Исследование влияния сегрегации аглошихты на показатели процесса ее спекания

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Вип. № 17

2007 р

УДК 669.18.054.83

Безверхий И.В. *

ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СЕГРЕГАЦИИ АГЛОШИХТЫ НА ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЕЁ СПЕКАНИЯ

Экспериментально установлено влияние степени сегрегации агломерационной шихты на скорость спекания агломерата. Показано, что за счёт разделения гранул разной крупности по высоте спекаемого слоя возможно повышение скорости спекания агломерата на 38 %. Получены уравнения, позволяющие количественно учесть влияние сегрегации аглошихты на показатели процесса спекания.

Наряду с повышением качества окомкования аглошихты, можно также увеличить газопроницаемость спекаемого слоя за счёт управляемой сегрегации материала по высоте при загрузке её на аглоленту, т.е. достижения распределения, при котором размер частиц увеличивается в направлении от поверхности слоя к паллетам. При этом мелкие частицы не попадают в межкусковые пустоты крупных гранул, порозность и газопроницаемость аглошихты увеличивается [1]. Кроме повышения газопроницаемости сегрегация аглошихты по высоте дополнительно позволяет решить задачу увеличения концентрации топлива в верхних горизонтах слоя, где обычно наблюдается его недостаток, и укладки крупных гранул, заменяющих постель, на колосниковую решётку [2].

Целью работы явилась количественная оценка влияния сегрегации агломерационной шихты по высоте слоя на показатели процесса спекания.

Для оценки степени сегрегации аглошихты разработали показатель, основанный на гипотезе о соответствии её распределения по крупности статистическому распределению Вейбу-ла [3]

f

F

где F(d) - содержание частиц крупностью от 0 до d мм, д.ед.; X и р - параметры распределения Вейбула. Степень сегрегации шихты характеризуется величиной [4]

С = аф/аид,

где Сф - среднеквадратичное отклонение среднего диаметра частиц на каждом горизонте отбора от среднего диаметра гранул всей шихты;

сид- среднеквадратичное отклонение среднего диаметра частиц на каждом горизонте отбора от диаметра частиц на каждом горизонте при идеальной сегрегации.

Величина С изменяется от 0 до 1 по мере увеличения сегрегации и может быть использована в качестве числового аргумента зависимости характеристик спекаемого слоя от его структуры.

При проведении исследований была подготовлена агломерационная шихта по методике, изложенной в работе [1].С полученной аглошихтой были проведены 7 спеканий при различной степени сегрегации 0,08 (3 спекания), 0,59 (2 спекания) и 0,82 (2 спекания). Агломерацию производили при постоянном разряжении 10 кПа. Высота слоя составляла 230 мм. Производительность агломерационной установки оценивалась по времени спекания, с учетом массы спёка и выхода годного. Продолжительность спекания по времени принимали от момента включения

ГТГТУ, асистент

эксгаустера и зажигания топлива в верхних слоях шихты до момента достижения максимальной температуры в вакуум-камере. Скорость спекания определяли как отношение высоты слоя ко времени спекания. Механическую прочность оценивали по результатам барабанной пробы и выхода фракции +10 мм после барабана. Истираемость агломерата оценивали по результатам пробы и выхода фракции -0,5 мм после барабана. Спеченный пирог агломерата выгружали из чаши, разбивали вручную на куски и рассеивали на виброгрохоте с выделением годного агломерата фракции +10 мм. Затем фракцию +10 мм подвергался разрушению в барабане. Испытания прочности агломерата производили в лабораторном барабане диаметром 0,5 м и длиной 0,25 м, уменьшенном в М = 2 раза в сравнении со стандартным (ГОСТ 15137 - 69). При разработке модели барабана для определения механической пробы агломерата соблюдали условия физического подобия (табл. 1).

Таблица 1- Определение параметров барабана для определения прочности агломерата

Параметр Стандартный Модель Расчётное уравнение

1. Длина барабана /, м 2. Диаметр барабана Б, м 3. Скорость вращения п, об/мин 4. Время вращения х, мин 5. Общее число оборотов N 6. Масса агломерата, т 0,5 1 25 8 200 15 0,25 0,5 35 5,66 200 1,875 им D/M П* л[М т/4м N т/М3

Извлечённый из барабана агломерат рассевали с выделением фракций +10 мм (М10) и -0,5 мм (М-0'5). Соблюдение условий подобия позволяет переносить результаты барабанной пробы из лабораторных в промышленные условия.

Сравнение результатов (табл. 2) спекания показало, что за счёт увеличения степени сегрегации шихты возможно повышение скорости спекания на 38 %. Одновременно в ходе лабораторных спеканий наблюдали снижение ударной прочности агломерата М10 при увеличении степени сегрегации. Выход годного агломерата +10 мм практически не менялся, оставаясь в пределе 76 - 77 % во всех опытах. Также не выявлено четкой связи степени сегрегации и механической прочности агломерата на истирание М-0'5. Значение этого показателя оставалось на уровне 6,6 - 7,1 % для всех опытов. Увеличение скорости спекания наблюдали из-за увеличения газопроницаемости шихты за счет увеличения порозности.

Таблица 2 - Результаты опытных спеканий шихты с различной степенью сегрегации С

С W, мм/сек М+10, % М-0,5, % выход годного, %

0,08 22,2 74 6,57 76,19

22,9 70 6,84 76,69

23,9 67 6,93 76,24

0,59 25,2 71 7,11 76,92

23,8 63,5 7,00 76,55

0,82 32,1 65,5 6,94 76,40

31,9 68 6,85 76,36

С высокой точностью (корреляционное отношение г| = 0,83) по усредненным данным были получены зависимости скорости спекания W и ударной прочности агломерата М10 от степени сегрегации шихты.

WOO О ^ 0,794 С5

= 23, Зе ,

М+1° =5,144С2-9,427С+71,02.

Анализируя полученые зависимости (рис. 1), можно заметить, что большой рост скорости спекания соответствует высоким показателям сегрегации. Для уменьшения ударной проч-

ности агломерата наблюдается обратная взаимосвязь - агломерат больше теряет прочность при низкой степени сегрегации. Откуда следует, что степень сегрегации от 0,2 до 0,6 недостаточна, а работа агломашин с С < 0,2 потребует укладки на ленту постели. Наиболее рационально для производства обеспечить степень сегрегации шихты более 0,6.

s s s

га _

о °

g S л

I-

о о

Q. О

m О

80 70 60 50 40 30 20

1 /

/ /

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Степень сегрегации, д.ед.

Рис. - Расчетная скорость спекания (1) и механическая прочность агломерата (2) в зависимости

от степени сегрегации.

Следует также заметить, что увеличение сегрегации аглошихты на практике должно сопровождаться повышением высоты спекаемого слоя за счет повышения его газопроницаемости, что возможно позволит исключить снижение ударной прочности агломерата.

В целом увеличение степени сегрегации гранул можно рассматривать как эффективный метод интенсификации агломерационного процесса.

Выводы

1.

2.

3.

Увеличение степени сегрегации окомкованной агломерационной шихты по крупности обеспечивает повышение скорости спекания на 38 %, но приводит к уменьшению ударной прочности агломерата на 5 %.

Получены уравнения, позволяющие с высокой степенью точности рассчитать скорость спекания и ударную прочность агломерата при различной степени сегрегации материала по крупности.

Степень сегрегации агломерационной шихты на агломашине менее 0,6 является нежелательным для процесса, так как при умеренном увеличении скорости спекания на 4,0 -13,5 % она приводит к заметному снижению ударной прочности агломерата (на 4 %). Положительный технологический эффект достигается при степени сегрегации больше 0,6, скорость спекания возрастает на 38 %, а дополнительное снижение прочности М10 не превышает 1 %.

Перечень ссылок

Применение статистического критерия сегрегации для оценки перераспределения шихты по крупности при загрузке на агломерационную машину / A.A. Томаш, И.В. Безверхий, В.А. Белоног, C.B. Кривенко // BicHHK приазов. держ. техн. ун-ту: 36. науч. пр. - Мар1уполь,2005. -Вип. 15.-С. 13- 16.

Петрушов С. П. Современный агломерационный процесс: Монография / С. H Петрушов-Алчевск: ДонГТУ, 2006,- 357 с.

Рубинштейн Ю.Б Математические методы в обогащении полезных ископаемых / Ю.Б. Рубинштейн, Л.А. Волков. - М.: Недра, 1987. - 296 с.

Безверхий И.В. Изменение порозности и газопроницаемости агломерационной шихты с различной степенью сегрегации гранул по крупности I И.В. Безверхий, A.A. Томаш, В.Ф. Борисов// Вюник приазов. держ. техн. ун-ту: 36. науч. пр. - Mapiyno.ib. 2006. - Вип. 16. - С. 9-12.

Рецензент: В.П.Тарасов

д-р техн. наук, проф., ПГТУ Статья поступила 29.01.2007

1.

2.

3.

4.