет в себе максимальное количество Са₂SiO₄, образуя насыщенный Са-оливина, а оставшееся количество Са₂SiO₄ выделяется из расплава в виде кристаллов силиката кальция.

Количество воздуха, подведенного к зоне горения топлива определяет скорость горения коксовой мелочи, а количество и температура отходящих из зоны горения газообразных продуктов реакции – интенсивность теплопередачи над этой зоной. Вертикальная скорость спекания при вакуумной агломерации прямо пропорциональна газопроницаемости спекаемого слоя.

Dр = l(1-e)/e³×(r_г w ²/2)×(h/Фd) – уравнение Эгона

w – скорость газов, т.е. объем, просасываемый через 1 м²площади спекания в 1 сек, (м³/(м²×с))

l - коэффициент гидравлического сопротивления, функция крителия Рейнольдса

h – толщина спекаемого слоя, м

r_г – плотность газов, кг/м³

d – средний диаметр зерна шихты, м

Ф – коэффициент формы зерен шихты 0,6<Ф<1

e - порозность слоя шихты, т.е отношение объема межкусковых промежутков к общему объему слоя.

Используется также упрощенное уравнение Рамзина

Dр = Аh w ⁿ

Коэффициент А – обратно пропорционален диаметру частиц, a n - прямо пропорционален размеру частиц и всегда меньше 2.

Из этих уравнений следует, что при постоянном вакууме количество просасываемого воздуха уменьшается с увеличением высоты слоя. Казалось бы, выгоднее работать с низким слоем 180-200 мм, получая повышенную производительность установки. Однако спекание в тонком слое ведет к перерасходу коксовой мелочи и ухудшению качества агломерата.

Увеличение вакуума позволяет увеличить скорость газов и к повышению производительности, но это связано с дополнительным расходом электроэнергии и увеличиваются вредные прососы между палеттами. В среднем половина просасываемого воздуха расходуется на вредные прососы. Важная задача – разработка эффективных уплотнений.

Существует два режима агломерации

1. при спекании со средним и высоким расходом коксовой мелочи (>6%) скорость движения зоны горения определяется скоростью горения частиц топлива, которая зависит от количества кислорода, подводимого в единицу времени к зоне горения.
2. При низком расходе коксовой мелочи общая скорость движения зоны горения определяется скоростью теплообмена под зоной горения.

Прогрев шихты под зоной горения ускоряется при спекании шихт, не содержащих гидратов и карбонатов, а также с увеличением расхода воздуха. Таким образом, при любом режиме количество подводимого воздуха существенно влияет на вертикальную скорость спекания.

Под зоной горения (нижняя ступень теплообмена) отходящие газы проходят между комками сырой шихты с большой теплоемкостью при этом на пути в 25-40 мм охлаждаются до 40-60°С. В конце спекания, когда зона горения подходит к постели, температура отходящих газов быстро повышается. При окончании горения температура газов опять снижается. Регулируя скорость движения палетт можно обеспечить постоянное положение температурного максимума по длине ленты.

Над зоной горения (верхняя ступень теплообмена) всасываемый воздух нагревается готовым агломератом до 200-900°С в зависимости от толщины слоя агломерата. Такая регенерация тепла повышает тепловой к.п.д. агломерации, снижается расход коксовой мелочи и улучшает качество агломерата.

Средняя температура агломерата при сходе с ленты - 600°С. Окончательное охлаждение происходит после дробления.

Дата добавления: 2015-04-24