Agglomeráció (kohászat)

Agglomeráció (a lat.  agglomero -ból - rögzíteni  , felhalmozni) - az iszapos finom ércek , koncentrátumok és fémtartalmú hulladékok hőkezelési módszere szinterezéssel. A legszélesebb körben alkalmazott agglomeráció a nyersvas kohászati ​​előállításához szükséges vasérc alapanyagok előállítására szolgál [1] [2] . Az agglomeráció során a szinterezett töltetrétegben lezajló folyamatok sok tekintetben hasonlóak a kerámiagyártásban és a porkohászati ​​eljárásokban előforduló szemcseszinterelési folyamatokhoz [3] .

Az agglomerációt vasércek és vaskoncentrátumok, valamint ércek és színesfém-koncentrátumok pörkölésére használják [4] . A vasérc szinteret a pellettel együtt a nyersvas előállításához használják fő nyersanyagként [5] .

Történelem

Az agglomerációt mint agglomerációs módszert 1887-ben F. Geberlein és T. Hatington angol kutatók véletlenül fedezték fel színesfémércek rostélyon ​​történő kéntelenítő pörkölésével kapcsolatos kísérletek során [6] . A pörkölést a következőképpen végeztük. Egy réteg égő koksz- vagy széndarabokat öntöttek a rostélyra , amelyre egy réteg szulfidércet fektettek. Alulról a levegőt a ventilátorból a rostélyon ​​keresztül táplálták be. Az üzemanyagrétegen áthaladva a levegő intenzív égését biztosította. A tovább haladó forró égéstermékek felmelegítették a fent elhelyezkedő ércréteget. 400-500°C hőmérsékleten a szulfidok meggyulladtak. Égésük következtében többlethő szabadult fel, amely gázárammal került a még magasabban elhelyezkedő ércrétegbe. Így a szulfid égési zóna a gáz mozgásának irányába mozdult el, sorban áthaladva a rostélyon ​​elhelyezkedő teljes ércrétegen. Az ércpörkölés kívülről hőellátás nélkül, csak a szulfidok égése során felszabaduló hő miatt történt. A rostély elején elhelyezett „gyújtó” tüzelőanyag (vörösen izzó koksz vagy széndarabok) csak a legalsó réteg ércének szulfidjainak meggyújtására szolgált [7] .

A kutatás során kiderült, hogy a magas kéntartalmú ércek pörkölése során annyi hő szabadult fel, és a hőmérséklet olyan szintre emelkedett, hogy az égett ércdarabok egymáshoz olvadtak. A folyamat befejezése után az ércréteg kristályos porózus masszává alakult - szinterezve. A zúzott pogácsadarabok, amelyeket "agglomerátumnak" neveztek, fizikai és kémiai tulajdonságaikat tekintve egészen alkalmasnak bizonyultak bánya olvasztásra [7] .

A technológia viszonylag egyszerűsége és a szulfidércek réteges oxidatív pörkölésének magas termikus hatásfoka felkeltette a vaskohászati ​​szakemberek figyelmét . Felmerült az ötlet, hogy hasonló technológián alapuló vasérc anyagok termikus agglomerációs módszerét dolgozzák ki. A kén, mint hőforrás vasércekben való hiányát úgy gondolták, hogy kis széntartalmú tüzelőanyag részecskéket adnak az érchez: szén vagy koksz. A laboratóriumban ezt a technológiát alkalmazó vasérc agglomerátumot először Németországban állították elő 1902-1905-ben. [nyolc]

A szinterek gyártására szolgáló első ipari létesítmény a Geberlein kazán volt - egy kúpos acéltál, amelynek aljától bizonyos távolságra egy rostélyt rögzítettek, az alján pedig egy elágazó cső volt a fúvóból történő robbanás ellátására. Az eljárást az jellemezte, hogy az ércszemcsék lágyulásához és részleges olvasztásához hőforrásként szén- vagy kokszrészecskéket égettek . Az agglomerációs töltet vékony rétegét, finom nedves érc és kokszrészecskék keverékét vörösen izzó szilárd tüzelőanyag-darabok vékony rétegével borították be a rostélyon. Ezt követően a robbantást bekapcsolták, és a rostélyon ​​égő tüzelőanyag-rétegben felmelegített gáz felemelkedett, meggyújtva és a szinterezett anyag alsó rétegében elégette a töltetben lévő tüzelőanyagot. Amikor az égési zóna elérte a felszínt, a szinterelt töltet következő rétege került betöltésre. Így a folyamat addig folytatódott, amíg a teljes tálat meg nem töltötték kész agglomerátummal (egy 15 tonna kapacitású kazánt 12 óra alatt megtöltötték). Ezt követően a ventilátort lekapcsolták, a kazánt felborították, és a keletkező agglomerátumtömböt kézzel kisebb darabokra törték [9] .

Oroszországban az első 6 Geberlein kazánt 1906-ban a Taganrog üzemben , 1914-ben pedig további 5 kazánt a Dnyeper Kohászati ​​Üzemben helyezték üzembe . Ugyanakkor, ugyanazokban az években, alternatív szinterező üzemek létrehozására is sor került, amelyek mentesek a Geberlein kazánok hátrányaitól: alacsony termelékenység, a dolgozók nehéz fizikai munkája. Lényegesen jobb technológiai jellemzőkkel rendelkező szinterező edények kialakítására került sor. 1914-1918-ban. a Dneprovsky üzemben a Grinewalt rendszer téglalap alakú (helyhez kötött) edényeivel szinterező üzem épült, 1925-ben pedig a Goroblagodatsky bányában  - a svéd AIB cég 28 kerek edényével (2,3 m átmérőjű) működő gyár. Az agglomerációs folyamat a tálakban elvileg ugyanúgy zajlott le, mint a Geberlein kazánoknál. A különbség az volt, hogy a szinterezett réteg vastagsága 250-300 mm-re csökkent, a fúvó üzemmódot pedig vákuum üzemmód váltotta fel - a rács alatti ventilátorok által keltett ritkaság miatt felülről szívták be a levegőt a rétegbe. Ezért a gyújtást (a töltet szilárd tüzelőanyag-részecskéinek meggyújtását) is felülről hajtották végre. A téglalap alakú edényekben a gyújtást gázégős mobil gyújtókemencék segítségével végezték [10] .

Mivel az említett szinterező üzemek mindegyikének volt egy-egy jelentős hátránya (az egyik legsúlyosabb az alacsony termelékenység), sem a tálak, sem a csőkemencék nem terjedtek el a kohászatban. Az ércek agglomerációja terén áttörést ért el két amerikai mérnök, A. Dwight és R. Lloyd, akik 1906-ban kidolgoztak egy tervet, majd 1911-ben üzembe helyezték az első folyamatos szállítószalagos szinterező gépet . Az ércek szinterezésének folyamata ugyanazon elv szerint zajlott, mint a Geberlein kazánokban vagy tálakban - az ércszemcsék olvasztásához szükséges hő a szilárd tüzelőanyag részecskék réteges égése során szabadult fel a rostélyra helyezett tölteten keresztül beszívott levegő hatására. . A szinterezés, mint a vasérc anyagok agglomerálásának fő módszere gyors és széles körű elterjedésének sikerét előre meghatározta a szinterezőgép nagyon sikeres tervezése. Az első Dwight-Lloyd szinterezőgép szinterező területe 8,1 m 2 volt (1,05 szalagszélességgel és 7,7 m hosszúsággal); napi termelékenység - 140 tonna agglomerátum égéstermék-por szinterezése során [11] .

Az 1990-es évek során a szinterező gépek mérete mérhetetlenül megnőtt - a szinterezési terület 600 m 2 -re vagy többre nőtt: a napi termelés elérte a 15-18 ezer tonna szinteret. Az acélok, amelyekből különböző gépalkatrészek készülnek, megváltoztak, de a gépek alapvető elrendezése változatlan maradt [11] .

Szerep a vaskohászat folyamataiban

A vasérckoncentrátum agglomerálása (néha érccel keverve, kohászati ​​termelésből származó hulladék) a vasércek nagyolvasztós olvasztáshoz való előkészítésének utolsó művelete. Ennek a műveletnek a fő célja a finom érckoncentrátum nagyobb darabokra - agglomerátummá - való átalakítása, melynek nagyolvasztó kohós olvasztáshoz való felhasználása biztosítja a jó gázáteresztő képességű töltőréteg kialakulását, amely elengedhetetlen feltétele a nagyteljesítményű üzemelésnek. egy nagyolvasztó.

A nagy intenzitású kohós olvasztás a nagyolvasztó kemence kandallójában nagy mennyiségű koksz égetésével lehetséges, ami egyrészt nagy mennyiségű hő felszabadulásához, másrészt a szabad tér kialakulása a kemence alsó részében (a szilárd koksz elgázosítása miatt), ahol az oszlop le van engedve nagyolvasztó töltet. A töltet jó gázáteresztő képessége szükséges ahhoz, hogy a koksz égése során keletkező nagy mennyiségű gáznak legyen ideje áthaladni a réteg csomóponti csatornáin, viszonylag kis gáznyomásesés mellett a kandalló és a teteje között (150-200 kPa kb. a töltésréteg magassága 20-25 m) [8] .

Technológia

A töltés összetétele

A szívással végzett szinterezési eljárás általános sémája a következő lépéseket tartalmazza.

A vasérc szinter előállításához használt tipikus töltés a következő összetevőkből áll:

  1. finom vasérc anyag, általában koncentrátum;
  2. zúzott üzemanyag - koksz ( frakció 0-3 mm), tartalom a töltetben 4-6%;
  3. zúzott mészkő (frakció 0-3 mm), tartalom legfeljebb 8-10%;
  4. visszatérés - az előző szinterezésből származó szabványos agglomerátum (frakció 0-8 mm), tartalom 25-30%;
  5. vastartalmú adalékok - nagyolvasztók füstgázpora, hengerműhelyek mérete, kénsavat előállító pirit salak stb. (frakció 0-3 mm), tartalom legfeljebb 5%.

Az adott arányban adagolt komponenseket összekeverjük, megnedvesítjük (a pelletizálás javítása érdekében ), majd tömörítés nélküli pelletizálás után 300-400 mm réteggel rácsra rakjuk. Ezután kapcsolja be a feltöltőt - egy szívó ventilátort. A rostély alatt ritkítás jön létre, amelynek következtében először forró kemencegázok áramlását szívják be a rétegbe, biztosítva a töltés „gyulladását”, vagyis a felületi réteget körülbelül 1200 ° C-ra melegítik (1,5–1,5–1). 2,0 perc). A folyamat hátralévő részében az ágyba belépő légköri levegő biztosítja a töltéskoksz részecskék intenzív égését. A maximális hőmérsékleti zónában (1400-1450 °C) az ércszemcsék részben megolvadnak, összetapadnak, majd a későbbi kristályosodás során porózus szerkezet alakul ki - agglomerációs szinter.

Zóna mód

A 700-800 °C-ra melegített tüzelőanyag-részecskék minden pillanatban meggyulladnak az égési zóna alsó határa melletti töltőrétegben. Ezzel egyidejűleg a tüzelőanyag-részecskék égése az égési zóna felső határán véget ér. Ennek eredményeként az égési zóna az olvasztási zónával kombinálva folyamatosan lefelé, a gázáramlás irányába mozog, mintha "behatolna" a kezdeti töltet rétegébe, és egy hűtőzsugorzónát hagyna maga után.

A folyamat meghatározó zónája a maximális hőmérsékletű horizont - az olvadási zóna - a szinterezési zóna. E zóna felett porózus agglomerációs lepényréteg található. Az alatta lévő intenzív fűtési zónában a szinterezett anyag gyorsan, akár 800 fok/perc sebességgel felmelegszik, és az égéstermékek ugyanolyan gyors lehűlése megy végbe. Ezt a zónát elhagyva 300-400 °C hőmérsékletű gáz kerül a nedves töltetbe, és szárítózóna jön létre. Ebben a zónában a gázt 50–60 °C-ra hűtik, és vízgőzzel telítve hagyják. Az alatta elhelyezkedő hidegtöltetben (15-20 °C) a gáz lehűl, túltelítődik, és ebben a kondenzációs zónában a vízgőz egy része cseppek formájában lerakódik a töltet csomóira, növelve azok nedvességtartalmát. Mivel a kondenzációs zóna mozgási sebessége többszöröse a szárítózóna rétege mentén történő mozgás sebességének, idővel e zónák között egy vizes töltetréteg képződik. Ebben az esetben a kezdeti töltésréteg vastagsága gyorsan csökken.

A teljes agglomerációs idő három időszakra osztható:

A folyamat akkor tekinthető befejezettnek, ha a szinterezési zóna eléri a szinterező kocsik rostélyát . 20 mm/perc függőleges szinterezési sebességnél egy 300 mm vastag töltetréteg 15 perc alatt agglomerátummá alakul.

A folyamat jellemzői

A modern szinterezési eljárás a réteges típusba tartozik, amikor a szinterezett ércanyagon áthaladó levegő két fő folyamat lebonyolítását biztosítja:

  1. szilárd tüzelőanyag töltet elégetése és
  2. hőt ad át egyik elemi rétegről a másikra.

Ebben a tekintetben a szinterezési folyamat magas műszaki és gazdasági mutatói csak a szinterezett réteg intenzív levegőellátásával érhetők el. Eközben a porított vasérc-koncentrátumot tartalmazó szinterező keverékek (0,1 mm-nél kisebb részecskemérettel) nagyon nagy gázdinamikai ellenállással rendelkeznek. Ezért kötelező előkészítő művelet a töltetek pelletizálása - a 2-8 mm-es szemcsék kialakításának folyamata. Egy ilyen pelletizált, jól gázáteresztő keverékből álló réteg nagy gázáramlási sebesség elérését teszi lehetővé (akár 0,5–0,6 m/s), a réteg felett és alatt viszonylag kis nyomáseséssel (10–15 kPa).

A vasérc anyagok agglomerációjának egyik jellemzője a nagy fajlagos felület (30-50 cm 2 /cm 3 ) miatt a töltésrétegben az intenzív hő- és tömegátadás. Ez magyarázza az olvadási, intenzív melegítési, szárítási és kondenzációs zónák viszonylag kis magasságát (egyenként 15-40 mm). A folyamat ezen jellemzőjének következménye, hogy a szinterezett anyag minden elemi térfogatának rövid tartózkodási ideje magas hőmérsékleten - 1,5-2,0 perc. Ezért a technológusoknak olyan feltételeket kell biztosítaniuk (a töltéskomponensek szemcsemérete, gázsebesség a rétegben, stb.), hogy e rövid idő alatt lezajló főbb kémiai, ásványtani és fizikai folyamatok lezajljanak, biztosítva az agglomerátum előállítását. szükséges minőség: szén és kén kiégés, karbonát disszociáció , ércszemcsék hevítése olvadáspontra, összetapadásuk stb.

Az agglomerációs folyamat második jellemzője, hogy a szinterezett anyag térfogatában nem egyenletes hőmérsékletmező lép fel. A tüzelőanyag-részecskék pontszerű eloszlása ​​miatt a töltetben az égés-olvadás központjai váltakoznak az anyag szilárd halmazállapotú területeivel (töltet vagy szinter). Az olvadt anyag helyi zsugorodása következtében 3-10 mm méretű pórusok keletkeznek az égéstérben. Ennek köszönhetően az olvadékok létezési zónájában porózus, kellően gázáteresztő rétegszerkezet marad meg. További pórusok keletkeznek a szén, kén égéséből, a karbonátok disszociációjából, a vas-oxidok redukciójából stb. származó gázok felszabadulásakor.

Az agglomeráció harmadik sajátossága, hogy a tüzelőanyag-részecskék elégetése a rétegben kettős hőregenerálás körülményei között megy végbe: az égési zónába belépő levegőt a hűtőzsugor rétegében 1000-1100 °C-ra előmelegítik, a tüzelőanyagot (és a a maradék töltet) gyújtás előtt 700-800 °C-ra melegítve az égési zónát elhagyó forró gázok áramlása miatt. A szinterezési idő körülbelül 80%-ában a rétegből kilépő gáz hőmérséklete 50-60°C. Ez azt jelenti, hogy a töltet szilárd tüzelőanyagának szénének begyújtásából és égéséből származó fő hőmennyiség a rétegen belül marad, és részt vesz a hőcsere folyamatokban.

A vasérc anyagok agglomerációjának másik pozitív tulajdonsága, hogy a mérsékelt hőmérsékletű zónában a vas-oxidok részleges redukciója következtében az ilyen redukált anyagok olvadáspontja jelentősen, 150-200 °C-kal csökken, ami jelentősen csökkenti hőigény a folyamatban, ami lehetővé teszi a töltet tüzelőanyag-tartalmának csökkentését a szinter kellően magas szilárdságának megőrzése mellett. A fentiek a hőteljesítmény szempontjából rendkívül hatékony eljárássá teszik a szívással történő agglomerálást: a töltet mindössze 3–5%-os széntartalommal 1400–1450 °C-ra melegíthető fel a szinterezett anyag [13] .

Összehasonlítás más agglomerációs módszerekkel

1955 óta a világ kohászatában ipari méretekben új módszert kezdtek alkalmazni a finom vasérckoncentrátumok agglomerálására - a pelletgyártást . Az amerikai nagyolvasztókban a pellet olvasztása során a koksz fajlagos felhasználása csökkent, a kemencék termelékenysége csaknem megkétszereződött. A technológiafejlesztők és a pelletgyárak berendezésgyártói által indított aktív reklámkampánynak köszönhetően sok kohásznak az a benyomása, hogy a pelletnek tagadhatatlan előnyei vannak a szinterezéssel szemben. A Szovjetunió MCM úgy döntött, hogy a vasérc nagyolvasztásra való előkészítése alágazatának fejlesztésének stratégiai iránya a pelletgyártásra szolgáló gyárak intenzív építése, fokozatos csökkentésével, végül pedig szinterezés. Tudósok és termelési munkások bármilyen próbálkozása a 60-as években. XX. században, hogy objektív értékelést adjon az új agglomerációs módszerről, határozottan elnyomták. Számos japán nagyolvasztó jól előkészített folyasztószerrel végzett működésének eredményeit a pellet (nem folyósított ) olvasztásával összehasonlítva elhallgatták. Az ilyen tendenciózus technikai politika eredményei nem várattak sokáig. Röviddel az SSGOK pellet használatának megkezdése után az MMK nagyolvasztó kohós olvasztásában a nagyolvasztókat vészhelyzetben le kellett zárni a töltőberendezések és a tűzálló bélés intenzív kopása, valamint a kohógáz portartalmának jelentős növekedése miatt. a kohós olvasztás során a pellet erős pusztulása miatt.

Az eseményeket követő objektív elemzés azt mutatta, hogy a pellet nem „egyáltalán” a legjobb agglomerált érctípus. Számos komoly hátrányuk van az agglomerátumhoz képest:

Az agglomeráció fő előnye a sokoldalúság - a szinterezési folyamat meglehetősen sikeres ércanyagok felhasználásával, széles mérettartományban (0 és 10 mm között); az optimális paraméterektől bizonyos eltérések megengedettek a töltet nedvességtartalma, a benne lévő szilárd tüzelőanyag-tartalom stb.

A pellet vitathatatlan előnye a szinterezéssel szemben a jó szállíthatóság: a vasúti vagy tengeri szállítás során alig sérülnek meg. Így a finom érckoncentrátumot pelletek előállításával célszerű agglomerálni abban az esetben, ha a bányaüzem (feldolgozó üzemmel) jelentős távolságra van a kohászati ​​üzemtől.

A kohászok körében az a vélemény uralkodik, hogy az agglomeráció és a pelletgyártás nem versengő, hanem egymást kiegészítő agglomerációs módszerek [14] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Korotich, 2009 , p. tizennégy.
  2. ↑ Kozlovsky, 1984 , p. 43.
  3. ↑ Korotich, 2000 , p. 345-354.
  4. ↑ Korotich, 2000 , p. 74.
  5. ↑ Korotich, 2000 , p. 186.
  6. ↑ Kozlovsky, 1984 , p. 44.
  7. ↑ 1 2 Korotich, 2009 , p. 16.
  8. ↑ 1 2 Korotich V. I. , Frolov Yu. A., Bezdezhsky G. N. Ércanyagok agglomerációja. - Jekatyerinburg: GOU VPO "UGTU-UPI", 2003. - S. 16-17. — 400 s. — ISBN 5-321-00336-X .
  9. ↑ Korotich, 2009 , p. 16-17.
  10. ↑ Korotich, 2009 , p. 17.
  11. ↑ 1 2 Korotich, 2009 , p. tizennyolc.
  12. ↑ Korotich, 2009 , p. 285.
  13. ↑ Korotich, 2009 , p. 27-31.
  14. ↑ Korotich, 2009 , p. 26-27.

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
  • Műszaki (1 kiadás)