1.1 .1 Обжиговые печи
В обжиговых печах осуществляется
физико-химическая и термическая переработка материала без изменения его
агрегатного состояния. Основной характеристикой этих ВТТУ является то, что
температурный уровень протекающих в них процессов ниже температуры плавления
обрабатываемых материалов.
1) Агломерационная установка (аглолента)
Назначение
агломерационной установки: получение твердых пористых кусков из рудного
концентрата. Рудный концентрат представляет собой мелкоизмельченную железную
руду с повышенным содержанием железа. Обогащение осуществляется на специальных
обогатительных фабриках методом флотации или магнитной сепарации, для чего
исходная руда предварительно измельчается. Перерабатывать измельченный материал
в ДЦ не возможно из-за уноса материала из доменной печи и поэтому рудный
концентрат окусковывается (спекается) в агломерационной установке. Окомкование
рудного концентрата уменьшает пылеунос, повышает газопроницаемость слоя в
доменной печи и активизирует тепломассообменные процессы.
Агломерационная установка (рисунок 1.2)
представляет собой колосниковую решетку, выполненную в виде непрерывной ленты.
1 –угольная пыль, 2 – воздух, 3 – рудный концентрат,
4 – агломерат, 5 – продукты горения
Рисунок 1.2 – Схема агломерационной установки
Из бункера шихта (рудный концентрат
перемешанный с угольной пылью) загружается на аглоленту в виде слоя толщиной
300-350 мм. Шихта проходит через зажигательный пояс, где начинается процесс
спекания. Через слой шихты просасывается воздух. Движение воздуха инициируется
эксгаустерами (отсасывающими устройствами), оснащенными вакуум-камерами для
уменьшения присосов воздуха, не участвующего в процессе спекания.
Геометрические размеры аглоленты: длина – 9-25 м, ширина – 2,5-4 м.
В результате
горения угольной пыли в слое достигается температурный уровень 1200-1400°С, при котором
происходит размягчение и частичное расплавление рудного концентрата.
Расплавленные частицы рудного концентрата агрегируют друг с другом, образуя
крупные конгломераты. По мере выгорания угольной пыли (при дальнейшем движении
слоя вправо) просасываемый воздух охлаждает обрабатываемый материал и
происходит затвердевание агрегированных частиц. Для усиления спекания частиц в
шихту добавляют известняк (флюс), имеющего более с низкую температуру
плавления.
В
процессе спекания происходит частичное восстановление руды, поэтому агломерат
по химическому составу несколько отличается от исходного материала. Рудный
концентрат представляет смесь различных окислов железа и минеральных примесей
(пустой породы). Каждый высший окисел (с высшей степенью окисления, например, 
) при взаимодействии с углеродом угольной пыли
восстанавливается до низшего окисла (с более низкой степенью окисления,
например, 
). Последовательность восстановления окислов рудного
концентрата выглядит следующим образом:
.
В процессе восстановления и затвердевания
конгломерата образуются пористые куски, что в последующем металлургическом
переделе облегчает процесс восстановления окислов до чистого железа.
2) Коксовые печи (батареи)
Коксовые
батареи предназначены для получения твердых пористых кусков (кокса) из угольной
пыли (концентрата), поступающего с центрально-обогатительных фабрик (ЦОФ). Кокс
является основным компонентом шихты для доменного производства. Для коксования
используется специальный коксующий уголь, в основном из Кузбасского угольного
месторождения.
Коксовальная
(коксовая) печь представляет собой узкую, герметично закрываемую камеру
прямоугольного сечения (рисунок. 1.3). Геометрические размеры камеры: ширина
400-600 мм, высота 4-7 м, длина – 14-16 м. Коксовальные камеры собираются в
батареи по 30-60 штук.
Угольный
концентрат загружается сверху через специальные загрузочные устройства.
Отопление камеры осуществляется через простенок. Продукты горения газообразного
топлива направляются в регенератор, которые предназначены для подогрева воздуха
перед сжиганием топлива до температуры 700-800°С.
В процессе коксования без доступа воздуха в
коксовальную камеру угольный концентрат нагревается до температуры 1000-1100°С. При этих
температурах минеральная часть угля размягчается, частично оплавляется и
скрепляет мелкие частицы между собой (процесс конгломерации, спекания).
Продолжительность полного цикла работы коксовальной камеры (от загрузки до
выдачи готового кокса из камеры) составляет 10-15 часов, после чего цикл
повторяется.
1 – газообразное топливо, 2 – воздух, 3 – угольный
концентрат,
4 – кокс, 5 – коксовый газ, 6 – продукты горения
топлива
Рисунок 1.3 – Схема коксовой батареи
После окончания
коксования спекшийся кокс (коксовый пирог) выталкивается из камеры через
боковые съемные двери и направляется в установку мокрого или сухого тушения для
охлаждения полученного продукта и предотвращения его горения на открытом
воздухе.
В
процессе коксования из угольной массы выделяются летучие газы, которые
удаляются через специальные отверстия в верхней части камеры. Из летучих газов
выделяют большое количество ценных продуктов (бензол, масла и т.д.). Остаток
летучих газов, который получил название коксовый газ, используется на
металлургическом производстве в качестве газообразного топлива. Состав
коксового газа:
.
Теплотехнические характеристики
коксохимического производства:
Ø теплота сгорания кокса – 32000-34000 кДж/кг;
Ø теплота сгорания коксового газа – 4000 – 5000 кДж/м
;
Ø удельный расход топлива на 1 тонну кокса – 0,1
т.у.т/т;
Ø температура уходящих продуктов горения (после
регенератора) – 700-800°С.
3) Трубчатые вращающиеся печи
Трубчатые
вращающиеся печи (рисунок 1.4) широко используются присушке рудных концентратов
на обогатительных фабриках, при получении цемента на предприятиях строительных
материалов, для обжига доломита на металлургических заводах.
Основными элементами вращающихся печей
являются корпус (барабан), роликовые опоры, приводной механизм
(электродвигатель с редуктором).
Барабан
печи представляет собой цельносварную цилиндрическую трубу диаметром 2,5-5 м и
длиной 25-185 м. С внутренней стороны барабан футеруется огнеупорными материалами
(огнеупорная футеровка) для защиты от высокотемпературных и агрессивных газов.
С помощью электродвигателя барабан вращается со скоростью 0,5-2 оборота в
минуту. Внутри барабана материал непрерывно перекатывается и подвергается
термохимической переработке. Барабаны устанавливаются под углом 2-5° к горизонтальной
плоскости, что обеспечивает постепенный сход обрабатываемого материала вдоль
трубы к разгрузочному устройству.
1 – топливо, 2 – воздух, 3 обрабатываемый
материал,
4 – полученный продукт, 5 отходящие газы
(продукты горения)
Рисунок 1.4 – Схема трубчатой вращающейся печи
Температурный уровень внутри барабана поддерживается ниже температуры размягчения обрабатываемого материала (600-1100°С). В качестве источника тепла используется твердое, жидкое или газообразное топливо. Уходящие газы при противоточной схеме движения имеют температуру 250-500°С, температура обработанного материала (технологического продукта) составляет 700-800°С.