WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 
s

«УДК 669.162.12 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБЖИГА МЕЛКИХ ФРАКЦИЙ СИДЕРИТА ВОВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ В.И. Матюхин, С.Г. Меламуд, В.В. Шацилло, О.В. Матюхин, А.В. Матюхина ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого ...»

УДК 669.162.12

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБЖИГА МЕЛКИХ

ФРАКЦИЙ СИДЕРИТА ВОВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ

В.И. Матюхин, С.Г. Меламуд, В.В. Шацилло,

О.В. Матюхин, А.В. Матюхина

ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

(г. Екатеринбург, Россия)

Для более глубокого использования железных руд Бакальского рудоуправления

было предложено обжигать их во вращающейся печи в присутствии добавок твердого топлива. Исследования особенностей кинетики их тепловой обработки в атмосфере воздуха при скорости нагрева 10 град/мин позволили выделить семь технологических стадий: сушки, подогрева, диссоциации карбонатов, окисления ферритов, формирования труднорастворимых силикатов, расплавления, которые сопровождаются изменением их теплового состояния и условий уплотнения.

Исследования изменений линейных размеров сидеритовых образцов в процессе изоскоростного нагрева позволили установить условия упрочнения их структуры в выделенных стадиях тепловой обработки.

Представлены результаты промышленных испытаний обжига мелкой фракции сидерита класса (10–0) мм во вращающейся печи, отапливаемой природным газом в присутствии добавок кокса. Показана возможность достижения выхода обожженной фракции до 62,07 % при тепловом КПД агрегата 77,27 %.

Ключевые слова: сидерит, кинетика кристаллохимических преобразований, кинетика уплотнения, вращающаяся печь, материальный и тепловой балансы.

For more in-depth use of iron ore Bakal Mining Administration was asked to burn them in a rotary kiln in the presence of solid fuel additives. Studies of the kinetics of their characteristics of heat treatment in air at a heating rate 10grad. / Min possible to identify seven process steps: drying, preheating dissociation of the carbonates, iron oxidation, formation of sparingly soluble silicate melt, accompanied by a change in their state, and the heat sealing conditions.

Studies of changes of linear dimensions siderite samples during heating izoskorostnogo possible to establish the conditions for strengthening their structures in selected stages of heat treatment The results of industrial test firing fines siderite class (10–0) mm in a rotary kiln, heated with natural gas in the presence of additives coke. The possibility of achieving output burnt fraction to 62.07 % in the thermal efficiency of the unit 77,27 %.

Keywords: siderite, the kinetics of crystal-chemical transformations, kinetics seals, rotary kiln, material and heat balances.

Одним из крупнейших месторождений железных руд на Южном Урале является Бакальское, общие запасы которого достигают 1 млрд т. Рудные компоненты представлены в них преимущественно сидероплезитом и пестомезитом [1]. По существующей технологии переработки железных руд на Бакальском рудоуправлении основным видом товарной продукции является концентрат обожженного сидерита (КОС) для агломерации, получаемый после окислительного обжига кусковой фракции 13–80 мм в шахтной печи, ее магнитной сепарации и дробления до агломерационной крупности 10–0 мм.

Исходный сидерит отличается относительно низким содержанием железа и содержит в качестве пустой породы оксиды кальция и магния. После его окислительного обжига в шахтной печи выход магнитной фракции может достигать до 85 % с содержанием железа 49,8–53,1 %. Наличие немагнитной составляющей, которая образуется вследствие неполного обжига исходных компонентов, снижает эффективность подготовки металлургического сырья, уменьшая выход годного и увеличивая затраты на производство. Если учесть, что в руднике выход кондиционной руды достигает не более 20–40 %, то существующая технология обогащения отличается низким выходом годного (не более 16,6–33,2 %). Основная масса рудных компонентов остается не востребованной промышленностью и складируется, приводя к потере денежных поступлений.





Исследования условий развития основных физико-химических процессов при обжиге сидеритов производили с использованием экспериментальных кривых дифференциальной сканирующей калориметрии мелкодисперсной пробы сидерита (рис. 1) в атмосфере воздуха при скорости нагрева 10 град/мин.

Их анализ позволяет выделить ряд технологических стадий. В процессе тепловой обработки рудный сидерит первоначально подвергается процессам обезвоживания (участок 1) в целях удаления физически связанной влаги, который развивается преимущественно до температуры 77–87 оС. В процессе дальнейшего подъема температуры (участок 2) происходит нагрев материалов, обладающих теплоемкостью 1,654 кДж/(кгК), с увеличением их физической теплоты вплоть до 500 оС. В этот период их внутренняя структура изменяется слабо с постепенным повышением теплосодержания образцов.

Рис. 1. Дериватограмма процесса тепловой обработки образца сидерита при скорости нагрева 10 град/мин в окислительной среде воздуха. ТГ – термогравиметрическая зависимость;

ДСК – дифференциально-сканирующая кривая калориметрии В интервале температур до 600–640 оС (участок 3) наблюдается развитие процессов диссоциации карбонатов железа, магния и марганца с потерей массы и поглощением тепла (67,11 кДж/кг). Образовавшиеся оксиды вступают между собой в твердофазные реакции с образованием марганец-магнетитовюстита и магномагнетита [2]. При достижения уровня разогрева 600–750 оС в атмосфере воздуха (участок 4) развиваются явления окисления образовавшихся соединений до марганец-магниеферрита и гематита с выделением избыточного тепла. При этом теплосодержание образцов увеличивается.

При более значительных температурах (до 760–800 оС) (участок 5) наблюдаются процессы твердофазного спекания исходных компонентов с формированием труднорастворимых силикатов и понижением их теплосодержания на 168,4 кДж/кг.

Дальнейшее повышение уровня нагрева образцов до 990–1020 оС сопровождается доокислением оксидных форм железа и марганца с образованием разновидностей ферритов (магноферритов) при выделении избыточного тепла (участок 6).

Последующий разогрев образцов сопровождается процессами расплавления исходных компонентов, которые протекают с поглощением тепла (участок 7). Для обогащения рудных материалов по железу этот период целесообразно ограничить, так как при этом происходит оплавление зерен магнетита и пустой породы с образованием прочных конгломератов.

Вопросы улучшения качества обжига дисперсных материалов требуют детального анализа закономерностей развития их упрочнения на основе достижений теории спекания. Рассматривая процесс тепловой обработки дисперсных рудных систем независимо от вида их основы, создание прочных кусков из отдельных частиц можно представить как частный случай спекания дисперсных порошков, осложненных протеканием физико-химических преобразований на границах зерен [3] и сопровождающихся выделением газов. Последовательное повышение температуры тепловой обработки приводит к увеличению количества контактов и при «автономной консолидации» системы [4] формирует внутреннее строение обжигаемых материалов.

На рис. 2 представлена дилатограмма изменения линейных размеров образца, изготовленного из мелкодисперсного сидерита, в процессе непрерывного нагрева его в атмосфере воздуха со скоростью 10 град/мин.

Исследование этих данных позволяет выделить несколько технологических периодов их уплотнения, в течение которых в структуре образцов протекает ряд физико-химических процессов, сопровождающихся внутренними кристаллохимическими преобразованиями, которые согласуются с данными рис. 1. Низкотемпературный период (до 75–80 оС) сушки образцов сопровождается преимущественным сокращением линейных размеров нагреваемых материалов (1-й период).

До температуры около 500 оС (2-й период) получают преимущественное развитие процессы теплового расширения рудной основы, характеризующиеся увеличением линейных размеров обжигаемых материалов.

Термическая диссоциация карбонатов (3-й период) сопровождается выделением из их структуры диоксида углерода, который, изменяя структуру образцов, способствует увеличению объема тела. Однако протекающие одРис. 2. Изменение линейных размеров образца сидерита в процессе непрерывного нагрева новременно процессы спекания, обусловленные термической активацией частиц обжигаемых материалов, превышают результаты расширительных явлений и при нагреве образцов до температуры 620 оС их линейные размеры сокращаются, т.е. наблюдаются усадочные явления.

Последующий нагрев материалов до температур около 740 оС (4-й период) сопровождается окислением образовавшейся на предыдущих стадиях закиси железа. Согласно полученным данным, в этот период наблюдается небольшое увеличение линейных размеров испытуемых образцов, по-видимому, связанное с разрыхлением их структуры выделяющимися газами из структуры образцов и изменением параметров кристаллической решетки составляющих кристаллических фаз.

В период твердофазных кристаллохимических преобразований до температуры 940 оС (5-й период) в структуре нагреваемых образцов происходят процессы твердофазного спекания с формированием их более плотной структуры, сопровождающихся усадочными явлениями. При этом следует отметить последовательное развитие двух процессов: до 800 оС образуется магнеоферрит, протекающий с увеличением параметров кристаллической решетки, а при более высоких температурах происходит образование феррита марганца, способствующего уплотнению конечного продукта.

При температурах нагрева материалов до 1020 оС (6-й период) происходит доокисление оксидных фаз ранее образовавшихся соединений железа и марганца с выделением избыточного тепла и газов. При этом формирование по границам зерен жидкой фазы обеспечивает сокращение линейных размеров обжигаемых образцов, а образование в их структуре разрыхляющих газов способствует развитию расширительных явлений. Суммарно этот период характеризуется увеличением объемов нагреваемых материалов.

Следует также отметить, что в этот период тепловой обработки сидеритовых образцов улучшаются их магнитные свойства с постепенным увеличением магнитной восприимчивости, что способствует в последующем улучшению их разделения с пустой породой.

Последующее образование избыточной жидкой фазы в структуре образцов существенно ускоряет усадочные явления, что сопровождается уменьшением их линейных размеров с оплавлением отдельных зерен (7-й период).

Процесс спекания порошковых материалов сопровождается, как правило, снижением их пористости за счет последовательного увеличения объема закрытых пор и сокращением объема открытых [4]. При этом искусственные новообразования дисперсных частиц, обладающих высокой удельной поверхностью и значительной поверхностной энергией, по мере повышения температуры способны уплотняться за счет сил диффузии, уменьшая открытую пористость частиц при зарастании отдельных пор за счет перетекания атомов. Скорость этого процесса определяется вязкостью образующегося на поверхности тел расплава и ограничена его подвижностью. Перемещение вещества между частицами происходит как за счет адсорбированных подвижных атомов на границе зерен, так и их подвижности вблизи возникших структурных дефектов. При повышенных температурах подвижность атомов существенно возрастает и между частицами в их контактах возникают перемычки из жидкого расплава, что ускоряет процесс уплотнения образцов за счет объемной диффузии.

Для решения проблем наиболее полного завершения процессов диссоциации карбонатов и доокисления магнетита предложено осуществить процесс обжига мелкой фракции во вращающейся трубчатой печи при совместной подаче в рабочее пространство мелкой фракции сидеритовой руды класса 10–0 мм и кокса класса орешек (менее 20 мм). Простота конструкции этого теплового агрегата и возможность переработки материалов с различным гранулометрическим составом являются привлекательными с точки зрения простоты реализации пирометаллургической стадии производства, а возможность при этом увеличения длительности тепловой обработки обеспечивает завершенность основных физико-химических процессов. Однако низкая интенсивность теплообмена между газами и нагреваемыми материалами вследствие ограниченности поверхности теплообмена, пониженная скорость движения газов в рабочем пространстве вращающейся печи, зональность условий тепловой обработки материалов, высокие эксплуатационные затраты по обслуживаниию агрегата, значительные объемы экологических выбросов сдерживают применение вращающейся печи для обжига сидеритовых руд. В основе оценки возможностей использования барабанных печей лежат данные о состоянии и соотношении статей материального и теплового балансов, полученных на основании экспериментальных измерений.

Экспериментальные исследования возможностей обжига мелкой фракции сидеритов класса 10–0 мм производили во вращающейся печи № 3 ОАО «Комбинат «Магнезит» длиной 75 м и внутренним диаметром барабана 3,0 м в присутствии добавок кускового кокса класса +20 мм, отапливаемой при факельном сжигании природного газа. Обожженный продукт охлаждался в отдельном трубчатом холодильнике. Запыленные газы очищались в системе газоочистки, состоящей из осадительной камеры, циклонов и электрофильтра.

Основные характеристики ее работы за период испытаний представлены в табл. 1.

Таблица 1 Технологические параметры обжига мелкой фракции сидеритов во вращающейся печи Параметр Величина Расход исходной шихты, кг/ч 17500 Влажность шихты, кг/кг 20,41 %

Средний поток:

сидерит, кг/ч 14000 кокс 3500 Средний расход природного газа, м3/ч 1000 Температура шихты на входе в печь, оС 24 Температуры материалов на выходе из печи, оС 1150–1204 Температура подсасываемого воздуха из атмосферы, оС 24 Температура отходящих газов в обрезе печи, оС 910

Химический состав газов в обрезе печи, %:

СО2 17,8 О2 1,2 СО 0,1 N2 80,9 Запыленность отходящих газов в обрезе печи, г/м3 185 Разрежение в горячей головке, Па 0,5 Выход фракции магнитная/немагнитная, %/ % 85/15

–  –  –

Анализ статей теплового баланса показал, что тепловой КПД агрегата при обжиге мелкой фракции сидеритов составляет 8,55 + 68,72 = 77,27 % благодаря использованию внутреннего источника тепла в виде горящего кокса. При этом основными источниками теплоты во вращающейся печи являются кокс и природный газ, сжигаемые в рабочем пространстве печи. Так как в процессе исследований разделить тепловой эффект экзо- и эндотермических реакций не представлялось возможным, то при составлении теплового баланса определялся их суммарный результат.

Основные тепловые потери на печи связаны с физическим теплом готового продукта (8,55 %), который частично утилизируется в барабанном холодильнике в виде физического тепла подогретого воздуха в количестве 3,41 % с его возвратом в рабочее пространство, а также физическое тепло отходящих газов, утилизация которых может осуществляться с применением теплоэнергетического оборудования. Обращает на себя внимание повышенная доля потерь тепла с пылью. Ее утилизация может быть обеспечена с применением отдельных теплообменников устанавливаемых в осадительной пылевой камере.

Таким образом, проведенные испытания по обжигу мелкой фракции сидеритов во вращающейся печи показали возможность достаточно полного завершения основных физико-химических преобразований в их структуре преимущественно в режиме твердофазного спекания с получением частично металлизованного продукта при его химическом выходе до 62,07 %.

Использование комбинированного топлива в виде добавок кокса в шихту и природного газа при его факельном сжигании обеспечивают высокий тепловой КПД агрегата (77,27 %) с минимальными тепловыми потерями с отходящими газами (15,51 %), химическим недожогом (0,21 %) и в окружающую среду через стенки печи (4,26 %).

Список использованных источников

1. Тимесков В.А. Минералогия карбонатных руд и вмещающих их карбонатных пород Бакальского железорудного месторождения на Южном Урале. – Казань: Казанский университет, 1963. – 214 с.

2. Юрьев Б.П., Меламуд С.Г. Исследование механизма и кинетики диссоциации бакальских сидеритов при термообработке // Металлы. – 1998. – № 3. – С. 3–9.

3. Гегузин Я.Е. Физика спекания / Я.Е. Гегузин. – М.: Наука, 1984. – 312 с.

4. Бальшин М.Ю. Основы порошковой металлургии / М.Ю. Бальшин, С.С. Кипарисов. –


Похожие работы:

«Пояснительная записка РУССКИЙ ЯЗЫК. 10 – 11 классы. Планирование составлено на основе программы РУССКИЙ ЯЗЫК. 10 – 11 классы. /Бунеев Р.Н., Бунеева Е.В./ 1) Программы по русскому языку для основной школы 5-11 классы /Бунеев Р.Н., Бунеева Е.В. и др./ 2008 2) Стандартов примерных программ по учебн...»

«Эдмунд МАТЕР РАЗНОЦВЕТ-2 Радужный свет Эдмунд Матер Нашим дорогим детям, внукам и правнукам посвящаю Unsren lieben Kindern, Enkeln und Urenkeln gewidmet Автор РАЗНОЦВЕТ 2 Стихотворения Рисунки Курта Гейна и др. © Все права у автора ~1~ Эдмунд МАТЕР РАЗНОЦВЕТ-2 Радужный свет РАДУЖНЫЙ СВЕТ часть вторая ~2~ Эдмунд МАТЕР РАЗНОЦВЕТ-2 Радуж...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Данная рабочая программа составлена на основе Федерального образовательного государственного стандарта основного общего образования (базовый уровень) и Программы по русскому языку для 5-9 классов (авторы Л.М. Рыбченкова, О.М. Александрова). Учебник "Русский язык. 6 класс" в 2-х частях / Л.М. Рыбченкова, О.М. А...»

«Студенческий научный журнал "Грани науки". 2015. Т.3,№3. С.25-30. УДК 82-1/-9 ФАНТАСТИКА И САТИРА: ГРАНИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Мелихов А.Г. ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18 e-mail: melikhov.ag@gmail.com по...»

«Пример установки сигнализации Scher-Khan Logicar 4 на автомобиль Ssang Yong Rexton с системой Smart Key Версия прошивки: L3_4_SSong_Yong_Rexton_II_HF_v2.MGF Установка антенного модуля Установка СИД (VALET) Установка сирены Установка датчика удара Подключение датчика температуры Подключение к CAN шине а...»

«В (указывается наименование кадрового подразделения федерального государственного органа, иного органа или организации) СПРАВКА 1 о доходах, расходах, об имуществе и обязательствах имущественного характера 2 Я,, (фамилия, имя, отчество, дата рождения, серия и номер паспорта, дата выдачи и орган, выд...»

«RU Кондиционер сплит-системы модель: ERGO AC-0704CH ERGO AC-0904CH ERGO AC-1204CH ERGO ACI-0906CH ERGO ACI-1206CH Инструкция по использованию Пожалуйста, внимательно прочтите инструкцию перед использованием кондиционера. СОДЕРЖАНИЕ _ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ НАЗВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДИСПЛЕЙ ВНУТРЕ...»

«Выпуск №5 1 октября 2013 очу поздравить всех читателей с началом НовоСентябрьский выпуск получился очень разнообразным и го учебного года! Немногие могут похвастаться, насыщенным. Мы надеемся на то, что каждый найдёт для что отмечают Новый год два раза, один раз учебсебя полезную и нужную информацию. Наша газета орный, второй...»










 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.