ОСНОВЫ АГЛОМЕРАЦИИ. ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Физико-химические явления в процессе агломерации

Образование агломерата происхоит в результате совокупнос­ти химических и физических процессов, протекающих в сложной, многокомпонентной системе под влиянием постепенно возраста­ющей температуры. За короткий отрезок времени температура шихты в зоне спекания поднимается от 10—15 до 1200—-1500° и выше, что приводит к весьма быстрому переходу твердых состав­ляющих шихты в жидкое или тестообразное состояние с актив­ным прохождением между ними соответствующих химических ре­акций.

До появления жидких фаз активные реакции протекают меж­ду газовой и твердой фазами, в основном между продуктами окисления углерода и окислами железа.

По окончании процесса горения топлива через тестообразную массу просасываются большие количества холодного воздуха, что приводит к кристаллизации минералов. Однако полностью расплав практически никогда не успевает раскристаллизоваться и часть его всегда остывает в виде стекла.

Физико-химические явления, протекающие при агломерации, можно условно разделить на три этапа:

1) процессы, протекающие между газовой и твердой фазами в период возрастания температуры в зоне спекания до 900— 1000°;

2) процессы, протекающие между жидкой, твердой и газо­образной фазами в период начала плавления составляющих

шихту компонентов (900—1100°) до максимальных температур периода спекания;

3) процессы, отвечающие периоду охлаждения агломерата, протекающие в основном между газовой (воздух) и твердой фа­зами в интервале температур от максимальной за период спека­ния до температуры окружающей среды.

Необходимо подчеркнуть условность деления явлений, проте­кающих при агломерации, на этапы, так как практически в от­дельных элементарных объемах шихты могут одновременно иметь место все три указанных процесса, но последователь­ность превращений в сфере действия отдельной горящей коксо­вой частицы будет происходить. по указанной выше схеме с при­сущими каждому этапу физико-химическими 'превращениями.

Рассмотрим подробнее превращения, свойственные каждому этапу.

Первый этап физико-химических превращений

В первом этапе процесса основными взаимодействующими компонентами являются продукты газификации углерода (СО и С02) и окислы железа.

После воспламенения шихты в определенных температурных границах происходит процесс термического разложения топлива и газификация коксового остатка по реакциям:

С + 02 = С02;

2С + О, = 2СО;

С + С02 = 2СО.

Образующаяся окись углерода восстанавливает окись железа по реакции

3Fe203 + СО = 2Fe3Oi 4- С02.

Реакция протекает со значительной скоростью уже при тем­пературе 250—300°.

На участках, граничащих с зоной горения, не исключается и восстановление - окиси железа твердым углеродом по реакции

3Fe203 + С = 2Fe304 + СО.

С повышением температуры выше 600° в тех объемах шихты, где имеется окись углерода, восстановление окислов железа про­должается до закиси железа (FeO) с образованием переменно­го состава твердых растворов магнетита в закиси железа, т. е. происходит взаимодействие двух твердых фаз при умеренных температурах. Эта же реакция протекает в зоне высоких темпе­ратур под действием твердого углерода. Образование твердого раствора магнетита в закиси железа (вюстита) резко снижает

температуру плавления железных минералов. Температура плав­ления железных окислов составляет [42]: Fe203— 1700°; Fe304— 1530— 1600°; FeO — 1370— 1380°.

Температура плавления твердого раствора, состоящего, на­пример, из 45% FeO и 55% Fe304, не превышает 1200°, а по не­которым данным не выше 1150°.

Приведенное обстоятельство имеет важное практическое зна­чение, так как оно показывает, что и при отсутствии в руде шла­кообразующих веществ, например при спекании даже чистой оки­си железа, жидкая фаза может быть получена вследствие образо­вания твердого раствора Fe304 в FeO, для чего требуется невы­сокая концентрация окиси углерода и температура в зоне реак­ции 700—900°.