Введение к работе
Актуальность дроблены. Одшш из главных направлений развития народного хозяйства на современном этапе и в блнгайаей перспективо является создание и внедрение в широких масштабах производства интенсивных материало- и энергосберегающих технологий.
Для решения этой вазнейпей проблема в металлургии необходимо вскрыть имеющиеся дополнительные резервы е производстве металла,найти оптимальную увязку различных по своей природе процессов на диалектическом развитии, провести детальный анализ всего технологического цикла как единого целого. Значительные изменения качества исходного сырья в последние годы (повышение доли тоикоизмельченнкх концентратов и яелезосодергащнх шламов в шихте, снигение качества руд и т.д.), а также стоимости твердого и газообразного топлива требует решения вопросов интенсификации процессов спекания с одновременным сннаанием их удельных расходов и улучавшем экологической обстановки.
ВалноЗ характерной чертой существующего агломерационного производства является многофакторность и полилокальность схе*ды цепи аппаратов, что дряводат к утечке материальной частя шихты и тепловой энергии в сжррахзщув среду.
Отсутствие целостностяых экспериментальных исследований и теоретических обобщений выбора роли реатанта-интенсЕ$жатора, обеспечивающего критериальную оценку, при комплексной разработке технологии рециркуляции ресурсов, не только с целью совершенствования локальных технологий (окоикованйя,загрузки шихты на паллеты и др.), но и в плане интенсификации агломерационного производства в целой, сдеряяваот сокращение удельных материальных з тепловых расходов. Всё это обусловило постановку актуальной крупной проблемы жнтенсификации процесса спекания шихты, содержащей высокую долю тонноазааяьченных концантра-тов, снижения удельного расхода твердого и газообразного топлива ,по~ вгзонпя качества агломерата н экологической обстановки на действующей оборудовании, на осново развития рециркуляционных нагрузок, рэзе-hsq которой имеет ватное научное а народнохозяйственное значение.
Разносторонность в использовании классических законов обусловлена различней их дойствня на всём пути передела пихты в агломерат в условиях изменения направления влазностннх и твнпаратурнкх градиентов, значение которых икает квото в развитии научно обоснованной технологии рециркуляции.
Основные результаты, нзлогенные в диссертации, получены при полнении научно-исследовательских работ в соответствии с заданиям! ИЮ "Укрмвталлургпрои" J6 68 - 1984 r.j МЧМ УССР (п.148 - 1979 г.); координационных планов МЧМ УССР и СССР по направлению "Подготовка сырья к доменной плавке" (I97C—I990 гг.); научно-технической прог] мы "Металл" (приказ Минвуза СССР * 452).
Цель работы. На основе анализа и обобщения теоретических пол< ний и практического опыта локальных утилизирующих технологий в их особенностей и выявления новых закономерностей хода процесса спею ния, связанных с широким развитием комплексной технологии рециркуі цин, разработать и внедрить в производство технические решения,осі ванные на ряде новых инаенерных расчётов и методик, обеспечиваюат вовнаенне производительности агломааин, снижение удельного расхода твердого и газообразного топлива, улучшения качества агломерата и экологической обстановки на действующем оборудовании.
Научная новизна. В диссертации развиты теоретические и приклг ные основы интенсификации процесса спекания шихт при освоении кош лексной технологии рециркуляции вторичных ресурсов при аглсаюрацш материалов, содержащих высокую долю тонкоизиельченных концентраты обеспечивавдей интенсификацию производства, ресурсосбережение, пси шение качества агломерата и уровня экологической обстановки.
Впервые сформулировано понятие о классификации рециркуляции локальные,сопряаеннив в дистанционные с предъявленном к нин требої пий по ряду краевых условий. Впервые замечено, что на всей цепочке передела шоты в аглсиерат вода, с её легко менявдишя фазовым сое яннен, ыожет быть представлена в роли реагенга-интенсифшеатора, сі собствующая эффективному развитых) рециркуляционных нагрузок. Впері предложена, теоретически обоснована в проверена в йромшленннх усі влях локальная технология рециркуляции колкой недоокошеованной час шихты в барабане-окошеователе, способствующая повышению скорости окемкования шихты и её качества за счёт увеличения количества заре шевых центров. Определена оптимальная рециркуляционная нагрузка, е ченк параметры процесса окомковакия, смешения и спекания при этом.
Впервые в практике аглопроизводства предлогена и разработана технология предварительного нагрева шихты пародыиовой смесьв, обре ванной в паротеплогенераторе новой конструкции. Получено обобщение критериальное уравнение, позволящве рассчитывать иассоотдачу в oi кователях с различной площадью теплообмена.
Впервые разработана технология и конструкция установки для рс-
циркуляция тепла дымовых газов из рабочего пространства зазигательно-го горна с целью получения пародымовой смеси, пригодной для нагрева зихты при окомковаши. Изучены закономерности распределения вещественного состава окомкованной производственной шихты, в результате чего впервые предложен и ясследоЕан процесс погруппового гранулирования анхт, позволяющий, при их совместной укладке в слой, с соблюдением условий сегрегации, управлять тепловым состоянием верха я низа спека-змого пирога с вытекающими отсюда последствиями по скорости спекания, ювыззния качества агломерата и т.д.
Впервые предложена и разработана сопряженная технология рецирку-ІЯЩН лучистого тепла с посдедугжяим переводом его в конвективное для ісяользования в процессе подогрева и сушки шихты в промежуточном бун-серо путем установки трубчатого экрана-утилизатора и подвода вентиляторного воздуха через систему облучаемых труб и сопел. Исследованы за-Еономерностн истечения окоьжованной шихты из разгрузочной щели бара-іанного питателя.
На основе теоретического анализа и созданной методики расчёта га влиянию нагретого вентиляторного воздуха на интенсивность процес-а зажигания шихты впервые разработано и предаокено устройство горна, бвспечнваЕщего технологии рециркуляция лучистого тепла в локальных слоЕяях. Установлено* что такая технология способствует поЕшенив рсвня охясяитвдьвого потенциала дымовых газов в горне» Впервые в тех-ологяя процесса загяганяя теоретически обоснована д экспериментально одтвэрздена эффективность дифференцированного использования конвек-явного и лучистого тепла в условиях развятия рециркуляции двзговых азов нз горна; Рециркуляция греющей среды из горна з рециркуляция ародкиовой саеси в паротеплогенераторе оказывают полсеттольное влия-яе на окислительный потенциал горновых газов и уровень использова-ая водяного пара при подогреве шихты в окошсоватоле.
Впервые разработана в промшзлвЕНых условиях технология рецирку-ацяи аэродасяерсноЗ паропыдевой сггвси, образовавшейся в барабане ту-еная возврата, а подводок её в слой агломерата на стадии закончен-остя его образования. Установлено, что для шля няяняй раскаленный яой агломерата з зопэ плавления является "огнеакш" фильтром.
Сопосгавятельнкй анализ идентичности основных тепло- и ыассооб-зншх процессов, протекающих при обработке гедззобетояных изделий к рдетерата» позволял впервне перенести результаты настоящей разработ-з в сїрозтальнув индустрия, в частности, внедрения паротеплогенора-эра с элементами рециркуляции греззщей среды з условиях тепдовлажнс-
тной обработки внзеприводенша кзтеряалов.
Практическая ценность. Проведенные теоретические и экслериыв] тальные исследования лабораторного характера явились научный фундг ментом новых технических решения, внедренных в проектные разрабоп и практику широкого развития технологий, рециркуляции. Разработаны инженерные методики, ранения, математические модели используются і могут быть яспользованы технологическими и теплотехническими лабо] ториями аглофабрик, проектными и исследовательскими организациями металлургической промышленности при изучении и разработке локальш сопряженных и дистанционных (комплексных) технологий, рециркуляцш
Разработка теоретически обоснованной практики внедрения комплексной технологии рециркуляции вторичных материале- и энергоёмки ресурсов является мощным рычагом в деле интенсификации аглопроизк ства. Разработанные способы и устройства для их осуществления на ] личных локальных участках: составления, окомковакЕЯ, загрузки, заз гания шихты, охлаждения агломерата и возврата способствую? повызе] скорости спекания, сяяжзнив удельного расхода твердого и газообра: ного топлива, повышению качества агломерата и экологической обстановки на действующем оборудовании без существенных капитальных за; рат. Решение поставленных в диссертационной работе задач позволяв: интенсифицировать процесс спекания шахты, содержащей васокув долю тонкоязыельчзнных концентратов, на 21,0$, либо повысить высоту сп< каекого слоя на 0,16 и и снизить удельный расход твердого топлива на 12 кг, газообразного - на 10-15$ при одновременном улучшении и чества агломерата за счёт снижения количества в нам мелочи.
Важной особенностью разработки является улучзеннв экологичесз обстаяоЕЕЯ за счёт снижения количества выбросов вредных составляй аглогазов, полного исключения лучистого тепла зажжённой йнхтн на і служнвагяций персонал, снижение уровня запыленности на участке выд/ чи возврата и др.
Реализация работы в прошааденноста. Основные рекомендации и ] зультатн работы внедрены в аглопроизводство на металлургических предприятиях Украины. Главные результаты разработки, направленные на совершенствование локальных, сопряженных и дистанционных рецнр ляцяонных технологий внедрены на действующих агломашЕнах типа АКЫ-50 я АКМ-75 Днепровского металлургического комбината (ДОС.г.Днепр Дзержинск), Мариупольского металлургического комбината ка.Ильича (мЖ,г.Мариуполь) и комбината "Криворожсталь" (г.Крлвой Рог). Результаты разработки паротеплогенератора внедрены в строительную и дустрию. Общее количество произведенного агломерата с участием на
тоящей разработки составляет около 200,0 млн.тонн. Экономический эффект от внедрения результатов технологии рециркуляции составил 887,0 тыс.рублей в год (в ценах 1990 г.).
Одна из технологи! удостоена серебряной медали ВДНХ СССР, а проектная документация процесса подогрева шихты, на основе бартерной сделки ЛУК и металлургического предприятия Китайской Народной Республики передана последней.
Теоретические разработки автора внедрены в учебный процесс кафедры металлургии чугуна ДГТУ в виде нового лекционного материала, мггодическюс указаний к выполнению лабораторных работ для специальности "Металлургия черных металлов".
На защиту выносятся следующие долсешния:
теоретически! анализ по воздействию B^Q, различного фазового состояния на процессы развития локальных, сопрязвкных и дистанционных технологий при аглошрацни;
комплекс теоретических и экспериментальных зависимостей,раскрывающих сущность, обличительные признаки и цели разработки технологии рециркуляции шгераальшос ресурсов в процессе ях подготовки к спеканию з условиях все возрастающей дола тонкоязмельчекнкх концентратов
В EflZT9J
комплекс теоретических и экспериментальных теплотехнических за-шшшостей, раскрывающих сущность, отлнчнгалъЕЕз признаки и цели разработки технологий рециркуляция вторичных экергоресурсов в процессе низко- и вксокотештаратуркой обработки шихты,агломерата и возврата;
результирующее влияние комплексной технологии рециркуляция на интенсификацию процесса спекания, сиигекив удельных расходов твердого и газообразного топлива, повнзение качества агломерата и улучшение экологической ОбСїаЯОЕКИ.
Материалы работа доложены и обсуэтены на Есасозззкон научно-тех-нячзсксы семинаре "Интенснфзкацяя агломерационного процесса и улучшение качества агломерата при спеканнн тонконзкальчэнннх концентратов" (г.Липецк,1975 г.); Взеесззной научно-тегкжческой конференции "Пятилетке качества и эффзктнвности - труд колодах ке^аллургов" (г.Тула, 1978 г.)j Рзспублтащской научно-технической конфзрзнцнн "ТеОрвїНЧе-СЕІШ ОСНОВЫ Я ТЗХНОЛОГЯЯ ПОДГОТОВКИ ШТаДДУрГИЧЗСЕОГО СКрЬЯ К Д0М9Н-
йоЗ плавке" (г. Днепропетровск, 1979 г.;1980 г.); Республиканской конференции "Вопросы совершенствования тепловой работы н конструкции азталлургических печей" (г.ДдопрспзтроЕса,1981 г.); Всесоюзной конференции по пряксму получаниэ геле за "Paspadossa и проверка в полу-
промышленных условиях технологии прямого получения железа" (г.Моск 1983 г.)j Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и техн логия подготовки металлургического сырья к доменной плавке" (г.Дне пропетровск,1985 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "М додёгь и научно-технический прогресс" (г.1нпецк,1986 г.;1987 г.);В союзной научно-технической конференции "Создание и совершенствован энергосберегающих технологий в пирометаллургии" (г.Караганда, 1988г Всесоюзной конференции "Теплообмен в паротвшюгенераторах" (г.Ново бирск,1988 г.); семинаре по черной металлургии и рециркуляции,пров даном БЭК ООН (г.Дюссельдорф, 1995 г.); маадународной конференции "Теория н технология аглодоменного производства" (г.Днепропетровск 1995 г.); научных семинарах кафедр ДГТУ.ШвтАУДонГТУ.ИЧМ (1972-19 г.г.) н шкодах передового опыта агломератчиков Украины и СССР.
Декларация конкретного личного вклада в разработку научных ре зультатов, вынесенных на защиту, состоит в формулировании цели.нау ных положений и задач исследований, теоретическом обосновании техн логических решений по созданию технологий рециркуляции матернало-энергоёмкнх ресурсов локального,сопряженного н дистанционного хара тера, разработке математических моделей процесса спекания шихт,сод ващих высокую долю мелкодисперсных материалов, создание новых надо оборудования для снижения экологической напрязенности, внедрение р зультатов исследований в промышленных условиях.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 53 научные работы я получено Ю авторских свидетельств на изобретен Список основных из них прнвзден в автореферате.
Объем работы, диссертация состоит нз введешя,5 глав в заключ ягя (общих выводов); содоргкт 300 страниц машинописного тзкста, 10 рисунков, 30 таблиц, список литературы нз 31? наименований и прило гений (расчёты.акты.справкЕ и т.д.).
Автор благодарен сотрудникам кафедр "Металлургия чугуна" ДТТУ и ШетАУ за помощь в проведении экспериментальной части исследован работникам ДЩ.меткомбината "Кряворожсталь",ШК ш.Ильича.проектнс института "Укргипромез", ТУ Министерства промышленности Украины за помощь и оказанное содействие при проведении и внедрении работ в промышленных условиях.
Особую признательность автор выражает профзссорам.д.т.н.іогшз ву В.И.,д.т.н.Чернову Н.Н., доцентам,к.т.н.Іевченко В.К. и Платоне ву Г.М. за полезные советы и критические замечания на всех этапах выполненЕя работы, а такке академику ИА Укранны,профбссору, д.т.н.
Огурцову А.П. за консультативную помощь, оказанную в период завершения работы над диссертацией и подготовки к защите.