Проектирование линии агломерационной фабрики
Цель работы: изучение принципа проектирования и наиболее полного производительного использования оборудования агломерационных фабрик.
Агломерационные фабрики обычно располагают непосредственно на металлургических заводах. Это связано с необходимостью использования при производстве агломерата большого объема побочных продуктов и отходов металлургического производства, а также со сложностью транспортировки готового агломерата.
В агломерационном процессе используют колошниковую пыль, являющуюся отходом доменного производства, окалину, образующуюся в нагревательных и термических печах и при прокатке слитков, а также мелкий кокс, получаемый при сортировке кокса в доменных и коксохимических цехах. При расположении аглофабрики на металлургическом заводе отпадает необходимость в транспортировке этих материалов. Кроме этого, в качестве топлива для зажигания агломерационной шихты используются доменный и коксовый газы.
Агломерат, особенно офлюсованный, при перевозке на большие расстояния и перегрузках разрушается, образуется значительное количество некондиционной мелочи. Расположение аглофабрики около доменного цеха позволяет транспортировать агломерат ленточными конвейерами.
Агломерационные фабрики представляют собой сложные производственные комплексы. Состав и структура комплексов определяются технологией окускования агломерационной шихты. В состав агломерационной фабрики обычно входят следующие основные сооружения: отделение вагоноопрокидывателей и приемных бункеров шихтовых материалов, корпус дробления и измельчения топлива, корпус дробления и сортировки флюсов (известняка), отделение шихтовых бункеров, корпус смешивания и окомкования шихты, корпуса спекания, охлаждения, дробления и сортировки агломерата, газоочистные сооружения и корпус нагнетателей (эксгаустеров).
Транспортировка шихтовых материалов по технологической цепи агломерационных фабрик осуществляется системой ленточных транспортеров, в состав которой входят перегрузочные узлы.
1 Состав и схема работы агломерационных фабрик
Отделение вагоноопрокидывателей состоит из надземной в подземной частей, В надземной части размещают два роторных стaционарных вагоноопрокидывателя для разгрузки полувагонов грузоподъемностью 60, 90 и 125 т. а также станции управления, густой смазки и сантехнические устройства. В подземкой части, выполненной в виде опускного колодца, под вагоноопрокидывателями установлены бункера.
Материалы из бункеров выдают пластинчатыми или электровибрационными питателями.
Для взвешивания сырья, поступающего на аглофабрику, перед каждым вагоноопракидывателем устанавливают железнодорожные весы.
Для кокса, окалины и колошниковой пыли имеются отдельные приемные бункера.
Все материалы из отделения вагоноопрокидывателей и приемных бункеров проходят через перегрузочные узлы (Рисунок 1, а, б), откуда ленточными конвейерами подаются в отделение распределения, служащее для передачи материалов на усреднительные склады и обратно из складов на аглофабрику,
Рядом с отделением распределения располагают отделение дробления смерзшихся рудных материалов, оборудованное конусными дробилками КМД-1750 или КМД-2200.
Усреднительные склады современных металлургических заводов, принимающие за сутки 30—40 тыс. т руд и концентратов, 3—4 тыс т известняка и угля, не могут работать без высокой степени механизации. Склады старых металлургических заводов, расположенные вдоль фронта деленных печей, оснащены машинами периодического действии — мостовыми рудно-грейферными перегружателями, которые укладывают выгруженный передвижным вагоноопрокидывателем материал в штабеля. Разгружают штабели теми же мостовыми перегружателями или экскаваторами.
Усреднение осуществляют различными методами. На заводах «Азовсталь». Криворожском и некоторых других все железосодержащие материалы складируют вместе (так же поступают с флюсами), а затем забирают грейферами в разрез штабеля. При этом колебания содержания железа составляют от ±0,75 до ± 1,3%.
Склады хребтового типа (открытые, закрытые) емкостью более 105 м3 при длине штабелей 100—300 м и более, расположенные, как правило, на периферии завода, вблизи аглофабрики, оснащают ленточными конвейерами (открытыми или расположенными в галерее), проходящими над формируемым штабелем вдоль его оси. Непрерывное формирование штабеля осуществляется послойно ленточным конвейером 1 (Рисунок 2) и автоматической саморазгружающейся тележкой, работающей в челноковом режиме.
Рисунок 1 – Узлы перегрузки материалов из приемных бункеров (а) и от вагоноопракидывателей (б)
1,4 – ленточные конвейеры; 2 – конвейер стационарный реверсивный; 3 – конвейер передвижной.
Разгрузку таких складов осуществляют по различным схемам.
На рисунке 2 изображены три схемы таких складов. По первой схеме материалы выдаются на отводящие конвейеры 2 через нижние воронки с подпорколотковыми затворами 3 (Череповецкий металлургический завод — ЧерМЗ).
По второй схеме материалы выдаются через сплошную щель по всей длине склада (КарМЗ). Передвигающийся лопастной питатель 4 сталкивает материал со стола под разгрузочной щелью на отводящий конвейер. Производительность питателя достигает 1000 т/ч. Как по первой, так и по второй схеме разгрузки для подгребания материала к воронкам или к щели используют бульдозеры 5.
По третьей схеме Новолипецкого металлургического завода (НЛМЗ) разработка штабеля осуществляется ковшовым роторным экскаватором 6, подающим материал в бункер самоходной загрузочной тележки, движущейся над отводящим конвейером, или в стационарные бункера, расположенные по обеим сторонам отводящего конвейера и оборудованные ленточными питателями.
Рисунок 2 – Рудоусреднительные склады с разгрузкой штабеля через затворы (а), с разгрузкой лопасным питателем (б) и роторным экскаватором (в)
Все описанные способы усреднения не позволяют получить требуемой в настоящее время однородности состава сырья, так как при разгрузке штабеля грейфером мостового перегружателя, бульдозером или ротором экскаватора материал забирается только из нескольких слоев и при этом невозможно достигнуть смешения материала по всему сечению штабеля.
Как правило, рудоусреднительные склады выполняют открытыми. что создает большие трудности в зимнее время вследствие смерзаемости руд. Строительство же закрытых рудоусреднительных складов сдерживается тем, что капитальные затраты на их сооружение в три раза больше, а себестоимость усреднения почти в четыре раза больше, чем на открытых складах. Однако, несмотря на это обстоятельство, в связи с необходимостью повышения однородности рудных материалов перед окускованием принято решение о строительстве на ряде металлургических заводов закрытых механизированных рудоусреднительных складов усреднительнымн машинами, позволяющими ссыпать материал одновременно со всей плоскости торца штабеля вразрез слоям.
На рис. 5 изображен такой склад Карагандинского металлургического комбината с конвейерной загрузкой и усреднительной рудозаборной машиной УБ-350 конструкции ЮУМЗ, которая передает ссыпанный материал на отводящий конвейер, расположенный ниже уровня пола. Производительность подающей конвейерное системы достигает 2400 т/ч, а машины для разгрузки штабеля 1000 т/ч.
Другие механизированные крупные рудоусреднительные склады предполагают оборудовать еще более сложными и дорогими машинами, такими как штабелеукладчик производительностью до 2000 т/ч, имеющий два консольных ленточных конвейера для закладки сразу двух штабелей, или одноконсольный поворотный штабелеукладчик и усреднительная машина с роторным заборщиком производительностью 1500 т/ч. В отличие от двухконсольного одноконсольный поворотный штабелеукладчик не только укладывает материал по слоям, но и распределяет его по ширине штабеля, что повышает степень усреднения.
Рисунок 3 – Закрытый рудоусреднительный склад с конвейерной загрузкой и усреднительной рудозаборной машиной
1 – штабель; 2 – ленточный подводящий конвейер; 3 – сбрасывающая тележка; 4 – усреднительная рудозаборная машина; 5 – ленточный отводящий конвейер
В комплекс оборудования таких рудоусреднительных складов входит передаточная тележка, служащая для транспортирования усреднителя или штабелеукладчика из одного отсека склада в другой.
Однако использование даже таких усреднительных машин может дать удовлетворительные результаты лишь при соблюдении требований к материалам, поставляемым на склад с горно-обогатительных комбинатов — по содержанию влаги, по колебаниям химического состава, по крупности и т.д.
Известняк и топливо (коксик) обычно складируют в открытых штабельных склада. Склады топлива иногда выполняют закрытыми. Устройство и оборудование таких складов аналогичны рудному складу (Рисунок 2, а). Сo склада топливо и известняк направляют ленточными конвейерами для дробления и измельчения в предназначенные для этой цели корпуса. Для измельчения известняка до необходимой крупности используют молотковую дробилку ДМРИЭ, работающую в замкнутом цикле с инерционным грохотом (1,75x3,5 м) типа 173 Гр-1 (ЗСМЗ) либо с плоскокачающимся грохотом типа ГПЧ-11-А (НЛМЗ) или резонансным грохотом (2,5x6,0 м) типа ГРЛ-72-1 (КарМК, НЛМЗ) На аглофабрнке КГОКа для измельчения известняка используют стержневую мельницу МСЦ-2.1х3,0.
На рисунке 4 показано отделение измельчения, куда известняк подают ленточным конвейером 1 с распределением по бункерам сбрасывающей тележкой или реверсивным передвижным конвейером. Из бункера 2 известняк при помощи электровибрационного питателя 3 подается в молотковую дробилку 4. Намельченный известняк просеивается на вибрационном грохоте 5. Надрешетный продукт возвращается системой конвейеров 6 в дробилку, а подрешетный направляется в отделение шихтовых бункеров. В подрешетном известняке содержание фракции —3 мм составляет 99,5—99,9%.
Оборудование в отделении измельчения известняка снабжено кожухами, вытяжными и пылеулавливающими устройствами.
На некоторых аглофабриках известняк измельчают в две стадии: до крупности 8 мм (первая стадия) в молотковых дробилках и до крупности менее 3 мм (вторая стадия) в шахтных мельницах (HЛМЗ).
Топливо (кокс) в зависимости от исходной крупности на различных фабриках измельчают в одну или две стадии. При двустадийном измельчении на первой стадии дробят кокс до кусков размером 16 мм в конусной дробилке КМД-1750 иди КМД-2200, которая установлена в специальном отделении Кокс это отделение подают ленточным конвейером. Чтобы предохранить дробилку от попадания в нее металлических предметов, над ней конвейером подвешивается магнитный уловитель. Сначала кокс попадает на инерционный грохот (1,75x3,5), из котором отсеивается мелкая фракция, и через воронку направляется на отводящий конвейер. Надрешетный кокс поступает в конусную дробилку через реверсивный передвижной
Рисунок 4 - Отделение измельчения известняка
ленточным ленточный конвейер и после дробления — на отводящий конвейер. Далее кокс конвейером подается в корпус измельчения топлива где он загружается в бункера, а из бункеров ленточными питателями направляется в четырехвалковые дробилки. Коксик, намельченный до крупности 3 мм, ленточным конвейером направляется в отделения шихтовых бункеров и агломерации для введения коксика в шихту при двухслойном спекании. Содержание фракции — 3 мм в измельченном топливе составляет 92,5 — 94,5%.
С целью уменьшения пылевыделения оборудование корпуса измельчения кокса снабжено кожухами и пилеочистными устройствами.
При одностадийном измельчении используют только валковые дробилки.
Все шихтовые материалы после приготовления поступают в отделение шихтовых бункеров, где бункера расположены рядами. На новых аглофабриках число рядов соответствует числу агломерационных машин.
Рисунок 5 - Отделение шихтовых бункеров
На рисунке 5 показано в разрезе отделение с двухрядным расположением бункеров. В каждом ряду установлено по 19 и более бункеров 1 высотой 8—10 м и емкостью 70—100 м3 каждый. Число бункеров для различных компонентов в зависимости от состава спекаемой шихты может изменяться. Так, для известняка используют четыре-пять бункеров, для топлива три-четыре, для концентрата и руды восемь-девять, остальные бункера используют для возврата, шлака, окалины или колошниковой пыли. Среди шихтовых бункеров не всегда предусматривают бункера возврата, например в случае подачи его в горячем виде для смешивания с холодным и мелким агломератом, отсеянным в доменном цехе перед нагрузкой его в скипы. При этом в отделении первичного смешивания устанавливают общий для всех агломерационных машин бункер емкостью 350 м3 оборудованный электровибрационным или тарельчатым питателем, выдающим возврат в лоток шихты. Шихтовые бункера заполняются при помощи ленточных конвейеров 2 с передвижными барабанными сбрасывающими тележками к реверсивными передвижными ленточными конвейерами.
Бункера для руды, концентрата, топлива и известняка оборудованы тарельчатыми или электровибрационными питателями 3. Тарельчатые питатели более пригодны для крупных материалов, например для агломерационной руды. Электровибрационные питатели лучше дозируют мелкие однородные материалы, такие как концентрат, известняк, коксовая мелочь. Они расходуют меньше электроэнергии, чем тарельчатые, но больше сорят при пуске и остановке и ремонт их более сложен, чем тарельчатых питателей. Поэтому на новых фабриках дозирование концентрата преимущественно осуществляется тарельчатыми питателями. Для поддержания заданного количества выдаваемых из бункеров на ленточные конвейеры материалов имеется автоматическая система с включенными и нее весоизмерительными устройствами типа ВЛ-1058 и ЛТМ или весодозаторами типа ЛДА. Для предотвращения зависания материалов бункера оборудованы электровибраторами 4 или системами пневматического обрушения, работающими автоматически. Из шихтовых бункеров отдозированные материалы укладываются на сборный конвейер 5 и направляются в корпус первичного смешивания.
Смешивание компонентов агломерационной шихты является последним этапом процесса ее усреднения, который начинается на шихтовых складах и продолжается при дозировании компонентов из шихтовых бункеров. Никакое самое идеальное смесительное устройство не обеспечит высокую степень однородности шихты и постоянство ее состава без предварительного усреднения или при неравномерном дозировании. И наоборот, даже при достаточно высокой однородности сырых материалов и точном дозирования только хороший смеситель может обеспечить равномерность состава компонентов в пробе небольшой массы. Поэтому к конструкции смесителя предъявляют повышенные требования В нашей стране и за рубежом в агломерационном производстве широко применяют смесительные барабаны, которые обеспечивают достаточно высокую производительность, позволяющую использовать для первичного смешивания один смеситель на каждую агломерационную машин Однако смесительные барабаны не обеспечивают необходимой однородности смеси. Коэффициент эффективности перемешивания, определяемый как отношение минимального содержания данного компонента в шихте к максимальному для разных компонентов составляет в среднем 0,7. Поэтому усилия исследователей и конструкторов направлены на поиски методов увеличения степени однородности при смешивании в барабанах, а также на создание новых способов смешивания и смесительных устройств.
Подачу шихты в отделение агломерации осуществляют по различным схемам. При индивидуальных трактах подачи шихты для каждой агломерационной машины аварийная остановка тракта приводит к простою машины. В таком случае эффективность работы аглофабрики зависит от надежности конвейеров. На некоторых аглофабриках предусмотрена установка дополнительных бункеров и челноковых конвейеров, что позволяет обеспечить взаимозаменяемость трактов. При этом мощность транспортного оборудования выбирают с расчетом на двойную нагрузку, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.
Готовый агломерат после завершения процесса спекания и частичного охлаждения (стабилизации температуры) в хвостовой части агломашины сходит со спекательных тележек с температурой ~600—700°С и по наклонной футерованной течке поступает в одновалковую зубчатую дробилку типа ДО 1,3x4,2, где он дробится до крупности 200 мм. В последнее время принимают меры для уменьшения размеров кусков агломерата после дробления до 100 мм до меньше, так как при укладке на охладитель между кусками 200—300 мм образуются большие каналы резко снижающие эффективность охлаждения. Кроме того, снижение крупности агломерата способствует получению продукта более узкого класса, что положительно сказывается на работе доменных печей. Затем агломерат поступает на самобалансный откатной грохот (3,0x6,0 мм) для отделения горячего возврата (подрешетного продукта) 15 мм. Возврат поступает в барабанный охладитель ОБ-2,8х10 и после охлаждения ленточными конвейерами 18 направляется в корпус сортировки возврата, откуда одна часть его (8 мм) направляется в корпус первичного смешивания, а другая (15—8 мм) — в бункера постели корпуса агломерации.
Надрешетный продукт (более 15 мм) поступает для охлаждения в отделение охлаждения агломерат Температура агломерата после его охлаждения играет большую роль в увеличении долговечности оборудования и в первую очередь транспортирующих средств, в улучшении условий труда. Кроме того, охлажденный агломерат по сравнению с горячим имеет более стабильный зерновой состав. Температура агломерата в конце процесса охлаждения не должна превышать 100°С.
Охлаждение агломерата водой приводило к его разрушению от температурных напряжений и повышенному выходу мелких фракций. Чашевые охладители (КГОК) с охлаждением прососом воздуха через слой агломерата оказались недостаточно эффективными. Температура снижалась от 600 до 400—300° С.
При охлаждении агломерата непосредственно на агломашине путем создания специальной зоны в хвостовой части машины при присасывании воздуха сверху вниз или при продуве снизу вверх удалось снизить температуру агломерата лишь на 50—70° С Поэтому было решено увеличить площадь спекания агломашин за счет зоны охлаждения с целью увеличения производительности агломашин.
Более эффективными оказались отдельно стоящие линейные охладители, работающие с продувом воздуха сверху вверх через слой агломерата высотой до 0,5 м. На новых аглофабриках с агломашинами площадью газоотсоса 312 м3 устанавливаются линейные охладители площадью охлаждения 315 м3
Рисунок 6 – Отделение охлаждения агломерата
На рисунке 6 показано отделение охлаждения агломерата с линейным охладителем ОП-315 конструкции ЮУМЗ. Агломерат поступает на колосниковую решетку охладителя 1 по течке 2 с температурой 600 — 700°С и выше. Охлаждение агломерата осуществляется продувом через слой агломерата воздуха, подаваемого под колосниковую решетку мощными дымососами. Температура охлаждения агломерата зависит от производительности агломерационной машины, температуры агломерата перед охладителем и крупности кусков агломерата. В среднем температуре охлажденного агломерата фракции 50 мм составляет 60—125°С, фракции 50—150 мм 80 — 150°С, а более крупных кусков 275— 360°С.
Охлажденный агломерат поступает на самобалансный грохот 3 (3,0x6,0 м) для выделения возврата 15 мм, который отводится конвейером 4 в отделение сортировки возврата, и агломерата, поступающего после грохочения на конвейеры 5 для транспортирования в отделение бункеров агломерата или в доменный цех, а на некоторых аглофабрнках после грохочения сразу в железнодорожные вагоны.
В других случаях после охладителя устанавливают последовательно два инерционных грохота 1,75х3,5 м для выделения возврата крупностью 8 мм и постели 15—8 мм (НЛМЗ, 1-я очередь) или колосниковый грохот 4,0х6,5 м, где выделяется фракция крупнее 50 мм, и самобалансный грохот 3,0х6,0 м для выделения возврата 8 мм и постели 15—8 мм (ЗСМЗ).
В новых проектных решениях предусматривается транспортирование возврата в бункера шихтового отделения, что значительно упрощает его дозировку.