Краткие теоретические сведения. Продукт обжига кальциевых пород – известь – широко применяется в агломерационной шихте как интенсифицирующая и флюсующая добавка

ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ИЗВЕСТИ

Продукт обжига кальциевых пород – известь – широко применяется в агломерационной шихте как интенсифицирующая и флюсующая добавка. Эффективность применения извести в значительной степени зависит от её качества, определяемого физико-химическими свойствами продукта обжига. Анализу и взаимосвязи химического состава извести посвящена настоящая робота.

Одним из основных показателей химического состава извести следует считать содержание в ней обожженной, т.е. освобождённой в процессе обжига от углекислого газа CaO, которую условно называют свободной. Свободная CaO в извести может быть представлена в виде двух составляющих: активной и пережжённой, первая их которых является окисью кальция, способной гидратироваться при определённых условиях гашения, а вторая – CaO, которая не может вступать в реакцию с водой. Образование пережжённой СаO, возможно в результате процессов твёрдо- и жидкофазного спекания, вызывающих уплотнение и оплавление структуры извести, препятствующее проникновению воды в глубь куска, а также в результате твердофазных химических реакций СаО с другими соединениями, присутствующими в извести.

Поскольку свободная СаО включает пережжённую СаО и поэтому не всегда характеризует содержание в извести окиси кальция, оказывающей интенсифицирующее влияние на агломерационный процесс, важнейшим показателем качества агломерационной извести является содержание в ней активной СаО, методика определения которой должна соответствовать реальным условиям гидратации извести в процессе её использования при производстве агломерата. Стандартная методика определения активных СаО и MgO в строительной извести (ГОСТ 9179-77) не соответствует условиям применения извести в агломерационном производстве, поскольку не предусматривает гашение при высокой температуре и тонкое измельчение извести перед гашением, что далеко не всегда имеет место. Так же как повышение температуры процесса гашения, предварительное измельчение извести приводит к увеличению содержания активных составляющих по сравнению с известью исходной крупности.

При прочих равных внешних условиях степень усвоения (гидратации) извести в аглошихте зависит от активности извести, т.е. от скорости процесса гидратации активной СаО, обусловленной структурой извести. В качестве показателя активности извести обычно используют время полного гашения извести, о котором судят по изменению температурного уровня процесса гидратации.

2. Порядок выполнения работы.

Исследования производили с известью, полученной обжигом известняка (51,13% СаО; 2,82% MgO; п. п. п. – 43,17%) в опытно-промышленной печи циклонного типа конструкции ДМетИ и промышленной обжиговой машине ПОР 3-12 мм. Различное качество извести получали, изменяя режим работы обжиговых агрегатов.

Содержание активных (СаО + MgO) в извести определяли по приращению веса пробы извести начальной крупности весом 1 кг в результате её гашения водой с температурой 10-15 °С при отношении вода: известь 1:1. Для определения времени гашения 100-г навеску извести исходной крупности помещали в термоизолированный стакан с установленным в нём термометром таким образом, чтобы нижний конец термометра находился в середине слоя извести, и заливали 100 г воды. Начальная температура извести, воды и стакана составляла 20 °С ±0,5 ͨ С. После добавления воды к извести фиксировали температуру смеси через 5 с, а затем через каждые 30 с до начала снижения максимальной температуры. В ходе этого испытания определяли также температуру гашения по разности максимальной и начальной температур и коэффициент активности ΔТ5 по величине повыше температуры суспензии за первые 5 с гашения.

Для сравнительной оценки влияния показателей качества извести на скорость аглопроцесса и производительность установки проводили спекания в лабораторной чаше площадью 0,132 м² при высоте слоя шихты 280 мм. Рудная часть шихты состояла из магнетитового концентрата аглоруды в соотношении 9:1. Известь в количестве 3% от веса шихты полавали непосредственно перед смешивание. Для поддержания постоянной основности агломерата, равной 1,3 при применении извести с разным содержанием СаО соответственно корректировали расход известняка в шихту.

Результаты определения показателей качества извести и процесса сжигания представлены в таблице.

3. Результаты определений и их анализ:

Результаты спеканий аглошихты с известью различных качеств

Тип извести Качество извести Результаты спекания с известью

Крупность мм Содержание активных (СаО+MgO), % Время гашения, мин-с Температура гашения, С Коэффициент активности ΔТ5, Сº/5с Время спекания, мин Скорость спекания, мм/мин Удельная производительность, Т/(М²ч)

А-1 А-2 А-3 Б-1 Б-2 3-0 3-0 3-0 3-12 3-12 26,9 34,3 56,7 42,6 53,7 4-30 5-00 6-00 4-00 7-30 15,3 13,6 11,8 13,3 14,5 18,3 20,5 23,8 21,0 19,3 1,22 1,32 1,51 1,33 1,27

Принятая методика определения времени гашения аналогична стандартной (ГОСТ 9179-77) предусматривающей постоянный расход воды независимо от количества активной СаО в извести. В этом случае в содержании активной СаО в исследуемых известях приводит к неодинаково-температурному уровню, в свою очередь, со структурой извести оказывает существенное влияние на скорость реакции гидратации. Как правило, с увеличением содержания активных составляющих время гашения извести возрастает. Это обусловлено, прежде всего, значительным снижением растворимости гидрата окиси кальция в воде с ростом её температуры, что приводит к возрастанию концентрации продукта реакции и препятствует проникновению воды в глубь частиц извести.

Оценку интенсифицирующего влияния извести на агло-процесс можно сделать по количеству активной СаО, вступающей в реакцию в начальный период процесса гидратации, косвенным показателем которого является повышение температуры суспензии за этот период – коэффициент активности. Коэффициент активности является комплексным показателем качества извести, поскольку зависит от количества активной СаО и её активности.

Чем выше подъём температуры в начальный период гашения, тем быстрее скорость реакции гидратации при сравнительно невысокой температуре, т.е. в условиях, близких к реальным условиям гашения извсти в аглошихте. При этом решающее влияние на скорость оказывают размеры кристаллов СаО, количество несовершенств в их кристаллической решетке, плотность, наличие оплавленных участков и другие факторы, определяющие термин «активность извести».

Более плавный характер восхождения кривой гидратации извести Б-2, отличающий её не только от аналогичной по крупности извести Б-1, но и от извести типа А, полученной в другом обжиговом агрегате и имеющей другую крупность, указывает на пониженную активность этой извести. Как известно, известь, получаемая на обжиговой машине ПОР, в результате, жёсткого и неравномерного обжига может содержать много «пережога». Низкая активность извести Б-2, вероятно, вызвана более высокими температурами обжига извести этой пробы.

Следует отметить, что температура гашения извести также не является достоверной характеристикой активности, поскольку при незначительных тепловых потерях системы в окружающую среду температура гашения прямо пропорциональна содержанию активных составляющих, но от скорости гашения максимальная температура процесса не зависит.

Основные результаты спеканий, приведённые в таблице, показывают, что наиболее представительную характеристику интенсифицирующего влияния извести на аглопроцесс даёт коэффициент активности, отражающий особенности физико-химических свойств и структуры известей различных типов. Повышение коэффициента активности соответствует увеличению скорости спекания потому, что этот показатель характеризует количество активной СаО, вступающей в реакцию гидратации в ходе подготовки шихты к спеканию, а следовательно, влияющей на газопроницаемость слоя окомкования шихты. В то же время, содержание активных составляющих не соответствует скорости спекания известей типа Б, а время гашения – известей типа А, поскольку первый показатель не учитывает пониженную активность извести Б-2, а второй снижение скорости гашения с увеличением температуры суспензии.

Выводы. Основные показатель качества извести – содержание активных составляющих и время гашения характеризуют известь с различных сторон, однако каждый из них в отдельности не всегда позволяет судить об интенсифицирующем влиянии извести на агломерационный процесс. Представительную оценку такого влияния даёт комплексный показатель, каким является коэффициент активности – повышение температуры суспензии за определённое время гашения. При этом условия гашения извести должны быть реальными для агломерационного производства.

4. Контрольные вопросы.

1. Каковы основные показатели химического свойства извести?

2. Каковы причины образования «пережига» при обжиге извести?

3. В чём недостатки стандартной методики определения активности СаО и MgO в строительной извести?

4. Какова методика определения активности (СаО + MgO), применявшаяся в работе?

5. Какие показатели применяют для оценки физико-химических свойств извести?

6. Какова методика определения температуры и времени гашения, применявшаяся в работе?

7. В чём сущность показателя «коэффициента активности извести» и от чего он зависит?

8. Дайте характеристику типов извести использованных в работе и объясните причину различие свойств извести.

9. Какова была в работе методика определения влияния показателей качества извести на процесс спекания?

10. Каким показателем качества извести можно наиболее надежно оценить её пригодность для применения в шихте окускования и почему?

11. Какие факторы влияют на скорость гашения извести?

Библиографический список

1. Борисов В.М., Карабасова Ю.С., Антонов А.О. и др. – «Изв. Вуз. Черная металлургия», 1977, №11, с.59-62

2. Табунщиков Н.П. Производство извести, М., «Химия», 1974. 240 с. с ил.

3. Бойнтон Р.С. Химия и технология извести. М., Изд-во литературы по строительству, 1972. 240 с. с ил.

4. Монастырев А.В., Александрова А.В. Печи для производства извести. С. гз:ч—и:ч М., «Металлургия», 1979. 232 с. с ил.