Обжиг шихтовых материалов

Первоначальной целью обжига руды было удаление влаги из бурых железняков и летучих веществ из сидеритов, удаление серы, улучшение восстановимости руды вследствие повышения пористости и растрескивания. Однако, с появлением и быстрым развитием агломерации такой обжиг стал ненужным, так как при спекании руд все эти задачи выполнялись вместе с окускованием.

В настоящее время производят обжиг известняка, который в дальнейшем используется в процессе агломерации:

СаСО₃ → СаО + СО₂ – 177,988 ккал.

Восстановительный, или магнетизирующий, обжиг – это перевод слабомагнитных минералов железных руд в магнитные с целью последующего обогащения магнитной сепарацией. Такой обжиг проводится в восстановительной атмосфере, т.е. при сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха меньше единицы, или с помощью вводимого со стороны восстановительного газа. Восстановителем при магнетизирующем обжиге являются оксид углерода (СО) и водород, получаемые при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, или природный газ, содержащий метан. Восстановление протекает по реакциям:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂;

3Fe₂O₃ + Н₂ = 2Fe₃O₄ + Н₂О.

При чрезмерном развитии восстановительных процессов появляется опасность «перевосстановления», т.е. дальнейшего восстановления магнетита и потеря им магнитных свойств. Поэтому необходимо, чтобы скорость процесса восстановления не превышала скорости диффузионных процессов, т.е. поступления восстановителя к фронту реакции и отвода газообразных продуктов восстановления (СО₂, Н₂О). Такие условия достигаются при большой скорости газов (>1 м/с), небольшой крупности частиц материалов (<5 мм), невысоких температурах и концентрации восстановителя (температура ниже 800 °С, концентрация меньше 10%). Обожженный материал при охлаждении нужно изолировать от кислорода, иначе он окислится и потеряет приобретенные магнитные свойства.

Для магнетизирующего обжига руд применяются трубчатые печи, печи с кипящим слоем (реакторы) и шахтные печи.

Печь представляет собой длинную вращающуюся трубу, в которой, пересыпается руда. Навстречу руде движутся восстановительные газы, подаваемые с торца и вдоль печи (рисунок 3.6). Печь футерована внутри шамотным кирпичом.

1 – загрузочная головка; 2 – бандаж; 3 – венцовая шестерня; 4 – периферийные горелки; 5 – разгрузочная головка; 6, 9 – соответственно разгрузочный и загрузочный пороги; 7,8 – соответственно опорный и упорный ролики.

Рисунок 3.6 – Схема трубчатой вращающейся печи (50х3,6 м) для магнетизирующего обжига руды

Печь устанавливается с наклоном 3° и вращается со скоростью 0,68–1,36 об/мин. Она отапливается природным газом 12-ю периферийными горелками, расположенными по спирали, что обеспечивает определенное распределение температуры по длине печи. К горелкам с помощью специальных устройств подведены газ и воздух.

Частицы исходной руды крупностью 0–25 мм с добавкой небольшого количества твердого восстановителя в виде бурого угля подаются весовым дозатором в печь. Перемешиваясь в печи в течение 1,5–2 ч, руда нагревается до 700–800 °С и обрабатывается восстановительными газами.

Обожженная руда выгружается в специальный охладительный барабан с водой, где охлаждается без контакта с кислородом. Производительность такой печи составляет до 1000 т руды в сутки, расход у. т.– 4,5–5,5%. от массы руды.

Большая поверхность контакта твердого материала и газа обусловливает высокую интенсивность протекания химических реакций, теплообмена; температура материала по высоте слоя практически одинаковая.

Несмотря на то, что магнетизирующий обжиг позволяет получать железорудные концентраты высокого качества, этот способ подготовки из-за своей высокой стоимости применяется только в тех случаях, когда другие способы обогащения не дают удовлетворительных результатов.

Контрольные вопросы для самопроверки