1. Химико-каталитический метод

Сущность химико-каталитического метода упрочнения окаты­шей заключается в образовании прочного скелета кальцита, играю­щего роль связующего, образуемого в результате химической ре­акции карбонизации гидроокиси кальция углекислотой в присут­ствии катализатора.

Карбонизация гидроокиси кальция углекислотой на воздухе протекает медленно при низкой концентрации С02 (до 0,03%). В атмосфере дымовых газов реакция карбонизации извести также протекает медленно вследствие образования в начальный период реакции на поверхности окатыша плотного слоя СаСОз, препятст­вующего поступлению углекислоты внутрь окатыша.

Применение меляссы (отход свеклосахарного производства) в качестве катализатора позволило интенсифицировать реакцию кар­бонизации и распространить ее на всю глубину окатыша.

Значительное ускорение естественной карбонизации извести под влиянием малых добавок сахаров было описано еще Д. И. Менде­леевым и используется в строительной практике. Реакция катализа в растворе сахара, входящего в состав меляссы, может быть выра­жена следующим образом

Са (ОН)* 4- 2 С6Н12Ов -> Са (СвНц06)2 + 2Н20, (1)

Са(С6Ни06)2 + С02 + Н20 -> [(глюкоза)^ '(СаСОз^ДСаО)*], (2)

[(глюкоза)* (СаС03)у • (СаО)*] + С02 + Н20 -* СаС03 + СбН1206. (3)

Механизм реакции образования прочной кристаллической структуры СаСОз заключается в повышении растворимости гид­рата окиси кальция в растворе сахарата. кальция по реакции (1) п в образовании промежуточного коллоидного комплекса по реак­ции (2). Последующие порции углекислоты делают эти комплексы неустойчивыми, в результате чего коллоидный раствор превра­щается в гель СаСОз также связанный с адсорбированным саха - ратом кальция, но с меньшим его количеством. Таким образом, идет постепенное обеднение глюкозой промежуточных коллоидных

углекальциевых сахаратов и превращение геля СаС03 в кристал­лическую структуру. Процесс заканчивается по реакции (3) обра­зованием прочной кристаллической связки, при этом глюкоза мно­гократно используется для протекания описанных превращений.

Добавка поверхностно-активного вещества (меляссы) в неболь­ших количествах (до 0,001%) приводит к торможению роста заро­дышей кристаллов кальцита в начальной стадии образования. Это обусловливает возникновение новых зародышей и способствует по­лучению мелкокристаллической очень прочной структуры.

Для успешного протекания реакции карбонизации необходима активация окатышей путем раскрытия макропор подсушкой теп­лым воздухом (100—105° С). Содержание влаги в окатышах при подсушке не должно уменьшаться ниже определенного значения, так как основной процесс осуществляется в водной среде. Карбо­низация слегка подсушенных окатышей ведется при 40—60° С ды­мовыми газами, содержащими до 25% С02 и имеющими относи­тельную влажность - 80—90%. Увлажнение газов необходимо так­же потому, что реакция между Са(ОН)2 и С02 идет со значитель­ным выделением тепла, а это может привести к высыханию мате­риала и прекращению реакции карбонизации.

Кристаллическая структура кальцита обеспечивает окатышам прочность при нагреве только до температуры начала его диссо­циации (900—950° С). Поэтому предусматривается создание высо­котемпературной связки взамен распадающегося кальцита в про­цессе самой металлургической переработки рудно-топливных ока­тышей. Большая удельная поверхность тщательно перемешанных между собой тонкоизмельченных концентрата и угля способствует интенсификаций процесса восстановления окислов железа при на­греве окатышей. При упрочнении окатышей химико-каталитическим методом сохраняется высокоактивная поверхность концентрата и исключено образование трудновосстановимых соединений. В атмо­сфере восстановительного газа доменной печи на поверхности ока­тышей образуется корка металлического железа, препятствующая их разрушению вплоть до расплавления. Количество восстанови­теля (антрацита, тощего угля, кокса из газовых и бурых углей, торфа и др.) в окатышах должно обеспечивать только восстанов­ление окислов железа. Избыточный мелкодисперсный углерод при попадании в шлак может привести к ухудшению физических свойств шлака и хода доменной печи.

Технологическая схема производства рудно-топливных окаты­шей химико-каталитическим методом показана на рис. 50. Железо­рудный концентрат подсушивается до влажности 2—3% в барабан­ной сушилке 1 и поступает в расходный бункер 4. Топливо измель­чается с одновременной подсушкой в шахтной мельнице 2 и пнев­мотранспортом подается в расходный бункер 5. Обожженная из­весть превращается в пушонку в известегасителе 3 и направляется в расходный бункер 6. Шихта смешивается в шаровой мельнице 7 и поступает в бункер 5 перед чашевым окомкователем 9. Приме-

пение подсушенной шихты обязательно, так как вместе с водой при окомковании в окатыши необходимо внести требуемое количество катализатора, 0,01—0,02%-ный раствор которого приготавливается в напорных бачках 14 и 15. Окатыши влажностью 8—10% подсу­шиваются теплым воздухом (105—130° С) в сушилке 10. Воздух нагревается паром в теплообменнике 11. Остаточная влажность окатышей составляет 2—3%. Карбонизация осуществляется в пере­сыпной вертикальной камере 12 холодными (40—60° С) дымовыми газами, которые охлаждаются в теплообменнике 16 и увлажняют­ся в скруббере с насадкой 17. Содержание углекислоты в дымовых газах 20—25%. Длительность карбонизации 90 мин. После карбо­низации в барабанном грохоте 13 производится разрушение не­прочных окатышей и отсев мелочи (возврат).

Изучение всего комплекса основных металлургических свойств рудно-топливных окатышей, полученных химико-каталитическим методом, позволяет считать их вполне пригодным сырьем для ме­таллургии [46, 18, 19]. Химико-каталитический метод изготовления окатышей впервые изучен на Ново-Тульском металлургическом заводе на опытно-промышленной установке производительностью 50 т/сутки. Во время опытных работ на установке было произве­дено около 7000 т окатышей удовлетворительного качества.

Опытная плавка в доменной печи объемом 930 ж3 при замене 20% агломерата рудно-топливными офлюсованными окатышами показала, что они пригодны для доменного передела. Производи­тельность доменной печи увеличилась на 5,3%, а расход кокса и вынос пыли снизились соответственно на 3,7 и 3,8% [27].