Контрольные вопросы
1. Какими основными силами обеспечивается прочность сцепления частиц в окатышах и от каких факторов они зависят?
2. Формы связи воды с сыпучим материалом и их характеристика.
3. Развитие представлений о возможности оценки комкуемости по данным о характеристических влагоемкостях.
4. Группы комкуемости материалов по величине относительного коэффициента комкуемости.
5. Аналитическое определение значений оптимальной влажности окатышей по характеристическим влагоемкостям.
6. Аналитическое определение значений оптимальной влажности окатышей по показателям крупности и удельной поверхности шихты.
7. Методика экспериментального определения капиллярного насыщения дисперсного материала и установления по данным опытов МКВ и НКВ.
8. Влияние состава некоторых шихт на их характеристические влагоемкости и относительный коэффициент комкуемости.
9. Выводы по результатам работы.
Литература
Коротич В.И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. - М., Металлургия, 1975, с. 55–63.
Определение комкуемости и рабочей влажности шихт для производства окатышей. - Бюллетень ЦНИИИНЧМ, № 23, 1973, с. 29–30.
Бережной Н.Н., Федоров С.А., Смирнов В.Н., Витюгин В.М. Комкуемость железорудных концентратов и шихт. – Обзорная информация ЦНИИИНЧМ., серия 3, Вып. №2, 1976.– 11 с.
Лабораторная работа № 2 изучение набухаемости и других характеристик тонкодисперсных материалов
Цель работы – ознакомление с методикой измерения набухаемости и других показателей качества разных материалов и определение пригодности их в качестве связки при окомковании тонкоизмельченных концентратов.
Теоретические сведения
Для улучшения процесса окомкования (повышения производительности окомкователей, улучшения равномерности гранулометрического состава сырых окатышей, повышения прочности окатышей на сжатие и удар) и интенсификации сушки в шихту вводят разные добавки. Среди них наиболее распространенным является бентонит, содержание которого в шихте составляет 0,5 – 1,0%. Этому способствует способность бентонита создавать коллоидный раствор – гель, который при поглощении воды – набухании – увеличивает свою поверхность до 900–1000 м2/г, что в 5–7 раз больше, чем у любой другой глины. При наличии в шихте бентонита сырые окатыши получаются достаточно пористыми, и влага из них при сушке удаляется при высоких температурах без разрушения образцов. Но бентонит – достаточно дорогой и дефицитный материал – стоимость его достигает 35 долларов за тонну. При основности доменного шлака, равной 1,2, использование бентонита приводит к увеличению затрат кокса на 3–12 кг/т чугуна и уменьшению производительности доменной печи на 0,3–1,3% вследствие увеличения выхода шлака.
Интенсивные поиски заменителей бентонита пока не увенчались успехом, но определены наиболее перспективные из них – гашеная известь, карбонизированная известь, торф и бурый уголь, щелочно-сульфидная барда. Каждая из этих добавок имеет свои недостатки и преимущества, но необходимо уменьшать расход бентонита.
Общая влагоемкость концентрата или его смеси с известняком определяется суммой молекулярной и капиллярной (свободной) влаги. Обезвоживание концентратов вакуумной фильтрацией до содержания общей влажности, превышающей на 3–4% максимальную молекулярную влагоемкость, позволяет складировать и транспортировать их железнодорожным транспортом.
Более глубокое обезвоживание до влажности, которая превышает максимальную молекулярную влажность на 2–2,5%, дает возможность направлять концентраты на окомкование. Смешивание концентрата с 10–15% тонкомолотого сухого известняка уменьшает до 1–1,5% содержание свободной воды в шихте, способной взаимодействовать с бентонитом. Эффективность поглощения бентонитом свободной воды (увлажнение поверхности, набухание и растворение) зависит от длительности контакта и распределения бентонита в шихте, качества смешивания. Опытным путем установлено, что большая скорость поглощения воды наблюдается в относительно слабонабухающих бентонитах, а у сильнонабухающих этот процесс происходит постепенно.
Методики определения физико-химических свойств бентонитов – набухаемости, коллоидности, дзета-потенциала и др. – разработаны без учета длительности контакта их с шихтой и качества смешивания.
Средняя степень набухания определяется объемом, который занимает 1 мл материала, измельченного до определенной крупности, после смачивания в дистиллированной воде или в растворе некоторых солей (хлористого натрия, хлористого магния) и отстаивания в течении определенного времени:
где Vн, Vисх – объемы соответственно набухшего и исходного материала, мл.
Бентонитовые глины наивысшего качества при набухании увеличиваются в объеме в 15–20 раз. Бентониты, набухающие меньше, чем в 8 раз, непригодны для окомкования.
Использование показателя коллоидности для обоснования затрат бентонита более целесообразно, чем использование показателя набухаемости, т.к. коллоидность измеряется отношением растворенной части бентонита к его общему весу. Коллоидность бентонита должна быть не меньше 0,8 кг/кг. За рубежом используют бентониты с коллоидностью, большей 0,8 кг/кг, например, бентонит штата Вайоминг – 0,86 кг/кг; штата Огайо – 0,96 кг / кг; греческий – 1,0 кг/кг; югославский и мексиканский – 0,88 кг/кг.
Бентониты, используемые на окомковательных фабриках бывшего СССР, могут иметь следующую коллоидность: Саригюхский – 0,79; Даш-салахлинский – 0,788; Черкасский активированный – 0,82; Огланлинский – 0,75 кг/кг. Но они поставляются в неподготовленном виде и поэтому имеют коллоидность 0,4 – 0,6 кг/кг.
Связь между влажностью набухания, дзета-потенциалом и коллоидностью практически отсутствует, хотя высококоллоидные бентониты имеют большие значения этих показателей, особенно дзета-потенциала, который не зависит от длительности контакта материала с водой.