Аналіз конструктивного оформлення шахтних печей та дослідження високоякісного продукту, отриманого в ході випалу

Abstract

Проведено аналіз шахтних печей для випалу вапняку. Виявлені недоліки роботи сучасних печей при випаленні вапняку полідисперсного складу. Розглянута конструкція печі з підвищеною ефективністю, яка забезпечує збільшення продуктивності на 20‒25%, утилізацію відходів карбонатної сировини, зниження витрат тепла на 10%. В ході експериментальних досліджень було встановлено кінетичні процеси випалення. Надано дані експлуатації печі з рекомендованими конструктивними змінами. Було розглянуто питання розподілу топкових газів по перетину шахтної печі, характер руху матеріалу і газу, кінетика процесу. Розглянуто питання про використання газоподібного палива в шахтних випальних печах для виробництва вапна високої активності. Проведені дослідження вапняку високої якості, отриманого в процесі випалу в шахтній печі. За результатами cкануючої електронної мікроскопії було доведено, що отриманий в процесі випалу продукт на 100% належить до кальцію оксиду без додаткових домішок чи шкідливих речовин. За результатами поросиметрії було досліджено вапно і визначені аспекти пористої структури матеріалу, таких як діаметр та загальний об’єм пор, площа поверхні, об’ємна й абсолютна щільності. Встановлено, що матеріал містить макропори, та демонструє комбінацію щілинних та циліндричних пор. За допомогою азотної поросиметрії (за методом БЕТ методом математичного опису фізичної адсорбції, заснований на теорії полімолекулярної (багатошарової) адсорбції) була визначена площа поверхні, яка склала 84,0м2/г. Кореляція між діаметром пор і площею поверхні була визначена за допомогою методу DFT (теорія функціоналу густини) і було встановлено наступне: питома площа поверхні матеріалу – 66,5 м2/г; загальний об’єм пор –0,18 см3/г; діаметр пор –4,08 нм. Також було встановлено, що досліджуваний зразок містив різні групи пор в діапазоні від 0,54 нм до 33,24 нм. Групи пор мали бімодальний розподіл у матеріалі, і саме пори меншого діаметру мали форму щілини, а пори більшого діаметра виглядали як циліндричні пори. Циліндричні пори є результатом термохімічних перетворень за участю складових компонентів.

An analysis of mine furnaces for calcining limestone was carried out. Deficiencies in the operation of modern furnaces during the firing of polydisperse limestone were revealed. The proposed design of the furnace with increased efficiency provides an increase in productivity by 20‒25%, disposal of waste carbonate raw materials, and a reduction in heat consumption by 10%. During experimental studies, the kinetic processes of burning were established. Furnace operating data with recommended structural changes are provided. The question of the distribution of flue gases along the section of the mine furnace, the nature of the movement of material and gas, and the kinetics of the process were considered. The issue of the use of gaseous fuel in mine blast furnaces for the production of quicklime is considered. Studies of high-quality limestone obtained in the firing process in a mine furnace have been conducted. According to the results of scanning electron microscopy, it was proved that the product obtaine d in the firing process is 100% calcium oxide without additional impurities or harmful substances. Based on the results of porosimetry, the resulting lime was examined, and aspects of the material’s porous structure were determined, such as the diameter and total volume of pores, surface area, bulk and absolute densities. Based on the results of porosimetry, it was established that the material contains macropores and exhibits a combination of slotted and cylindrical pores. Using nitrogen porosimetry (using the BET method), the surface area was determined, which was 84.0 m2/g. The correlation between the pore diameter and the surface area was determined using the DFT (density functional theory) method, and the following was established: the specific surface area of the material is 66.59 m2/g; total pore volume – 0.18 cm3/g; the diameter of the pores is 4.08 nm. It was also established that the test sample contained different groups of pores in the range from 0.54 nm to 33.24 nm. The pore groups had a bimodal distribution in the material, and the pores with smaller diameters were slit-shaped, while pores with larger diameters appeared as cylindrical pores. Cylindrical pores are the result of thermochemical transformations involving constituent components.