Файл: Вегман, Е. Ф. Теория и технология агломерации.pdf

жима зажигания, при котором продукты горения газа под горном почти не содержат кислорода. В этих усло­ виях раскаленные частицы коксовой мелочи не горят, зона горения твердого топлива перемещается вниз край­ не медленно, отставая от тепловой волны; площадь под зажигательным горном не используется, что понижает производительность аглоленты на 5—10%. Частицы твердого топлива взаимодействуют по эндотермическим реакциям с Н20 и С 02 продуктов горения газа с образо­ ванием Н2 и СО. Вследствие этого к моменту вы­

хода паллеты из-под зажигательного горна, содержание углерода в верхнем слое шихты снижается, что умень­ шает здесь приход тепла от горения углерода при просасывании воздуха и ухудшает качество агломерата в верхней части пирога. Активный режим зажигания пред­ полагает сжигание газа под горном с высоким коэффи­ циентом избытка воздуха, горение углерода шихты и пе­ ремещение зоны горения под горном. Газы с высокой теплотворной способностью (природный газ, коксовый газ), сжигание которых при а — 1 дало бы под горном слишком высокие температуры (1500—1800° С), могут сжигаться при а — 1,2ч-1,3, т. е. со значительным избыт­ ком воздуха. Содержание кислорода в продуктах горе­ ния газа под зажигательным горном может быть повы­ шено также вводом в горн технического кислорода. Эта мера повышает производительность агломерационной ленты на 3—5%.

ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. СОСТАВ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Горение углерода по современным представлениям на первых стадиях процесса связано с химической ад­ сорбцией кислорода на поверхности горящей частицы топ­ лива и с последующим образованием комплексов СхОу, распадающихся при десорбции на СО и С 02. В продук­ тах распада комплекса СхОу при относительно низких температурах преобладает углекислый газ; при высоких температурах продуктом распада комплекса является преимущественно СО. Часть СО возможно догорает до С 02 в газовой фазе, окружающей горящую частицу

коксовой мелочи и содержащей кислород. Эксперимен­ тально факт догорания СО в С 02 в зоне горения при аг­

ломерации не доказан.

191

При степени графитизации вещества коксовой мело­

dx

где x = d/d0—~относительный диаметр частиц топ­ лива;

К 27°2 ^_ — коэффициент пропорциональности,

VtСт

учитывающий свойства газовой фа­ зы и качество топлива, а также удельную поверхность топлива в слое;

у0 — плотность кислорода при давлении

Р и температуре Г; ут— плотность топлива;

d0 и d — диаметры частиц топлива при нача­ ле горения и в рассматриваемый момент времени;

ß— стехиометрический фактор, характе­ ризующий продукты горения угле­

рода;

ß = 0,75(С 02 + СО) : (2С02 + СО);

R — контанта скорости реакции;

газовой фазе (если эта предположительная реакция дей­ ствительно имеет место при агломерации)— в сильной мере зависит от концентрации кислорода и, учитывая цепной механизм горения окиси углерода, от присутствия водяных паров в газе.

По исследованиям В. Н. Кондратьева [177], взаимо­ действие между СО и 0 2 полностью прекращается в со­

вершенно сухой газовой смеси. Тщательно осушенная

192

окись углерода не воспламеняется в смеси с кислородом вплоть до 1400° С. По Я. Б. Зельдовичу и Н. Н. Семено­ ву [178], скорость распространения пламени при сжига­ нии СО в 0 2 приблизительно пропорциональна квадрат­

ному корню из концентрации паров воды в газовой сме­ си. Таким образом увлажнение воздуха, всасываемого в спекаемый слой, попадание некоторого количества гидратной влаги в зону горения твердого топлива ускоряют процесс горения.

Догоранию СО в С 02 препятствует, с другой стороны,

быстрое охлаждение газов в нижней части зоны горения и в зоне подогрева шихты, а также чрезвычайно малое время пребывания окиси углерода в зоне наивысших тем­ ператур.

Взоне горения твердого топлива в какой-то мере идут

иэндотермические реакции взаимодействия С с С 02 и

Н20:

С02 + С = 2СО;

Н20 + С = Н2 + СО.

По исследованиям 3. Ф. Чуханова [179], полное взаи­ модействие стехиометрических количеств Н20 и С при 1000— 1300° С требует не более 1,5—3 с. Расчеты, прове­ денные В. А. Шурхалом и А. А. Сиговым [180], показы­ вают, что при агломерации время пребывания газа в зо­ не наивысших температур составляет 8— 10 с.

Взаимодействие Н20 с С, верятно, полностью завер­ шается в зоне горения твердого топлива. По Ф. Гартману [71], результатом этой реакции является образова­ ние в зоне горения смеси гремучего газа, горение которо­ го является причиной повышения температур внутри этой зоны.

Что касается реакции С 02 с С, то при 1300° С в от­ сутствие кислорода, она заканчивается за 2—3 с, а при

900° С далека от завершения даже при времени взаимо­ действия в 80 с [181]. Изучение состава продуктов горе­ ния топлива, отсасываемых из зоны горения при агломе­ рации, не позволяет определить реальную степень взаи­ модействия С 02 с С при наличии кислорода в газовой

фазе, так как окись углерода в отходящих газах может образовываться как по реакции С+0,5 0 2— СО, так и по

реакции С 02+ С —2СО. .

Скорость движения зоны высоких температур при аг­ ломерации определяется скоростью перемещения зоны

горения углерода или интенсивностью теплопередачи под зоной горения, т. е. скоростью перемещения изотермы 700°С (температура воспламенения коксовой мелочи). При низких расходах коксовой мелочи, например, при спекании сернистых магнетитовых руд с 3—4% углерода в шихте, общая скорость процесса спекания определя­ ется теплопередачей. В этих условиях переход на обо­ гащенный кислородом воздух, не уменьшит общую про­ должительность спекания. При нормальном и повышен­ ном расходах коксовой мелочи общую скорость процес­ са агломерации определяет скорость горения углерода, зависящая в свою очередь от интенсивности питания зо­ ны горения кислородом и скорости самого химического акта окисления углерода. В этих условиях все меры, усиливающие подачу кислорода в зону горения (обога­ щение воздуха кислородом, агломерация под давлением и т. д.), ускоряют и процесс спекания в целом.

Существуют также специфические методы ускорения реакции горения углерода. Установлено, что коксовая мелочь, обработанная известковым молоком или тща­ тельно смешанная с известью (например, в четырехвал­ ковой дробилке при дроблении коксовой мелочи) горит несколько быстрее, чем обычно. В равных условиях горе­ ние ускоряется при подаче в слой ионизированного воз­ духа или ионизированной смеси воздуха с продуктами го­ рения газа (авторское свидетельство СССР, кл. 18а, 1/08, № 263610, 18 ноября 1968 г.). Скорость горения коксовой мелочи при агломерации увеличивается и при работе с пульсирующим вакуумом (авторское свидетельство

СССР, кл. 18а, 1/10, № 255953, 23/ѴІІІ 1967 г.), т. е. с мгновенным перекрытием сечения сборного газоотвода. Частота таких перекрытий должна быть достаточно боль­ шой (50—250 гц). Пульсация вакуума приводит к искус­ ственной турбулизации потоков воздуха и газов в спекае­ мом слое, что увеличивает скорость подхода кислорода из газового потока к поверхности горящей частицы топ­ лива, снижая внешнее диффузионное сопротивление по­ граничного слоя у поверхности.

Оптимальная крупность коксовой мелочи подбирается в каждом случае практики опытным путем с учетом ско­ рости горения, прочности готового продукта, крупности

194

емость аглошихты, замедляет спекание и сверх того по­ нижает прочность кусков агломерата, так как топливные частицы размером—0,5 мм при горении не в состоянии создать вокруг себя блоки агломерата и тем более сис­ тему блоков, образующую прочный кусок.

При спекании аглоруд крупностью— 8 мм оптималь­

ным является, по данным этих опытов, коксовая мелочь крупностью 1— 2 мм, способная создать блоки размером

до 18—20 мм, система которых образует прочные куски агломерата. По данным Г. М. Ефименко и сотр. [182], при спекании Коршуновского концентрата ( —1 мм, 30% фракции — 74 мк) наилучшие показатели по скорости спекания достигаются на коксовой мелочи (0,5—3 мм) Результаты многих других исследований свидетельству­ ют о нежелательности присутствия фракций —0,5 мм и + 3 мм в коксовой мелочи, направляемой в аглошихту. Отметим, что чрезмерно мелкие фракции коксовой мело­ чи в процессе агломерации под действием газового по­ тока передуваются из верхних горизонтов в нижние, что вредно сказывается на прочности агломерата. Коксовая пыль вообще обладает большой подвижностью в спека­ емом слое. По экспериментальным данным В. Я. Милле­ ра, при внезапной подаче к поверхности спекаемого слоя в ходе агломерации взвеси тонких фракций коксовой мелочи в воздухе температура в зоне горения немедленно резко возрастала. Это неопровержимо свидетельствует о проходе частиц коксовой мелочи вместе с воздухом через слой готового агломерата с попаданием в зону горения твердого топлива. Этот принцип был, хотя и с совершенно другими целями, использован и Е. Ф. Вегманом для пода­ чи в зону горения топлива вместе с воздухом мелких час­ тиц тугоплавких соединений (корунда, извести и др.). Хо­ лодные или слабонагретые частицы, попадая в расплав, служат центрами кристаллизации, способствуют умень­ шению количества стекла в агломерате при застывании расплава и при последующей термообработке продукта, что приводит к повышению его прочности (авторское свидетельство СССР, кл 18а, 1/10, № 184891, 19 декабря 1964 г.). Опыты подтвердили возможность упрочнения аглемерата таким способом. Всасывание в спекаемый слой запыленного воздуха из систем вентиляции агло­ фабрики является, с этой точки зрения, весьма желатель­ ным. Ввод тугоплавких добавок в шихту дал бы, конеч­ но, меньший эффект, так как после подогрева вместе с