СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ОКАТЫШЕЙ
METHOD OF PELLET HEAT TREATMENT

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству железорудных окатышей.
Известен способ термообработки окатышей, включающий окомкование шихты на окомкователе с получением влажных кондиционных окатышей, выдачу их из окомкователя и укладку слоем на транспортерную ленту, транспортирование влажных окатышей к обжиговой машине, укладку окатышей на колосниковую решетку обжиговой машины и термообработку, включающую просос горновых газов через слой и удаление отработанных горновых газов в атмосферу через дымоход и дымовую трубу (см. Вегман Е.Ф. Окускование руд и концентратов, М.: Металлургия, 1984. С.234-240; 246-256). Недостатком известного решения является низкая производительность способа термообработки окатышей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ термообработки окатышей, включающий окомкование шихты на окомкователе с получением кондиционных влажных окатышей, выдачу их из окомкователя и укладку слоем на транспортерную ленту, продувку слоя влажных окатышей струями горячего воздуха в потоке воздуха с температурой 20-300°С в теплоизолирующем горне, в рабочем пространстве которого расположена транспортерная лента, нагнетание горячего воздуха в горн вентилятором, установленным на выходе из горна, отсасывание отработанного воздуха дымососом, установленным на входе в горн, укладку окатышей слоем на колосниковую решетку обжиговой машины, термообработку, включающую просос дымовых газов через слой, удаление отработанных дымовых газов через дымоход, содержащий рекуперативный теплообменник, предназначенный для нагрева воздуха (см. патент РФ №2318884, заявл. 15.10.2006, опубл. 10.03.2008, бюлл. №7). Недостатком прототипа является низкая производительность способа термообработки окатышей и обжиговой машины.
Недостатки прототипа обусловлены тем, что на обжиговую машину окатыши поступают с высокой влажностью, что ограничивает повышение температуры сушки, увеличивает длительность термообработки и требует значительного расхода топлива. Эти факторы ограничивают производительность способа термообработки окатышей и обжиговой машины. Частичный перенос тепловой нагрузки с обжиговой машины на участок транспортирования окатышей с организацией сжигания топлива в форкамере, примыкающей к теплоизолирующему горну, в рабочем пространстве которого расположена транспортерная лента с окатышами, позволяет снизить влажность окатышей, интенсифицировать процесс термообработки и устранить ограничения, снижающие производительность способа термообработки и обжиговой машины.
Задачей изобретения является повышение производительности обжиговой машины.
3
Для достижения указанного технического результата в способе термообработки окатышей, включающем окомкование шихты в окомкователе с получением влажных кондиционных окатышей, выдачу их из окомкователя и укладку слоем на транспортную ленту, продувку слоя влажных окатышей струями горячего воздуха в потоке воздуха с температурой 20-300°С в теплоизолирующем горне, в рабочем пространстве которого расположена транспортерная лента, нагнетание горячего воздуха в горн вентилятором, установленным на выходе из горна, отсасывание отработанного воздуха дымососом, установленным на входе в горн, укладку окатышей слоем на колосниковую решетку обжиговой машины, термообработку, включающую просос дымовых газов через слой, удаление отработанных газов через дымоход, содержащий рекуперативный теплообменник, предназначенный для нагрева воздуха, на выходе из горна дополнительно устанавливают форкамеру для сжигания топлива, причем расход топлива В поддерживают на уровне 0,1-2,5 м на тонну окатышей, одновременно в нее направляют часть горячего воздуха, подаваемого вентилятором, в количестве (10-50) В.
Сущность изобретения заключается в следующем. Процесс сушки окатышей организуется на двух стадиях: на стадии транспортирования сырых материалов к обжиговой машине и на обжиговой конвейерной машине. На стадии транспортирования окатышей существуют резервы по тепловой мощности, которые невозможно реализовать, используя в качестве теплоносителя только горячий воздух. Это обусловлено технологическими ограничениями по максимальной температуре (250-300°С) вентилятора и рекуператора. Для того чтобы обеспечить на выходе из горна более высокую (свыше 300°С) температуру газов, часть технологического топлива в количестве 5-10% от общего расхода и, соответственно, тепловой нагрузки передают от обжиговой машины к участку транспортирования сырых окатышей. Для этого на выходе горна устанавливают форкамеру, в которой осуществляют сжигание топлива с расходом В, и в нее подают часть горячего воздуха в количестве (10-50) В. Это мероприятие позволяет дополнительно нагревать дутьевой короб, расположенный в рабочем пространстве горна, повысить температуру горячего воздуха и струй воздуха непосредственно в рабочем пространстве горна, минуя рекуператор и вентилятор. Более высокая температура стенок дутьевого короба и струй увеличивает скорость истечения воздуха из дутьевого короба, что интенсифицирует процесс слоевой сушки окатышей. Поскольку скорость истечения продуктов горения из форкамеры существенно выше скорости горячего воздуха, то на выходе горна формируется вихревое движение газов, которое дополнительно интенсифицирует теплообмен и сушку окатышей на транспортной ленте. Сжигание топлива в форкамере и подача части горячего воздуха в нее существенно расширяют возможности управления режимом сушки на участке транспортирования окатышей. Подача части горячего воздуха в форкамеру позволяет регулировать температуру продуктов горения и повысить температуру теплоносителя (горячего воздуха, струй воздуха и продуктов горения) в рабочем пространстве горна. Установка форкамеры на выходе горна, как вариант, вертикально на торцевой стенке горна, технологична, компактна и не требует дополнительных площадей для размещения оборудования.
3
3
3
Расход топлива при сжигании в форкамере поддерживают на уровне 0,1-2,5 м на тонну окатышей. Если расход топлива будет менее 0,1 м на тонну окатышей, то интенсивность сушки окатышей будет минимальной, и задача изобретения не будет достигнута. Если расход топлива будет более 2,5 м на тонну окатышей, то в этом случае чрезмерное повышение температуры газов может вызвать термический шок окатышей, снижающий их прочность. В форкамеру, где происходит сжигание топлива с расходом В, через систему каналов направляют часть горячего воздуха, подаваемого вентилятором, в количестве (10-50) В. Если количество подаваемого в форкамеру воздуха будет менее 10 В, то температура продуктов горения топлива будет более 500°С, что может привести к термическому шоку окатышей и снижению долговечности дутьевого короба, находящегося на пути движения смеси продуктов горения и горячего воздуха. Если количество подаваемого в форкамеру воздуха будет более 50 В, то в этом случае нарушается стабильность горения топлива в форкамере.
Теплотехническая схема сушки окатышей, расположенных на транспортерной ленте и движущихся к обжиговой конвейерной машине, включающая установку теплоизолирующего горна с встроенной форкамерой для сжигания топлива и подачу в нее части горячего воздуха на выходе горна, предложена впервые. Отличительные признаки способа, заявленные в предложенной совокупности, формируют новые свойства: подогрев воздуха, движущегося в горне, и струй воздуха, истекающих из дутьевого короба, до заданной температуры непосредственно в рабочем пространстве горна, минуя теплообменник и вентилятор; повышение термическими методами скорости истечения воздуха из дутьевых коробов, нагретых непосредственно в рабочем пространстве горна продуктами горения топлива; организация вихревого движения газов в рабочем пространстве на выходе горна за счет более высокой скорости движения продуктов факельного сжигания топлива; перенос части (5-10%) тепловой нагрузки на сырые окатыши с обжиговой машины на участок транспортирования сырых окатышей; использование технологии сжигания топлива для сушки окатышей, расположенных на транспортерной ленте. Указанные свойства позволяют решить задачу изобретения. На основании изложенного считаем, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям новизны, технической применяемости и изобретательскому уровню.
Способ термообработки окатышей реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже. Устройство содержит окомкователь 1, на котором происходит окомкование шихты с получением влажных окатышей. Для транспортирования окатышей к обжиговой машине (на фигуре машина не показана) предназначена транспортерная лента 2. Влажные окатыши укладываются на ленту слоем 3. Для удаления отработанных горновых газов от обжиговой машины предназначен дымоход 4 и дымовая труба 5. В дымоходе установлен рекуперативный теплообменник 6. Он содержит воздуховод 7 холодного воздуха и воздуховод 8 горячего воздуха. Устройство снабжено теплоизолирующим горном 9. Транспортерная лента с окатышами расположена в рабочем пространстве теплоизолирующего горна. Над слоем сырых окатышей установлен дутьевой воздухораспределительный короб 10, состоящий из нескольких секций. Нижняя часть дутьевого короба, ориентированная на слой окатышей, снабжена соплами. Для нагнетания горячего воздуха в горн предназначен вентилятор 11, расположенный на выходе горна. Для отсасывания отработанных газов из рабочего пространства горна служит дымосос 12, расположенный на входе горна. На своде горна выполнен загрузочный узел 13, необходимый для загрузки сырых окатышей на транспортерную ленту. Горн снабжен торцевой стенкой 14. Для выдачи окатышей с транспортерной ленты на роликовый укладчик в торцевой стенке горна выполнено разгрузочное окно 15. Устройство дополнительно содержит форкамеру 16, снабженную топливосжигающим устройством 17, туннелем 18 и воздушными каналами 19 (на схеме показан один канал). Топливосжигающее устройство (горелка или форсунка) снабжено трубой 20 для подачи топлива и каналом 21 для подачи воздуха горения.
Способ термообработки окатышей осуществляется следующим образом. Влажная шихта комкуется на окомкователе 1 в режиме переката с получением кондиционных влажных окатышей. Влажные окатыши выдаются из окомкователя 1 и укладываются на транспортерную ленту 2 слоем 3 через загрузочный узел 13. Отработанные горновые газы обжиговой машины движутся по дымоходу 4, дымовой трубе 5. В рекуперативном теплообменнике 6 горячие горновые газы передают тепло холодному воздуху. Холодный воздух поступает в рекуператор 6 через воздуховод 7 и, нагретый до температуры 300°С, через воздуховод 8 горячего воздуха двумя потоками поступает в теплоизолирующий горн 9. Первый поток горячего воздуха подается в дутьевой воздухораспределительный короб 10, из которого воздух вытекает в слой окатышей 3 в форме многочисленных струй. Второй поток горячего воздуха нагнетается на выход горна вентилятором 11. На торцевой стенке 14 выхода горна 9 установлена форкамера 16, в туннеле 18 которой происходит сжигание топлива. Для сжигания топлива предназначено топливосжигающее устройство 17, в которое подается топливо по трубе 20 и воздух по каналу 21. В факел, образующийся в туннеле 18 от горения топлива, через воздушные каналы 19 подается (как вариант, подсасывается факелом) горячий воздух, нагнетаемый вентилятором 11 в горн 9. Образующаяся смесь продуктов горения топлива и горячего воздуха имеет температуру 400-450°С, которая, выходя из форкамеры, нагревает дутьевой короб 10 и повышает температуру струй воздуха и общий температурный уровень теплоносителя на выходе горна до 350°С и выше. Горячий воздух, истекающий из дутьевого короба 10 в виде струй, производит сушку окатышей и, выйдя из слоя, двигается в режиме противотока к входу горна 9 вместе с продуктами факельного горения топлива, где дымососом 12 отсасывается из рабочего пространства горна. Частично подсушенные окатыши через разгрузочное окно 15 поступают на ленту обжиговой машины, где осуществляется окончательная термообработка.
Пример. Отработку способа термообработки окатышей проводили на лабораторной установке, моделирующей технологический процесс, схематично представленный на чертеже. Установка включала горн, дутьевой короб, расположенный над слоем окатышей размером 220×220×150 мм. К горну примыкала форкамера размером 250×220×400 мм. В качестве топлива использовали сжиженный природный газ, включенный в работу с помощью газового расходомера. Воздух, идущий на сушку, горение, формирование струй, нагревали в электропечи СУОЛ и подавали вентилятором. Количество воздуха, нагнетаемого в форкамеру, регулировали шиберами, установленными на воздуховоде. После сушки слой разбирали и определяли влажность окатышей. Длительность общей сушки и производительность обжиговой машины рассчитывали. Результаты экспериментов и расчетов представлены в таблице 1.
Таблица 1
№ п.п.
Расход топлива, м<sup>3 </sup>на тонну окатышей
Количество воздуха, подаваемого в форкамеру в числах, от расхода топлива
Производительность обжиговой машины, т/ч
1
0,1
10
101,1
2
0,1
50
101,2
3
1,5
10
101,6
4
1,5
50
101,9
5
2,5
10
102,9
6
2,5
50
103,3
Данные прототипа
7
-
-
100% (310 т/ч)
3
Как видно, повышение производительности обжиговой машины в пределах 1,1-3,3% получено за счет сжигания топлива в форкамере, примыкающей к теплоизолирующему горну с расходом 0,5-2,5 м на тонну окатышей и подачи горячего воздуха в форкамеру в количестве 10-50 от расхода топлива.