Новотроицкий филиал НИТУ «МИСИС», Новотроицк, Россия

А. Н. Шаповалов, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования, заместитель директора филиала по науке и инновациям, канд. техн. наук

Новотроицкий филиал НИТУ «МИСИС», Новотроицк, Россия¹ ; Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия² ; Херсонский государственный университет, Геническ, Россия³
Р. Р. Дёма, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения², профессор кафедры металлургических технологий и оборудования¹, профессор кафедры машиностроения³, докт. техн. наук, эл. почта: demarr78@mail.ru
Р. Н. Амиров, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения², доцент кафедры металлургических технологий и оборудования¹, доцент кафедры машиностроения³, канд. техн. наук

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия¹ ; Херсонский государственный университет, Геническ, Россия²
О. Р. Латыпов, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения¹, доцент кафедры машиностроения², канд. техн. наук

Представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию влияния инжекции пара в слой спекаемой шихты на показатели агломерационного процесса, качество агломерата и состав отходящих газов при спекании железорудных материалов Курской магнитной аномалии. Установлено, что введение пара с температурой 200 °С в слой спекаемой шихты в исследуемом диапазоне расходов (1,5–4,5 нм³/т шихты) способствует повышению вертикальной скорости спекания, удельной производительности и холодной прочности агломерата. С увеличением расхода пара при спекании «холодной» шихты показатели
спекания и качества агломерата изменяются по кривой с экстремумом, достигая наилучших результатов при инжекции пара в середине процесса спекания в течение 5 мин при удельном расходе 3,0 нм³/т шихты. При этом содержание СО и NO_х в отходящих газах снижается пропорционально повышению расхода водяного пара в шихту. Полученные результаты обусловлены влиянием пара на кинетику горения топлива, тепловые условия спекания и скорость нагрева шихты. Снижение эффективности использования пара с увеличением его расхода при спекании «холодной» шихты связано с увеличением влажности шихты в зоне переувлажнения, снижением структурной прочности слоя и ухудшением его газопроницаемости. Поэтому полное использование потенциальных возможностей инжекции пара в слой спекаемой шихты возможно только при спекании предварительно подогретой шихты (температурой более 60 °С). Результаты лабораторных спеканий предварительно нагретой до 70–80 °С агломерационной шихты с подачей водяного пара в слой с расходом 1,08 нм3/ч, начиная с 10-й минуты от начала спекания, при поддержании температуры пара на уровне 200 °С подтвердили высокую эффективность совмещения технологии агломерации с предварительным подогревом шихты и введением в слой водяного пара.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2023-0008).

1. Коротич В. И., Фролов Ю. А., Бездежский Г. Н. Агломерация рудных материалов. Научное издание. — Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2003. — 400 с.
2. Фролов Ю. А. Агломерация: технология, теплотехника, управление, экология. — М. : Металлургиздат, 2016. — 672 с.
3. Пузанов В. П., Кобелев В. А. Введение в технологии металлургического структурирования. — Екатеринбург : УрО РАН, 2005. — 501 с.
4. Niesler M., Stecko J., Blacha L., Oleksiak B. Application of fine-grained coke breeze fractions in the process of iron ore sintering // Metalurgija. 2014. Vol. 53. P. 37–39.
5. Шаповалов А. Н., Овчинникова Е. В., Майстренко Н. А. Повышение качества подготовки агломерационной шихты к спеканию в условиях ОАО «Уральская Сталь» // Металлург. 2015. № 3. С. 30–36.
6. Юрин Н. И., Юхименко В. И., Искалин В. И., Шкуратов И. А. Лабораторные и практические исследования агломерационного процесса // Металлург. 2015. № 6. С. 32–38.
7. Майстренко Н. А., Овчинникова Е. В., Шаповалов А. Н., Берсенев И. С. Повышение эффективности процесса агломерации при окомковании шихты с использованием ПАВ // Сталь. 2016. № 1. С. 12–15.
8. Shapovalov A. N., Dema R. R., Nefedyev S. P. et al. Application of new surfactants sintering agglomerate // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2017. Vol. 52, Iss. 5. P. 1008–1016.
9. Linhares F. M., Victor C. C. F., Lemos L. R., Bagatini M. C. Effect of three different binders and pellet feed on granulation behaviour of sintering mixtures // Ironmaking & Steelmaking. 2020. Vol. 47, Iss. 9. P. 991–997. DOI: 10.1080/03019233.2019.1659001
10. Zhou H., Dahri M. W., Zhou M., Lai Z. Examining the effects of liquid–powder binder concentration on the cohesion and friction of a granular bed // Particulate Science and Technology. 2020. Vol. 39, Iss. 7. P. 832–843. DOI: 10.1080/02726351.2020.1836101
11. Феоктистов А. В., Одинцов А. А. Повышение эффективности использования твердого топлива при двухслойной агломерации // Металлург. 2014. № 6. С. 66–73.
12. Zhou M., Han S., Wang L. et al. Effect of Size distribution of coke breeze on sintering performance // Steel Research Int. 2015. Vol. 86, Iss. 11. P. 1242–1251. DOI: 10.1002/srin.201400262
13. Zhong Q., Liu Hb., Xu Lp. et al. An efficient method for iron ore sintering with high-bed layer: double-layer sintering // J. Iron Steel Res. Int. 2021. Vol. 28, Iss. 11. P. 1366–1374. DOI: 10.1007/s42243-021-00576-4
14. Шаповалов А. Н., Фукс А. Ю. Исследование агломерационного процесса с накатыванием топлива на гранулы шихты // Черные металлы. 2023. № 6. С. 4–9.
15. Матюхин В. И., Ярошенко Ю. Г., Брагин В. В. Технологические возможности производства железорудного агломерата при использовании комбинированного топлива // Сталь. 2019. № 11. С. 3–8.
16. Huang X. X., Fan X. H., Chen X. L., Zhao X. Z., Gan M. Optimisation model of fuel distribution in materials bed of iron ore sintering process // Ironmaking & Steelmaking. 2019. Vol. 46, Iss. 7. P. 649–655. DOI: 10.1080/03019233.2018.1440160
17. Шаповалов А. Н., Фукс А. Ю. Исследование аглопроцесса с подачей газообразного топлива в слой спекаемой шихты // Металлург. 2024. № 1. С. 24–30.
18. Kang H., Choi S., Yang W., Cho B. Influence of oxygen supply in an iron ore sintering process // ISIJ International. 2011. Vol. 51, Iss. 7. P. 1065–1071.
19. Yuji Iwami, Tetsuya Yamamoto, Takahide Higuchi et al. Effect of oxygen enrichment on sintering with combined usage of coke breeze and gaseous fuel // ISIJ International. 2013. Vol. 53, Iss. 9. P. 1633–1641.

20. Rajak D. K., Ballal N. B., Viswanathan N. N., Singhai M. Effect of oxygen enrichment on top layer sinter properties // ISIJ International. 2021. Vol. 61, Iss. 1. P. 79–85.
21. Wu Y., Fan X., Ji Z. et al. Investigation on the application of by-product steam in iron ore sintering: performance and function mechanism // Environ. Sci. Pollut Res. 2022. Vol. 29. P. 62698–62709. DOI: 10.1007/s11356-022-20059-7
22. Wang Y., Yang T., Wang H. et al. Application of steam injection in iron ore sintering: fuel combustion efficiency and CO emissions // J. Iron Steel Res. Int. 2023. Vol. 30. P. 31–39. DOI: 10.1007/s42243-022-00793-5
23. Sun Cf., Zhou Xg., Li G. et al. Intensive carbon combustion in sintering packed bed via steam spraying: An experimental study on carbon monoxide emission reduction // J. Cent. South Univ. 2023. Vol. 30. P. 786–799. DOI: 10.1007/s11771-023-5280-1
24. Pei Y. et al. Research and application of sintering surface steam spraying technology for energy saving and quality improvement // 9th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing. TMS 2018. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. 2018. P. 785–796. DOI: 10.1007/978-3-319-72138-5_75
25. Zhang Y. et al. Changes of SO2, NOx emission, and production of iron ore sintering with steam injection at the surface of sintering bed // 12th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing. The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham. 2022. P. 459–467. DOI: 10.1007/978-3-030-92388-4_41
26. Петрышев А. Ю., Берсенев И. С., Боковиков Б. А., Ярошенко Ю. Г. Исследование особенностей формирования оксидов азота при агломерации железных руд // Известия вузов. Черная Металлургия. 2016. Т. 59, № 4. С. 232–236.