Агломерационная машина

Агломерационная машина — это промышленный агрегат непрерывного или периодического действия, предназначенный для термической обработки мелкозернистых рудных материалов, концентратов и колошниковой пыли с целью их спекания (агломерации) в пористые куски (агломерат), пригодные для последующей плавки в доменных печах или других металлургических агрегатах. Агломерация является основным методом окускования рудного сырья в чёрной металлургии.

История

Первый промышленный способ агломерации руд был разработан в 1887 году в Германии Т. Хантингтоном и Ф. Геберлейном. Однако их метод был периодическим и малопроизводительным. Прорыв произошёл в 1906 году, когда американский инженер А. Дуайт и Р. Ллойд запатентовали конструкцию ленточной агломерационной машины непрерывного действия. Первая промышленная ленточная машина была запущена в 1910 году на заводе в городе Брейнтри (США). В СССР первые агломерационные машины были установлены в 1930-х годах на Магнитогорском и Кузнецком металлургических комбинатах.

Принцип действия

Процесс агломерации основан на сжигании твёрдого топлива (коксовой мелочи, антрацита), смешанного с шихтой. Шихта состоит из рудного концентрата, флюсов (известняка, доломита) и возврата (мелкого агломерата). Смесь увлажняют до 6–8% и загружают на движущуюся колосниковую решётку (паллеты) слоем высотой 250–400 мм. Сверху слой поджигается газовыми горелками в зажигательном горне. Воздух просасывается через слой шихты сверху вниз с помощью эксгаустеров (мощных вентиляторов). В зоне горения температура достигает 1200–1500 °C, что приводит к частичному расплавлению частиц шихты и их спеканию. По мере продвижения паллет зона горения перемещается вниз, и на выходе из машины образуется спекшийся «пирог» агломерата. Готовый агломерат дробится, охлаждается и сортируется по фракциям.

Устройство и основные узлы

Ленточная агломерационная машина состоит из следующих основных частей:

• Загрузочное устройство — барабанный питатель или челноковый распределитель, обеспечивающий равномерную укладку шихты на паллеты.
• Зажигательный горн — камера с газовыми или мазутными горелками, где воспламеняется топливо в верхнем слое шихты.
• Паллеты (тележки) — стальные платформы с колосниковой решёткой, движущиеся по рельсам. Каждая паллета имеет ширину 2–4 м и длину 1–1,5 м.
• Эксгаустерная камера — система вакуум-камер под паллетами, соединённых с эксгаустерами, которые создают разрежение (до 10–15 кПа) для просасывания воздуха через слой.
• Приводная станция — электродвигатель с редуктором, обеспечивающий движение паллет со скоростью 1–4 м/мин.
• Разгрузочное устройство — механизм для сброса спечённого агломерата с паллет на дробилку.
• Система газоочистки — циклоны, электрофильтры или рукавные фильтры для улавливания пыли из отходящих газов.

Классификация

Агломерационные машины классифицируются по нескольким признакам:

По конструкции

• Ленточные (конвейерные) — наиболее распространённый тип (до 90% мирового производства агломерата). Отличаются непрерывностью процесса и высокой производительностью.
• Чашевые — периодического действия, используются для малых объёмов производства или специальных видов сырья.
• Кольцевые — замкнутая лента, паллеты движутся по кругу; применяются реже из-за сложности конструкции.

По способу создания тяги

• С всасыванием (с просасыванием) — воздух засасывается через слой сверху вниз (классическая схема).
• С нагнетанием — воздух подаётся снизу вверх; используется для получения агломерата с высокой прочностью.

По типу охлаждения

• С отдельным охладителем — горячий агломерат выгружается на ленточный или кольцевой охладитель.
• Со встроенным охлаждением — охлаждение происходит на той же машине в последних секциях.

Технические характеристики

Основные параметры агломерационных машин:

• Площадь спекания — от 18 до 600 м² (наиболее крупные машины — до 900 м² на заводах Китая).
• Производительность — от 50 до 10 000 тонн агломерата в сутки.
• Скорость движения паллет — 1–5 м/мин.
• Высота слоя шихты — 250–500 мм.
• Разрежение в вакуум-камерах — 8–15 кПа.
• Расход коксовой мелочи — 40–80 кг на тонну агломерата.

Применение

Агломерационные машины используются преимущественно в чёрной металлургии для подготовки сырья к доменной плавке. Агломерат составляет 60–80% рудной части шихты доменных печей. Кроме того, агломерация применяется:

• в цветной металлургии — для окускования свинцовых, цинковых, медных концентратов;
• при переработке техногенных отходов — колошниковой пыли, шламов, окалины;
• в производстве ферросплавов — для подготовки марганцевых и хромовых руд.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность (до 10 млн тонн в год на одной машине).
• Возможность переработки тонкодисперсных концентратов и отходов.
• Относительно низкая стоимость оборудования по сравнению с альтернативными методами (окатывание, брикетирование).
• Удаление серы и других вредных примесей при обжиге (до 80–90% серы переходит в газ).

Недостатки

• Высокое энергопотребление (до 30–40 кВт·ч на тонну агломерата).
• Значительные выбросы пыли, диоксида серы, оксидов азота и углекислого газа.
• Низкая механическая прочность агломерата по сравнению с окатышами.
• Ограниченная возможность регулирования химического состава.

Экологические аспекты

Агломерационное производство является одним из основных источников загрязнения атмосферы на металлургических предприятиях. Основные загрязнители: пыль (до 10–20 г/м³), SO₂ (до 500–1500 мг/м³), CO, NOₓ, бенз(а)пирен. Для снижения выбросов применяются:

• электрофильтры и рукавные фильтры (эффективность очистки от пыли — 99,5%);
• десульфуризация отходящих газов (известковое молоко, аммиак);
• рециркуляция части газов (снижение выбросов NOₓ на 30–50%);
• замена коксовой мелочи на биотопливо или природный газ.

В России с 2020 года введены нормативы наилучших доступных технологий (НДТ), обязывающие предприятия оснащать агломерационные машины системами газоочистки и снижать выбросы до уровня 0,5–1,0 мг/м³ по пыли.

Современные тенденции

В XXI веке развитие агломерационных машин идёт по пути:

• увеличения единичной мощности (до 900–1000 м² площади спекания);
• автоматизации управления процессом с использованием нейросетей и систем технического зрения;
• внедрения «сухой» агломерации с рециркуляцией газов для снижения расхода кокса;
• комбинирования агломерации с предварительным подогревом шихты (технология «горячая загрузка»);
• перехода на замкнутый водооборот и утилизацию тепла отходящих газов.

Источники

1. Ветман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. Металлургия чугуна. — М.: Металлургия, 1989.
2. Коротков В. П., Шаповалов А. Н. Агломерация руд и концентратов. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005.
3. Юсфин Ю. С., Пашков Н. Ф. Металлургия чугуна. — М.: Академкнига, 2004.
4. Патент US 1,035,448 (Duwell-Lloyd process), 1912.
5. *Справочник по обогащению руд / под ред. О. С. Богданова. — М.: Недра, 1984.
6. *Наилучшие доступные технологии в чёрной металлургии. ИТС 26-2020. — М.: Росстандарт, 2020.