Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Свойства агломерата и его качество основность, прочность

Качество агломерата определяется следующими свойствами:

  • прочность;
  • разрушение при нагреве и восстановлении в доменной печи;
  • восстановимость;
  • температура начала размягчения и коротким интервалом размягчения.

Прочность агломерата определяется строением его кусков (их текстурой) и минералогическим составом. Е. Ф. Вегманом в 1965 г. установлено, что кусок агломерата не является однородным и представляет собой систему блоков (сгустков вещества), разделенных крупными порами неправильной формы. Блоки сварены друг с другом по поверхности, и текстура куска в целом напоминает строение виноградной грозди. На рисунке показана текстура производственного агломерата на одном из участков куска. Видны три блока, разделенные крупными порами.

блочное строения агломерата
Рисунок 1. Объемная картина блочного строения агломерата

Независимо от особенностей формы и размеров блоки имеют одинаковое концентрически-зональное строение. Периферийная зона блока состоит главным образом из кристаллов магнетита, между которыми находится небольшое (5—10%) количество силикатной связки и стекла. Ближе к центру расположена промежуточная зона с повышенным (10—30%) количеством связки. Наконец, в центре блока всегда имеется одно или несколько силикатных «озер», которые на 60—80% состоят из Са-оливина. Здесь среди массы силикатов и стекла расположены дендриты магнетита, его скелетные кристаллы, эвтектики Са-оливин-магнетит, силикаты кальция. Остатки руды встречаются только в периферийной зоне блока, а остатки коксовой мелочи только в его центральной части.

Пористость в пределах блока тонкая. Форма сечения пор близка к круглой. Абсолютные размеры блоков увеличиваются по мере укрупнения коксовой мелочи, используемой для спекания.

Теория формирования блоков, предложенная Е.Ф. Вегманом, связывает их происхождение с образованием сгустков расплава вокруг горящих частиц коксовой мелочи.

На рисукне приведена схема формирования системы из трех блоков. После воспламенения частиц коксовой мелочи вокруг них образуются сгустки расплава. Размеры сгустков растут и, наконец, они начинают касаться друг друга. После выгорания частиц топлива расплав охлаждается и кристаллизуется в первую очередь в наиболее холодной, периферийной зоне блока (см. рис. г). Первым выделяется из жидкой фазы магнетит, и расплав оттесняется в наиболее горячую центральную часть блока.

Силикатный расплав, обедненный оксидами железа, кристаллизуется последним, образуя центральное силикатное озеро. Мелкие поры внутри блоков являются результатом прохождения воздуха и отходящих газов через расплав. Прохождение крупных пор между блоками иное. При наиболее плотной упаковке частиц шихты объем пор между ними составляет 25—30%. В ходе спекания из шихты выгорает коксовая мелочь (15—20 об.%).

Схема формирования блоков агломерата
Рисунок 1. Схема формирования блоков агломерата
а — агломерационная шихта (в рудной части шихты показаны частицы коксовой мелочи); б - начало горения частиц коксовой мелочи и плавления шихты вокруг них; в - рост капель расплава и образование усадочных раковин; г — образование единой системы соприкасающихся блоков; д — начало кристаллизации блоков, выделение кристаллов магнетита из расплава на периферии блоков; е - окончательный вид текстуры агломерата

Следовательно, объем расплава на 25—40% меньше объема шихты. При образовании литых блоков между ними неизбежно возникают крупные усадочные раковины. Для агломератов из руд и концентратов КМА объем межблочных пор составляет 22-38%, что подтверждает высказанную выше гипотезу.

В пироге агломерата блочная текстура кусков наиболее четко проявляется в верхней и особенно в средней его частях. Вблизи колосниковой решетки тепловой уровень процесса возрастает, поэтому здесь образуется монолитный литой кусок агломерата. Однако под микроскопом различимы контуры образовавшихся до пеFeOплавления этой зоны блоков, которые сохраняют свою индивидуальность, хотя межблочные крупные поры и были залиты расплавом. При перегрузках и транспортировке агломерата, как показали исследования Е. Ф. Вегмана, Э. Г. Бушиной и Н. К. Корниловой, в первую очередь разрушаются связи между блоками.

При этом кусок агломерата рассыпается на отдельные блоки или на их группы (процесс «индивидуализации»). Что касается самих блоков, то они являются прочными образованиями с литой концентрически-зональной структурой. Для их разрушения требуются затраты значительного количества энергии. Поскольку блоки формируются вокруг горящих частиц твердого топлива, их размер определяется крупностью топливных частиц. Тонкие частицы коксовой мелочи (<0,5 мм) сгорают слишком быстро и не могут создать вокруг себя блоков. Оптимальными, с точки зрения прочности, являются блоки размером 15—20 мм, возникающие вокруг частиц коксовой мелочи диаметром 1—3 мм.

Кроме текстуры агломерата, на его прочность большое влияние оказывает и минералогический состав спека. Присутствие в кусках агломерата остатков шихты, гематита, магнетита, кварца, тюрингита значительно ослабляет кусок. Особенно вредно действуют включения известняка и извести. Известь гасится водой с образованием портландита, приводящим к разрушению куска агломерата. Из этого следует, что агломерационная шихта не должна содержать рудных частиц >8 мм и частиц известняка >3 мм. Вредное воздействие на прочность агломерата оказывает также присутствие в его структуре хрупкого стекла, в особенности двухкальциевого силиката. Последний при охлаждении куска агломерата (675 °С) претерпевает полиморфное превращение В-Ca2SiO4 —> Y-Ca2SiO4, в ходе которого объем этой фазы возрастает на 11—12%. Это создает огромное внутреннее напряжение в куске агломерата, его прочность резко снижается. На рисунке 3 отражено влияние основности на прочность агломерата (выход фракции >10 мм после барабанного испытания).

Прочность спека начинает резко снижаться с основности 0,4—0,5, при которой в структуре агломерата появляется Ca2SiO4. Минимальная прочность агломерата соответствует основности 1,3—1,5. Дальнейшее увеличение основности приводит к появлению Ca3SiO5, не подверженного полиморфным превращениям. Уменьшается количество хрупкого стекла, появляется новая прочная связка — ферриты кальция; структура агломерата (внутри блоков) становится более однородной. Все это способствует повышению прочности агломерата. Таким образом, высокоосновный агломерат (железофлюс) оказывается таким же прочным, как неофлюсованный агломерат.

Рассмотрим способы улучшения качества агломерата. Увеличение расхода твердого топлива на спекание улучшает прочность агломерата но при этом снижаются вертикальная скорость спекания и производительность установки. Целесообразно поэтому устанавливать газовые горелки дополнительного обогрева спекаемого слоя за зажигательным горном. В результате значительно улучшается качество агломерата в верхней части пирога.

Влияние основности агломерата на прочность в зависимости от качества сырья
Рисунок 1. Влияние основности агломерата на прочность в зависимости от качества сырья
1—3 — тонкоизмельченный концентрат соответственно богатый, средний и бедный железом); 4 - смесь руд; 5 — смесь тонкого концентрата и пылеватых руд; 6 — магнетитовая руда; 7 — гематитовая руда; 8, 9 — смесь руд

Добавки в агломерационной шихте руд с глиноземистой пустой породой, как уже указывалось, позволяют повысить основность, при которой в структуре агломерата появляются силикаты кальция, т. е. уменьшить их количество в агломерате, повысить прочность спека. Н. М. Якубцинер в 1940 г. установил, что на прочность спека благоприятно влияет присутствие доломитизированного известняка (Са, Mg) (СO3) в шихте. Магний при кристаллизации входит в решетку Ca2SiO4 и предотвращает полиморфное превращение B-Ca2SiO4 -> Y-Ca2SiO4. При спекании криворожских руд с расходом коксовой мелочи (5—6%) ввод в агломерат 3% MgO снижает выход мелочи (< 5 мм) после барабанного испытания с 22—25 до 17-20%. В настоящее время доломитизированный известняк добавляют в агломерационную шихту на большинстве аглофабрик мира.

В 1962 г. Е.Ф. Вегманом была предложена технология термической обработки агломерата, т. е. кратковременного повторного нагрева пирога пламенем газовых горелок (1100—1150 °С), установленных над хвостовой частью агломерационной ленты. Термообработка позволяет снять внутренние напряжения в пироге агломерата, провести процесс раскристаллизации стекла с выделением из его массы мельчайших кристаллов и дендритов магнетита. Кроме того, в ходе термообработки дополнительно снижается содержание остаточной серы в агломерате и увеличивается пористость и восстановимость продукта. Применение этой технологии на аглофабрике в г. Рустави (Грузия) позволило снизить барабанный показатель прочности агломерата с 34,7 до 32,4% при одновременном уменьшении расхода коксовой мелочи с 6,5 до 5,5%. Производительность ленты (62 м2) повысилась на 8%.

В дальнейшем технология термической обработки была использована на четырех агломерационных лентах (по 75 м2) Коммунарского металлургического комбината. При сокращении расхода коксовой мелочи в агломерационном цехе на 10% удалось снизить содержание мелочи (фракция <5 мм) в скиповом агломерате с 14,8 до 11,8%. Это, в свою очередь, привело к увеличению производительности доменных печей на 1,5% и снижению удельного расхода кокса на 2%.

В современных условиях на металлургических заводах страны количество мелочи в скипах достигает 15—25%, а лучший барабанный показатель прочности агломерата составляет 70—80% (содержание фракции <5 мм в годном агломерате после 8 мин обработки во вращающемся с частотой 25 мин"1 барабане диаметром 1000 и длиной 500 мм, снабженном по внутренней поверхности двумя уголками). В идеальном случае агломерат не должен содержать фракции <5 мм; его крупность должна составлять для малых и средних печей 5—40, а для сверхмощных печей 15—40 мм. Повышение прочности агломерата является большим резервом в улучшении технико-экономических показателей работы доменных печей.
Читать далее >>

Источник [2] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Сырье и его подготовка
Вернуться на главную: Черная металлургия