Обжиговая машина конвейерного типа, страница 4

  Удаление влаги из нижних горизонтов слоя окатышей происходит в зоне подогрева.

2.2. Процессы, протекающие при нагреве окатышей

 При нагреве окатышей протекает ряд процессов: разложение гидратов и карбонатов окисление оксидов железа, твердофазные реакции.

  Эти процессы протекают в зоне подогрева.

  1.Разложение гидратов. В рудных материалах содержится связанная гидратная вода. Некоторая часть гидратной воды может находиться в сложных соединениях пустой породы. Гидроксиды железа ( такие, как лимонит Fe₂O₃∙1,5Н₂О) теряют воду уже при 80-90^оС ( с образованием гетита Fe₂O₃∙Н₂О) Удаление воды из гетита происходит при температурах более 320^оС. Для бурых железняков этот процесс заканчивается при 500-600^оС. Однако некоторые вещества удерживают воду вплоть до 800-1000^оС (каолит Al₂O₃∙2SiO₂∙2 Н₂О, тюрингит 8FeO∙4(Fe,Al)₂O₃∙6SiO₂∙9Н₂О).

  2.Разложение известняка.. При быстром нагреве (200-400^оС/мин) в нейтральной или окислительной атмосфере диоксид углерода начинает выделяться из окатышей при 800-850^оС. При нагреве со скоростью 80^оС/мин температура разложения известняка снижается до 730-750^оС. Общая продолжительность выделения  диоксида углерода составляет от 5,5 до 120 мин в зависимости от скорости нагрева. Разложение карбонатов происходит по реакциям:

CaCO₂→CaO+CO₂-178,5 МДж/кг;

MgCO₃→Mg+ CO₂-109,83 МДж/кг;

MnCO₃→MnO+ CO₂ – 96,348 МДж/кг;

FeCO₃→FeO+ CO₂-87,906 МДж/кг.

  3.Окисление оксидов железа. Окисление магнетита до гематита сопровождается заметным выделением тепла : 2Fe₃O₄+1/2O₂→3Fe₂O₃+247МДж. Этот процесс зависит от удельной поверхности образцов. Практика обжига показывает, что максимальная степень окисления окатышей (минимальное содержание FeO) соответствует температурному интервалу 900-1100^оС. При дальнейшем повышении температуры степень окисления магнетита снижается, что связанно с диссоциацией гематита Fe₃O₄→Fe₂O₃+FeO.

  При содержании в газе-теплоносителе 10-15% кислорода температура диссоциации гематита составляет 1360-1370^оС.

  При обжиге окатышей начало окисление зафиксировано  для скорости нагрева 200^оС/мин -500-530^оС, для 80^оС/мин 280-300^оС. Скорость окисления для офлюсованных окатышей несколько выше, чем для неофлюсованных, что связано с повышением пористости офлюсованных окатышей после выделения СО₂. Повышенная пористость облегчает контакт кислорода с магнетитом.

4. Твердообразные химические реакции. Приобретают заметное развитие в процессе нагрева окатышей. При обжиге неофлюсованных окатышей из магнетитовых концентратов ведущую роль играет реакция  между Fe₃O₄ и SiO₂ с образованием силикатов 2 Fe₃O₄+3 SiO₂→3Fe₂SiO₄+O₂. При обжиге офлюсованных окатышей в реакции  участвуют Fe₃O_4, Fe₂O_3, CaO, MgO и SiO₂, причем решающее значение приобретает реакция образования ферритов кальция. Образуются также силикаты железа и кальция. В таблице 1 приведены первичные продукты твердофазных реакций.

Табл.1  Первичные продукты реакций между твердыми фазами

Взаимодействующие твердые вещества	Молекулярные соотношения в смеси	Первичный продукт реакции
CaO -SiO2	3:1    2:1  3:2  1:1	2 CaO · SiO2
Mg - SiO2	2:1   1:1	Mg- SiO2
CaO- Fe2O3	2:1   1:1	2 CaO· Fe2O3
CaO - Al2O3	3:1   5:3   1:1  1:2  1:6	CaO· Al2O3
MgO· Al2O3	1:1   1:6	MgO· Al2O3

2.3. Механизм упрочнения окатышей

В зоне обжига завершаются процессы окисления магнетита и разложения карбонатов. В зоне обжига происходит упрочнение окатышей в результате образования жидких фаз. Процесс обжига в нижних горизонтальных слоях окатышей заканчивается в зоне рекуперации. Упрочнение окатышей может происходить вследствие твердофазного ( в отсутствие жидких фаз) и жидкофазного ( при некотором количестве расплава) спекания. Для окисленных окатышей температурная граница между твердо и жидкофазным спеканием может составлять 1150-1250⁰С. Твердофазное спекание оксидов железа  обычно начинает проявляться при 800-900⁰С. Образование некоторого количества расплава (жидкофазное спекание) существенно интенсифицирует процесс упрочнения окатышей. Источником расплава является пустая порода. Таким образом, степень обогащения железных руд  определяется не только стоимостью обогащения и увеличением содержания железа в концентрате, но и изменением прочности окатышей в результате уменьшения содержания пустой породы.