3. Технология агломерации железных руд.
Технологическая схема агломерации
Агломерация - это процесс окускования мелких руд, концентратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала.
Состав шихты
Железорудные материалы (40-50%):
Железная руда (крупность < 10 мм), Железорудный концентрат (крупность < 0,07 мм), Колошниковая пыль содержит 45% железа, Окалина (прокатная), Шламы (40-50% железа), Марганцевая руда, Чугунный скрап.
Топливо 4-6%
Коксик, Антрацитовый штыб.
Флюс 15-20 %
Известняк (СаСО3), Доломит (СаСО3 MgСО3), Известь, Конверторный шлак
Возврат – мелкий агломерат 20-30%
До спекания проводится подготовка шихты.
Дозирование – для стабильности процесса. Смешивание – для равномерного распределения компонентов. Производится в барабанах смесительном и окомковательном. При подаче в барабан воды, которая разбрызгивается над поверхностью шихты происходит окомкование. При оптимальной влажности 6-9% обеспечивается наибольшая газопроницаемость.
Затем производится спекание на колосниковой решетке. Сначала загружают «постель» из возврата (30-30 мм), затем шихта – 250-350 мм. Специальным зажигательным устройством нагревают верхний слой шихты до 1200-1300оС и топливо воспламеняется. Зона горения постепенно продвигается сверху вниз. Когда зона горения достигает постели, процесс заканчивается. Процесс идет 10-20 мин.
4. Горение топлива и окислительно-восстановительные процессы при агломерации.
В зоне горения температура достигает 1500оС. Продукты сгорания отдают свое тепло нижним слоям и уходят с t=60-150оС.
Топливо сгорает по реакциям: С+О2=СО2 ; СО2+С=СО. Образующаяся окись углерода восстанавливает окислы железа: 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 ; Fe3O4+CO=3FeO+CO2. В зоне высоких температур магнетит также восстанавливается углеродом: Fe3O4+C=3FeO+CO.
Пирит при t=1000оС выделяет серу: 3FeS2+O2= Fe3O4+6SO2. Для более полного удаления сульфидной серы процесс следует вести при пониженном расходе топлива, так как это обеспечивает более окислительную атмосферу.
5. Твердофазные химические реакции
Реакции, протекающие в твердых фазах имеют некоторые особенности.
1. В твердой фазе идут только экзотермические реакции. Выход продуктов определяется главным образом числом контактов реагирующих частиц.
2. Важное значение имеет природа твердого продукта реакции. Располагаясь на контакте реагирующих веществ, продукт реакции может существенно тормозить реакцию, создавая препятствие для диффузии реагентов.
3. Независимо от массы вступающих в реакцию веществ, первым продуктом реакции оказывается вещество с наиболее простой кристаллической решеткой или с решеткой, легко сопрягающейся с решетками реагентов. При спекании офлюсованной шихты в твердой фазе преимущественно развиваются реакции образования ферритов кальция.
6. Плавление шихты и кристаллизация расплава при агломерации
Хотя шихта не содержит легкоплавких компонентов, после начала реакций между твердыми фазами образуются новые соединения с пониженной температурой плавления.
Первые капли ферритного и силикатного расплава начинают растворять в себе всю массу шихты в зоне горения твердого топлива, чему способствует их неограниченная растворимость в расплаве. СаО и MgO хорошо смачиваются и энергично растворяются в расплавах силикатов железа, а гематит и кварц – в расплавленных ферритах кальция. Таким образом, все вещество шихты оказывается в расплавленном состоянии и готовый агломерат образуется при кристаллизации этого расплава. В верхней части зоны горения при соприкосновении расплава с воздухом начинается его кристаллизация. При спекании неофлюсованного агломерата. При охлаждении расплава в интервале от линии ликвидуса до линии солидуса (1142оС) идет выпадение первичных кристаллов магнетита. Далее кристаллизуется эвтектика Fe3O4 – Fe2SiO4. Из-за высокой скорости охлаждения значительная часть силикатного расплава не успевает кристаллизоваться и застывает в виде стекла.