Агломерационное производство
Назначение агломерации: получение пористых кусков заданного размера офлюсованного материала – агломерата. Исходное сырье: железорудный концентрат - 40-50%, известняк -15-20%, коксовая мелочь (4-6%), влага(6-9%). Спекаются на агломерационных машинах при температуре 1300-15000C. Удаляются вредные примеси (фосфор, сера, мышьяк), разлагаются карбонаты.
Этапы технологического процесса агломерации.
1. Разгрузка вагонов с компонентами шихты. Оборудование: вагоноопрокидыватель, приемные бункера и т.д.
2. Усреднение на складах, в штабелях. Оборудование: конвейеры ( краны), роторные экскаваторы, или специальные комплексы.
3. Дробление известняка и кокса. Оборудование: дробилки ( конусные и валковые ); грохоты для отделения фракций, роторные дробилки для дробления известняка.
4. Накопление в шихтовых бункерах (отдельно для каждого вида шихты). Оборудование: бункеры, конвейеры и т.д.
5. Смешивание и окомкование шихты. Оборудование: смеситель, окомкователь.
6. Спекание агломерата. Оборудование: агломашина конвейерного типа, одновалковая дробилка; грохот; охладители возврата и годного агломерата;
7. Сортировка годного агломерата.
Оборудование: валковая дробилка годного агломерата; грохоты; вагоны.
Рассмотрим более подробно процесс производства агломерата и взаимосвязь агрегатов, расположенных на агломерационной фабрике.
Агломерационные фабрики представляют собой сложные производственные комплексы. Состав и структура комплексов определяются технологией окускования агломерационной шихты. В состав агломерационной фабрики обычно входят следующие основные сооружения: отделение вагоноопрокидывателей и приемных бункеров шихтовых материалов, корпус дробления и измельчения топлива, корпус дробления и сортировки флюсов (известняка), отделение шихтовых бункеров, корпус смешивания и окомкования шихты, корпуса спекания, охлаждения, дробления исортировки агломерата, газоочистные сооружения и корпус нагнетателей (эксгаустеров).
Транспортировка шихтовых материалов по технологической цепи агломерационных фабрик осуществляется системой ленточных транспортеров, в состав которой входят перегрузочные узлы.
На рис. 2.1 изображена схема цепи аппаратов агломерационной фабрики с конвейерной машиной и прямолинейным охладителем агломерата.
Шихтовые материалы, поступающие на аглофабрику в железнодорожных вагонах, роторными вагоноопрокидывателями 1 разгружаются в приемные бункеры 2. Перед вагоноопрокидывателями установлены железнодорожные весы для взвешивания поступающего сырья. При дальних перевозках аглоруда и концентраты, имеющие естественную влажность, в зимнее время смерзаются. Это приводит к усложнению разгрузочных работ и дополнительным расходам на строительство и эксплуатацию гаражей размораживания.
Материалы из приемных бункеров выдаются пластинчатыми или электровибрационными питателями, проходят через перегрузочные узлы иленточными конвейерами подаются в отделение распределения, передающие материалы на усреднительные склады и обратно со складов на смешивание и окомкование.
На усреднительных складах материалы укладываются в штабели 3, непрерывное послойное формирование которых осуществляется ленточнымиконвейерами 4, саморазгружающимися тележками или штабелеукладчиками. Из штабелей сырье различными способами, например роторными экскаваторами 5, загружается на отводящие ленточные конвейеры и транспортируется в отделение шихтовых бункеров. Топливо и известняк со складов направляются ленточными конвейерами на дробление и измельчение. Для измельчения известняка используют молотковые дробилки, работающиев замкнутом цикле с грохотами 10. Иногда известняк измельчают в две стадии: в молотковых дробилках до крупности 8 — 0 мм и в шаровыхмельницах до крупности менее 3 мм.
Топливо (кокс) в зависимости от исходной крупности измельчают в одну или две стадии. В последнем случае на первой стадии дробления до крупности 15 - 0 мм применяют конусные дробилки 7. Кокс перед дробилкой попадает на инерционный грохот 6 где отсеивается мелкая фракция, а затем после дробления вместе с отсеянной мелочью подается в четырехвалковую дробилку 8 на вторую стадию измельчения. При одностадийном измельчении используются только валковые дробилки.
Все шихтовые материалы, подготовленные по гранулометрическому составу, поступают в отделение шихтовых бункеров. Бункера 11 емкостью по 70 — 100 м3 располагают рядами, число рядов соответствует числу агломашин на фабрике. Число бункеров для различных компонентов определяется составом спекаемой шихты. Для железорудных концентратов и аглоруды используют обычно восемь-девять бункеров, для флюсов - четыре-пять, для топлива - три-четыре. Имеются бункера для возврата, окалины, колошниковой пыли и других компонентов шихты.
Загрузка шихтовых бункеров ведется ленточными конвейерами, оборудованными барабанными сбрасывающими тележками или передвижными конвейерами. Компоненты агломерационной шихты из бункеров выгружаются тарельчатыми или электровибрационными питателями, проходят через систему автоматического взвешивания и дозирования, укладываются на сборочный ленточный конвейер 12 и направляются в корпус первичного смешивания.
Смешанная шихта транспортируется в отделение агломерации и ленточными реверсивными конвейерами загружается в промежуточные бункера, из которых подается на вторичное смешивание или на окомкование в барабанные окомкователи.
При загрузке в промежуточные бункера имеет место сегрегация шихты, ухудшающая достигнутую однородность по крупности.
Учитывая это, на современных крупных аглофабриках стремятся исключить промежуточные бункера и шихту из барабанного смесителя 13 в окомкователь, 14 передавать ленточным транспортером 15.
Подготовленная шихта из окомкователя или вторичного смесителя загружается на челноковый ленточный распределитель, которым равномерно укладывается в бункер барабанного питателя шихты агломерационной машины 16. Перед загрузкой шихты на колосники движущихся спекательных тележек укладывается защитный слой постели - агломерат крупностью 12 — 25 мм. Загруженные тележки поступают под зажигательный горн, где происходит воспламенение твердого топлива верхнего слоя шихты. При дальнейшем продвижении тележек по агломашине через слой шихты просасывается воздух и горение топлива из верхних слоев
слой шихты перемещается в нижние. После спекания готовый агломерат в хвостовой части агломашины сходит со спекательных тележек и поступает в одновалковую зубчатую дробилку 17, а оттуда на самобалансный грохот 18, где выделяется горячий возврат (мелочь 6-0 мм), а надрешеточный продукт подается на охладитель 20. Горячий возврат направляется на сборный конвейер шихтовых бункеров и используется для подогрева других компонентов шихты или охлаждается водой в охладителях 19 барабанного типа и загружается в бункера шихтового отделения.
На аглофабриках для охлаждения агломерата применяются три типа охладителей: прямолинейные, кольцевые и чашевые, на которых продувом или прососом воздуха агломерат охлаждают до температуры 100°С. На некоторых отечественных и зарубежных аглофабриках агломерат частично или полностью охлаждают непосредственно на ленте агломашины.
Охлажденный агломерат проходит многостадийное грохочение для разделения на годный продукт и возврат.
Для первой стадии грохочения перед вторичным дроблением широко применяются стационарные грохоты 21, разделяющие агломерат на два класса. Надрешетный продукт подвергается измельчению в двухвалковых дробилках 22. При последующих стадиях грохочения на грохотах самобалансового типа 23 агломерат разделяется на годный продукт и возврат, а также выделяется агломерат для подстилочного слоя, подаваемого на колосники спекательных тележек.
После сортировки кондиционный агломерат транспортерами направляется в доменный цех или грузится в специальные железнодорожные вагоны 24.
Горячие газы, получающиеся при спекании агломерата, отсасываются нагнетателем (эксгаустером) 28 через вакуум-камеры 25, газовый коллектор 26, систему пылеочистки 27 и выбрасываются в дымовую трубу 29.
Рассмотрим устройство главного технологического агрегата аглофабрики.
Агломерационная машина АКМ-312 с площадью спекания 312 м2 (рис. 2.2) состоит из комплекта (130 штук) спекательных тележек 11, головной, средней и разгрузочной частей. В головной части расположены криволинейные направляющие 15, приводные звездочки 14 и собственно привод 16 ленты спекательных тележек. Над верхней лентой тележек установлены питатель постели 1 и два барабанных питателя шихты 2 и 3 первого и второго слоев. Мелкий агломерат и шихта, просыпающиеся через щели колосников при загрузке тележек на верхней ветви, попадают в камеры просыпи и по рукавам отводятся под нижнюю ленту тележек. В средней части машины расположены многосекционный зажигательный горн 4, 26 газоотсосных вакуум-камер 12 с продольными и поперечными уплотнениями, прямолинейные направляющие (рельсы) 5 верхней и нижней ветвей тележек.
Стационарная разгрузочная часть 9 агломашины обеспечивает плавный спуск тележек и состоит из криволинейных направляющих, звездочек и их привода, работающего в тормозном. На каркасе 13 агломашины для удобства обслуживания механизмов имеется разветвленная система площадок, переходов и лестниц.
Для защиты обслуживающего персонала от теплового излучения и уменьшения выброса пыли в атмосферу верхняя и нижняя ветви ленты спекательных тележек, а также разгрузочная часть агломашины имеют укрытия. Укрытие верхней рабочей ветви выполнено в виде борова 8 с увеличенным в сторону разгрузки сечением. Через открытый торец борова, выходящий за пределы здания аглокорпуса, засасывается воздух, необходимый для процесса спекания. Частично верхнее укрытие выполнено откатным 7, под ним
![]() |
![]() | |||
![]() |
установлен механизм для выкатки тележек 6 из-под горна и укрытия при проведении ремонтов.
2.2Доменное производство (производство чугуна)
Основной технологический агрегат доменного цеха - доменная печь. Ее составные части: металлический корпус (броня), футеровка; засыпной аппарат; колошник; шахта; распар; заплечики; горн; лещадь; фурмы; чугунная летка; шлаковая летка; газоотводы.
Доменная печь (рис. 2.5) имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6 шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат или окатыши и кокс). Шихту взвешивают, подают в скипы 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 — в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки поворачиваются на угол, кратный 60°.
При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен.
В верхней части горна находятся фурменные устройства 14 и фурмы 2, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива и газ – для экономии кокса.
Шихта подается загрузочное устройство (засыпной аппарат) порциями таким образом, чтобы был заполнен полезный объем доменной печи. Полезный объем - это внутренний объем, начинающийся от кромки большого конуса в нижнем крайнем положении до лещади. Современные доменные печи строят полезным объемом от 2000 до 5000 м3.
Вблизи фурм углерод кокса сгорает, выделяется теплота и образуется газовый поток из смеси газов СО, СО2, N2 ,Н2 , СН4 и др. Чуть выше фурм температура внутри печи превышает 20000 C.
Шихта из верхней части шахты опускается вниз и в зоне, где температура достигает приблизительно 5700С, происходит восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи
В процессе сгорания топлива одновременно происходит и образование окиси углерода СО и водород Н2 . Схематично химические процессы можно представить следующим образом:
1) С + О2 = СО2 + Q – экзотермический процесс (с выделением тепла).
2) С + СО2 = 2СО – Q – эндотермический (с поглощением тепла).
3) С + Н2О = Н2 + СО - эндотермический.
Газы СО и Н2 являются восстановителями железа из его окиси. Железо (Fe ) может образовывать с кислородом несколько соединений - Fe2O3, Fe3O4, FеO. В концентрате (железной руде) железо содержится в виде высшего оксида Fe2O3. Схема процесса восстановления железа:
Fe2O3 →Fe3O4 → FеO→ Fe .
Эти реакции происходят в верхних горизонтах печи с выделением тепла и являются косвенными. Восстановление происходит от высшего оксида к низшему в несколько стадий по мере продвижения шихты вниз. В нижней части доменной печи протекает реакция прямого восстановления железа твердым углеродом С. Реакция происходит с поглощением тепла. Одновременно, восстановленное железо, при температуре 1000-11000C взаимодействует с углеродом СО, углеродом кокса и сажистым углеродом, интенсивно его растворяя. Науглераживаясь, железо образует сплав Fе - С.
Т.к. температура плавления сплава Fe - C ниже, чем чистых компонентов, то на уровне распара и заплечиков сплав становится жидким. Одновременно, расплав насыщается марганцем Мn, кремнием Si (силициум), фосфором Р, которые восстанавливаются из окислов пустой породы руды, а также серой S, содержащейся в коксе.
Частично кремний Si, фосфор P и сера S удаляются в шлак, сера S - в доменный газ. Таким образом в нижней части горна образуется чугун - раствор в железе Fе углерода С (до 4% и более) , марганца Mn, кремния Si, фосфора P, серы S.
Шлак – это сплав окиси алюминия Аl2О3 , окиси кальция СаО, окиси магния МgO, сернистого кальция CaS, пустой породы, флюсов, золы топлива. Шлак всплывает в верхней часть горна.
Показатели работы доменной печи.
Для сравнительной оценки работы доменной печи общеприняты ряд стандартных показателей:
1. Натуральное производство чугуна за какой-то период времени (т/сут, т/год и т.д.)
2. Расход кокса на 1 тонну чугуна ( в современных печах составляет около 0,5т/т).
3. КИПО (коэффициент использования полезного объема доменной печи). КИПО = Vполез./G, где G - среднесуточная производительность доменной печи ( КИПО приблизительно равно 0,4 - 0,6, но чем меньше, тем лучше ).
Все шихтовые материалы подают к загрузочному устройству доменной печи (рис. 2.6) либо из скиповой ямы эстакады скиповым подъемником 1а с двумя скипами, перемещающимися по наклонному мосту (в крайних положениях один скип находится внизу под загрузкой — в скиповой яме, а другой — вверху — на колошнике, из которого шихта разгружается в загрузочное устройство печи), либо из отделения приемных бункеров наклонным ленточным конвейером 16. Преимущественное распространение до настоящего времени имеют скиповые подъемники.
![]() |
Для загрузки шихты в доменную печь применяют различные типы загрузочных устройств. На рис. 2.6 показаны две принципиально разные схемы этих устройств.
Двухконусное загрузочное устройство 2а, имеющее приемную воронку 1a, вращающийся распределитель шихты IIа с малым конусом и засыпной аппарат IIIа с большим конусом, является наиболее распространенным.
В последние годы начали применять загрузочные устройства других типов, например типа 2б, в котором применены вращающаяся распределительная воронка Iб, воронки IIб с газоуплотнительными клапанами III6 и направляющая воронка IV.
Через фурменные приборы 5 в горн доменной печи подают горячее дутье, обогащенное кислородом, природный газ, мазут или другие виды топлива.
Чугун из доменной печи выпускают через чугунные летки 6 по стационарным желобам 7 и подвижным желобам для одноносковой разливки 8 в ковши чугуновозов 9, которые доставляют жидкий чугун в миксеры сталеплавильных цехов 10а или на разливочные машины 10б (иногда к агрегатам грануляции).
Шлак из печи выпускают через шлаковые летки 11 (или чугунные) по стационарным желобам 12 и подвижным желобам для одноносковой разливки 13 в чаши шлаковозов 15, которые отвозят жидкий шлак к грануляционным агрегатам 14 либо в отвал.
Доменный газ по газоотводам 3 отводят из печи к газоочистным сооружениям и далее к потребителям.
Разрез доменного цеха с печью объёмом 2700 м3 представлен на рис.2.7.
Литература: [1],[10],[2],[3],[4],[14]
Контрольные вопросы
1. Исходные материалы и продукция агломерационного производства?
2. Для чего служит усреднение материалов?
3. Какие компоненты подвергаются дроблению?
4. Как подготавливаются шихты перед подачей на агломашину?
5. Как проходит процесс агломерации на агломашине?
6. Для чего служат вагоноопрокидыватели?
7. Типы дробилок?
8. Основные механизмы агломашины?
9. Исходные материалы доменного производства?
10. Конечные продукты доменного производства?
11. Составные части доменной печи?
12. Какие два основных процесса происходят в доменной печи?
![]() |
![]() |
13. Косвенные и прямые восстановители Fе?
14. Чугун - это сплав чего?
15. Технологический процесс выплавки чугуна?