Устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром

(51) 22 1/24 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Технический результат достигается тем, что устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром, содержит узел подачи пара в виде коллектора с системой равноудаленных пароподводящих элементов,представляющих собой плоские сопла с углом раскрытия 60 расстояние между которыми, их размеры и количество выбраны с определенными соотношениями. Предлагаемое устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром позволяет увеличить температуру аглошихты и уменьшить расход воды,подаваемой на окомкование за счет полного использования тепловой энергии и влаги пара, повысить удельную производительность агломерационных машин,механическую прочность агломерата и снизить расход твердого топлива за счет улучшения качества подготовки аглошихты к спеканию и уменьшения высоты зоны переувлажнения при агломерации, снизить затраты и время на ремонт и обслуживание.(72) Татаркин Николай Леонидович Вилков Александр Евгеньевич Помазаненко Юрий Георгиевич Шаньгин Геннадий Яковлевич Жаппаров Абдигамит Абдисейтович(73) Акционерное общество АрселорМиттал Темиртау(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА И УВЛАЖНЕНИЯ АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ШИХТЫ ПАРОМ(57) Изобретение относится к подготовке сырья для металлургического передела, в частности к агломерационному производству. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования тепловой энергии и влаги пара при подогреве и увлажнении агломерационной шихты. 23617 Изобретение относится к подготовке сырья для металлургического передела, в частности к агломерационному производству. Существующие устройства для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром не позволяют эффективно использовать тепловую энергию и влагу пара. Известно устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром,состоящее из коллектора в виде перфорированной трубы с отверстиями.(Мищенко И.М., Гурин П.И., Петрушов С.Н. и др. Подогрев агломерационной шихты паром// Тем. сб. Совершенствование технологии окускования железорудных материалов - Свердловск, 1981, с. 86-89). Недостатком этого устройства является плохой контакт поверхности частиц шихты с паром, низкий коэффициент использования тепловой энергии пара. Кроме того,такое устройство требует использования перегретого пара с температурой 250-270 С при давлении в общем коллекторе 5-7 атм.,то есть необходимы капитальные дополнительные затраты для получения пара с требуемыми параметрами,что увеличивает себестоимость пара и снижает экономическую эффективность использования пара для подогрева и увлажнения аглошихты. Известно устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром,содержащее узел подачи пара в виде коллектора,оборудованного системой душирования в виде сопел.(Дячок Н.Г., Шарига А.Д., Смольников А.Ф. и др. Опыт подогрева агломерационной шихты паром// Сталь, 1999,5. с. 10-14). Недостатком этого устройства является большое расстояние между соплами (пароподводящими трубками),что приводит к образованию чередующихся зон подогрева в месте истечения пара и зон, не подверженных влиянию пара, что не позволяет существенно повысить температуру и качество подготовки аглошихты к спеканию. Кроме того, такое устройство имеет длину, составляющую половину барабанаокомкователя, то есть необходимо подавать дополнительную воду в зону упрочнения гранул аглошихты. Использование воды и повышение времени нахождения нагретой паром шихты в барабане - окомкователе в зоне более низких температур приводит к уменьшению температуры аглошихты. Кроме того, такое устройство требует использования перегретого пара с температурой 180 С при давлении в общем коллекторе 0,6 МПа, то есть необходимы капитальные дополнительные затраты для получения пара с требуемыми параметрами, что увеличивает себестоимость пара и снижает экономическую эффективность использования пара для подогрева и увлажнения аглошихты. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром, содержащее узел 2 подачи пара в виде коллектора с пароподводящими трубками, пароподводящие трубки выполнены образной формы, причем концы с выходными отверстиями расположены параллельно стенкам барабана и размещены от них на расстоянии 0,02-0,2 диаметра барабана, а узел подачи пара выполнен подвижным относительно оси коллектора.(Устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром, А.с.939573,СССР, М. Кл.3 С 22 В 1/24, 27 В 21/06, Заявл. 18.08.80 Опубл. 30.06.82, Бюллетень 24). Недостаток этого устройство из-за нахождения пароподводящих трубок в слое аглошихты необходима сложная автоматизированная система контроля работы, как самого устройства, так и барабана - окомкователя для определения порядка запуска и остановки данных агрегатов. Кроме того, такая конструкция пароподводящих трубок при внезапном снижении давления пара из-за порыва паропровода, аварии и т.д. приведет к залипанию, забиванию трубок, т.е. выходу из работы всего устройства и для восстановления его работоспособности потребуется внеплановая длительная остановка агломерационной машины для демонтажа и установки нового устройства. Кроме того,нахождение пароподводящих трубок в слое аглошихты приводит к тому, что в местах подачи пара образуются зоны шихты с влагой выше оптимальной, наличие которых ухудшает качество подготовки аглошихты к спеканию из-за снижения прочности гранул окомкованной шихты. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования тепловой энергии и влаги пара при подогреве и увлажнении агломерационной шихты. Технический результат достигается тем, что устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром, содержит узел подачи пара в виде коллектора с системой равноудаленных пароподводящих элементов (Фиг. 1) представляющих собой плоские сопла с углом раскрытия 60 , согласно изобретению, расстояние между которыми, их размеры и количество выбраны в соответствии с соотношениями (Фиг. 2) п 0,75 хс 0,25 ш,155 пкп/(,155 ш)( кп - 1,155 ш) /0,5 ( кп - ( - ))0,06 ш где- общая длина патрубки и сопла, мм п - длина патрубки и сопла, мм с - длина сопла, мм ш - длина широкой грани сопла, мм п - диаметр патрубки сопла мм- количество сопел, шт кп - длина коллектора пара, мм- расстояние до слоя шихты, мм а - расстояние между соплами, мм- расстояние от начала (конца) коллектора пара до сопла, мм 23617- ширина щели сопла, мм. Предлагаемое устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром позволяет увеличить температуру аглошихты и уменьшить расход воды,подаваемой на окомкование за счет полного использования тепловой энергии и влаги пара, повысить удельную производительность агломерационных машин и снизить расход твердого топлива за счет улучшения качества подготовки аглошихты к спеканию и уменьшения высоты зоны переувлажнения при агломерации, снизить затраты и время на ремонт и обслуживание. Одним из эффективных методов интенсификации агломерационного процесса является предварительный нагрев шихты перед зажиганием. Применение подогрева шихты выше температуры, при которой возможна конденсация влаги, позволяет уменьшать или полностью устранять зону переувлажнения шихты, что благоприятно сказывается на газовоздушном режиме агломерационного процесса. Одним из наиболее широко используемых способов подогрева шихты является подача пара в барабан - окомкователь. Подогрев аглошихты в барабане - окомкователе наиболее оптимален из-за простоты и удобства монтажа коллектора пара,минимальных тепловых потерь обработанной шихты при ее транспортировке до спекательных тележек, минимальных выбросов отработанного пара в зону обслуживания агрегата, возможности оперативного контроля и корректировки влажности обработанной шихты. По теплофизическим свойствам водяной пар выгодно отличается от других теплоносителей. В процессе предварительного подогрева агломерационной шихты пар, обладая свойствами газа, легко проникает в глубинные объемы шихты,транспортируя при этом тепло и влагу. Главным достоинством водяного пара является выделение в момент конденсации около 75 тепла от общего теплосодержания его в перегретом состоянии. Это обеспечивает быстрый подогрев шихты и равномерное распределение влаги на поверхности рудных частиц. Так же водяной пар является наиболее энергоемким и эффективным теплоносителем, так как его теплосодержание в 5-6 раз больше теплосодержания любого газообразного теплоносителя при одинаковых условиях. Окомкование агломерационной шихты в барабане - окомкователе представляет собой процесс последовательного налипания мелких классов материала на поверхность катящихся зародышей гранул. Большое значение имеет вода,которая участвует в процессе формирования и упрочнения гранул шихты за счет адсорбционных и капиллярных сил. Увлажнение агломерационной шихты при обработке ее паром интенсифицирует процесс окомкования благодаря значительному повышению однородности увлажнения. Большое влияние на подогрев и увлажнение агломерационной шихты паром оказывают размеры плоского сопла. Уменьшение размеров сопла сужает площадь соприкосновения пара с поверхностью шихты, вследствие чего происходит образование чередующихся зон подогрева в месте контакта пара с шихтой и зон, не подверженных влиянию пара. Также из-за роста скорости истечения пара конденсация влаги происходит на глубине слоя шихты, что приводит к ухудшению условий окомкования из-за недостатка влаги на поверхности зародышей гранул. Дефицит влаги приходится компенсировать за счет повышения расхода воды,подаваемой по стандартной схеме, что приводит к снижению температуры шихты, то есть снижается эффект от использования пара. При увеличении размеров плоского сопла уменьшается скорость истечения пара, вследствие чего часть пара не поступает на поверхность шихты, а располагается в свободном объеме барабана - окомкователя, что приводит к плохому контакту поверхности частиц шихты с паром, т.е. снижается эффективность использования пара и исключает нормальную работу устройства. Устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром работает следующим образом. Коллектор устройства для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром расположен по центру окомкователя под водяным коллектором системы увлажнения шихты. Диаметр и длина коллектора выбирается исходя из длины барабана - окомкователя и параметров пара. На коллекторе установлены, на одинаковом расстоянии друг от друга пароподводящие элементы - плоские сопла с углом раскрытия 60. Крепление элементов к коллектору осуществляется любым способом, но предпочтительней (ввиду экономичности) сваркой. Диаметр патрубков сопла выбирается исходя из параметров пара. Пар в коллектор подается по гибкой трубе (резиновый шланг, гофрированная трубка и т.п.) в непрерывном режиме. В барабан окомкователь через загрузочное устройство подается шихта в непрерывном режиме. Из коллектора посредством пароподводящих элементов пар подается на слой аглошихты. За время нахождения шихты в барабане - окомкователе она нагревается и окомковывается. Благодаря использованию пароподводящих элементов, а именно плоских сопел с углом раскрытия 60 обеспечивается быстрый подогрев шихты и равномерное распределение влаги на поверхности аглошихты. Именно расчетные размеры плоского сопла обеспечивают оптимальный режим конденсации пара на поверхности аглошихты,создавая эффект мягкого увлажнения. При этом обеспечивается повышение температуры и качества подготовки аглошихты к спеканию за счет полного использования тепловой энергии и влаги пара. Пример 1 Агломерационная шихта АО АрселорМиттал Темиртау состоит из концентратов - Лисаковского ГОКа, Соколовско-Сарбайского ГПО, Лебединского ГОКа и Криворожского ГОКа, смеси руд, состоящей из руд месторождений Казахстана (Атасу, Атансор,Кентобе, Тогай, Жайрем), железосодержащих 3(отсев агломерационной шихты паром был установлен по агломерата и колошниковая пыль из доменного центру окомкователя под водяным коллектором цеха,окалина прокатных цехов),флюсов системы увлажнения шихты. Пар в коллектор(известняки - Южно-Топарский, Павлодарский, подавался по резиновому шлангу в непрерывном доломиты - Алексеевский, Балхашский), оборотного режиме. Длина коллектора пара (кп) была принята продукта аглопроизводства - возврата и твердого 10500 мм исходя из длины барабана -окомкователя топлива.(12500 мм) и конструкции загрузочного устройства Агломерационная шихта окомковывается в шихты в окомкователь. Диаметры коллектора (80 барабане - окомкователе типа ОБ-3,212,5. Длина мм) и патрубка сопла (п)-15 мм были выбраны барабана составляет 12500 мм, внутренний диаметр исходя из параметров пара - давление 1 атм.,-3200 мм. В барабан - окомкователь через температура - 120 С. Общая длина патрубка и сопла загрузочное устройство подается шихта вбыла принята 120 мм исходя из жесткости непрерывном режиме. За время нахождения шихты конструкции, т.е. чтобы падающие сверху потоки в барабане - окомкователе она окомковывается. Для шихты (особенно в момент пуска и остановки повышения качества окомкования на слой шихты барабана - окомкователя) не сгибали и не подается влага из водяного коллектора системы обламывали сопла. В зависимости от нагрузки увлажнения шихты. Поддержание оптимальной шихты на барабан - окомкователь, изменения влаги шихты осуществляется за счет корректировки состава аглошихты и/или насыпной массы шихты расхода воды с помощью автоматизированной расстояние до слоя аглошихты составляет 350-390 системы управления, измеряющей содержание влаги мм, поэтому было принято расстояние до слоя до и после барабана - окомкователя. шихты- 370 мм. На коллекторе были Предлагаемое устройство для подогрева и установлены при помощи сварки пароподводящие увлажнения агломерационной шихты паром прошло элементы - плоские сопла с углом раскрытия 60,промышленные испытания в барабане- размеры которых и их расположение на коллекторе окомкователе типа ОБ-3,212,5. Коллектор выбраны в соответствии с соотношениями устройства для подогрева и увлажнения п 0,750,75120 - 90 мм с 0,250,2512030 мм ш - 1,155 п 1,155301550 ммкп/(1,155 ш) 10500/(1,15537050)22 шт. а - (кп - 1,155-ш) /(10500-1,155370-50)/22456 мм 0,5(кп - ( - 1)а)0,5(10500 - (22 - 1)456)462 мм 0,06 ш 0,06503 мм Полученные результаты промышленных испытаний приведены в таблице 1. Приведенные в таблице результаты свидетельствуют о преимуществе предложенного устройство для подогрева агломерационной шихты паром. Таблица 1 Наименование показателя Тип пароподводящих элементов Диаметр трубки (патрубка сопла), мм Длина патрубка сопла, мм Длина сопла, мм Длина широкой грани сопла, мм Количество трубок (сопел), шт. Ширина щели сопла, мм Температура аглошихты, С до барабана-окомкователя после барабана-окомкователя Расход воды в барабан-окомкователь,м 3/ч Скорость фильтрации воздуха при спекании, м/с Вертикальная скорость спекания,мм/мин. Удельная производительность агломашины, т/м 2 хч 4 Позиция 1 (прототип) 2 3 4 5 6 7 8 трубки - сопла сопла сопла сопла сопла сопла сопла образной формы 12 15 15 15 15 15 15 15 85 95 90 90 90 90 90 35 25 30 30 30 30 30 55 44 50 50 50 50 50 14 22 22 22 22 21 23 22 3 3 2 4 3 3 3 22 39 1,5 23617 Продолжение таблицы Расход твердого топлива, кг/т агл. Механическая прочность по ГОСТ 15137-77(СТСЭВ 1151-78), (5 мм)-удар Хг (-0,5 мм) - истирание Из таблицы видно, что при увеличении или уменьшении размера плоских сопел с углом раскрытия 60 (позиция 2-5) и/или количества сопел(позиция 6,7) эффективности использования тепловой энергии и влаги пара при подогреве и увлажнении агломерационной шихты снижается. Шихта увлажняется главным образом за счет воды,подаваемой на окомкование (расход воды составляет 0,7-1,2 м 3/ч), что свидетельствует о пониженной эффективности использования влаги пара. Использование воды приводит к уменьшению температуры аглошихты, т.е. уменьшается эффективность использования тепловой энергии пара. Ухудшение качества подготовки аглошихты к спеканию и повышение высоты зоны переувлажнения при агломерации из-за уменьшения температуры шихты обуславливают перерасход твердого топлива, снижение скорости фильтрации воздуха через слой аглошихты при спекании,вертикальной скорости спекания и как следствие удельной производительности агломашины. Отклонение от оптимального режима спекания приводит к снижению механической прочности агломерата. Позиция 8, где размеры плоских сопел, их количество и расстояние между ними выбраны в соответствии с соотношениями настоящего изобретения, обеспечивает оптимальный режим конденсации пара на поверхности аглошихты,создавая эффект мягкого увлажнения. При этом обеспечивается повышение температуры и качества подготовки аглошихты к спеканию за счет полного использования тепловой энергии и влаги пара. Применение предлагаемого устройства позволяет по сравнению с известным (позиция 1) снизить расход воды на окомкование на 1,1 м 3/ч, увеличить температуру нагрева аглошихты на 11 С, что приводит к увеличению удельной производительности агломашины на 10,4,экономии твердого топлива на 2,0, повышению механической прочности агломерата на удар и истирание соответственно на 1,4 и 0,9. Предлагаемое устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром простое по конструкции и надежное в эксплуатации, для его реализации и обслуживания не требуется существенных капитальных затрат кроме того,устройство позволяет повысить эффективность использования пара и снизить его расход на подогрев агломерационной шихты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для подогрева и увлажнения агломерационной шихты паром, содержащее узел подачи пара в виде коллектора с системой равноудаленных пароподводящих элементов,отличающаяся тем,что для повышения эффективности использования тепловой энергии и влаги пара и надежности работы устройства пароподводящие элементы представляют собой плоские сопла с углом раскрытия 60 расстояние между которыми, их размеры и количество выбраны в соответствии с соотношениями п 0,75 хс 0,25 ш,155 пкп/(,155 ш)( кп - 1,155 ш) /0,5 (кп - ( - ))0,06 ш где- общая длина патрубки и сопла, мм п - длина патрубки и сопла, мм с - длина сопла, мм ш - длина широкой грани сопла, мм п - диаметр патрубки сопла- количество сопел, шт кп - длина коллектора пара, мм- расстояние до слоя шихты, мм а - расстояние между соплами, мм- расстояние от начала (конца) коллектора пара до сопла, мм- ширина щели сопла, мм.