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

Качество и свойства окатышей их прочность

Обожженные окатыши должны сохранять свою прочность от момента схода с обжиговой машины до загрузки в доменную печь. Для окатышей важна не только нагрузка, при которой происходит их разрушение, но и крупность получаемых кусков. В частности, в доменную печь нежелательно загружать куски <3—5 мм.

Прочность окатышей обычно оценивается двумя показателями: прочностью при испытании на раздавливание (Н/окатыш) и выходом мелкой фракции (0,5—0,6 мм) после испытания на истирание в барабане (гладком или с двумя-тремя полками). Первое испытание дает большой разброс значений (среднеквадратичное отклонение равно половине средней величины), поэтому для испытания следует отбирать не менее 40-50 образцов.

Ниже приведены некоторые требуемые (по экспертной оценке специалистов) и фактические показатели качества окатышей (в числителе — необходимые для успешной доменной плавки; в знаменателе — достигнутые на ГОКах):

Прочность на сжатие, кН/окатыш>2,5/>1,5-2,0
Выход фракции,%:
>5 мм после испытания на барабане>95/>93
<0,5 мм после этого же испытания<3/<5
>5 мм после восстановления>80/>70
<0,5 мм после этого же испытания<5/< 10

На прочностные свойства окатышей влияет ряд технологических факторов. Из них основным является температура обжига, которая в значительной степени интенсифицирует процесс спекания, благоприятно влияя на свойства расплава, образующегося при обжиге. Температурная зависимость прочности имеет экстремальный характер. При превышении температурного оптимума (не одинакового для различных окатышей) наблюдается некоторое снижение прочности. Причинами этого явления считают диссоциацию гематита с образованием неоднородной структуры окатышей, а также образование чрезмерного количества расплава.

Определенную роль в упрочнении играет и время пребывания окатышей при температуре обжига. Наиболее интенсивно упрочнение протекает в первые 5—20 мин. Затем этот процесс замедляется и возможно даже некоторое снижение прочности окатышей, что объясняется рекристаллизацией зерен оксидов железа, приводящей к уменьшению протяженности межзеренных границ.

На прочность окатышей влияет ход процесса окисления оксидов железа. Установлено, что при окислении оксидов железа скорость уплотнения магнетита снижается, свидетельствуя об уменьшении скорости спекания и упрочнения образцов. Таким образом, целесообразно разделить процессы окисления и спекания, проводя низкотемпературное окисление (при 900—1000 °С).

Для этого необходимо поддерживать небольшой скорость подогрева окатышей (80— 120 °С/мин). Однако между прочностью окатышей и степенью их окисления нет определенной зависимости. При протекании окисления во всем объеме окатышей могут быть получены прочные окатыши при некотором остаточном (в центре зерен) количестве магнетита, расположенном по всему объему окатыша. При высокотемпературном окислении конечная структура окатышей характеризуется наличием двух зон — периферийной гематитовой и центральной магнетитовой.

Как правило, зоны разделены концентрической трещиной, обусловленной плохой припекаемостью гематита и магнетита и являющейся очагом разрушения окатыша. Таким образом, более явной оказывается взаимосвязь прочности окатышей и однородности их структуры. Так, для окатышей ЦГОКа (Украина) эта взаимосвязь в интервале прочности 2-5 кН/окатыш подчиняется эмпирическому уравнению

Рхоп = Р0 + аК,

где Рхол - прочность окатышей, Н/окатыш; К - степень однородности структуры (отношение объема окисленной периферии к объему окатыша),%; Р0 и а — коэффициенты.

Воздействие на прочностные свойства окатышей оказывает и скорость охлаждения. При высоких скоростях охлаждения (более 100-150 °С/мин) прочность окатышей снижается, что обусловлено развитием термических напряжений.

На прочность окатышей влияют количество и состав пустой породы, от которых зависят количество и свойства расплава, образующегося при обжиге окатышей. Влияние количества пустой породы на прочность неофлюсованных окатышей экстремальное. Влияние состава на прочность офлюсованных окатышей более сложное: степень офлюсования окатышей должна значительнее влиять на прочность окатышей при малом количестве пустой породы, т. е. при обжиге окатышей из богатых железорудных концентратов.

Диаграмма состав — прочность окатышей
Рисунок 1. Диаграмма состав — прочность окатышей (цифры у кривых — прочность, кН/окатыш)

Это экспериментально подтверждено для окатышей из различных концентратов. Экстремальная зависимость прочности окатышей от количества пустой породы в концентрате характеризуется тем, что максимум прочности при снижении количества кремнезема в исходном концентрате сдвигается в сторону больших основностей. Таким образом, при выборе режима обжига следует иметь в виду взаимосвязь трех переменных: прочности окатышей, содержания железа в исходном концентрате и основности шихты.

Для удобства эту зависимость выражают в виде линий одинаковых прочностей — изофирм (от лат. firm - прочный). Пример подобной диаграммы приведен на рис. 3.60. Для требуемой прочности определяют основность окатышей. Например, для получения окатышей из Лебединского концентрата (5% SiO2) прочностью 4 кН/окатыш необходима основность 1,2—1,3. Целесообразно строить диаграмму изофирм для каждого железорудного концентрата, используемого для производства окатышей.

В последнее время в качестве флюса иногда используют доломит, что благотворно влияет на удаление серы при обжиге. Кроме того, в окатышах, офлюсованных доломитом, резко снижается количество свободной извести, которая может привести к разрушению окатышей при гидратации. Замена известняка доломитом приводит к уменьшению количества расплава, т. е. дает возможность поднять температуру обжига.

Использование магнезии приводит также к снижению содержания гематита, а следовательно, и к увеличению горячей прочности окатышей. Однако уменьшение общего количества образующегося расплава обусловливает рост пористости окатышей, уменьшение протяженности межзе-ренных границ и некоторое снижение холодной прочности окатышей по сравнению с окатышами, офлюсованными известью.

На прочность окатышей влияет также размер частиц компонентов шихты: чем мельче частицы, тем быстрее спекаются зерна

где t1 и t2 — время, необходимое для спекания частиц соответственно размером R1 и R2; у — показатель, зависящий от механизма спекания. Для объемной диффузии у = 3. Увеличение размера исходной частицы концентрата в 2 раза сопровождается, согласно механизму объемной диффузии, увеличением времени обжига для достижения прежней прочности в 8 раз.

Специфика испытаний окатышей на прочность требует учета размера окатышей. На рисунке приведена эта зависимость на примере окатышей ССГОКа. Чем меньше размер окатышей, тем быстрее завершаются процессы упрочнения, поэтому прочность мелких окатышей должна быть выше по сравнению с крупными. Однако чем крупнее окатыш, тем на большую площадь распространяется раздавливающее усилие, следовательно, тем меньшую удельную нагрузку испытывает окатыш. Этим объясняют кажущийся рост прочности при увеличении диаметра окатышей, обожженных в одинаковых условиях, с 7 до 14 мм.

Зависимость прочности окатышей ССГОКа от диаметра
Рисунок 1. Зависимость прочности окатышей ССГОКа (Казахстан) от диаметра

Более крупные окатыши не выдерживают и сниженной удельной нагрузки; прочность их низка, так как процессы спекания в них не завершены. Поскольку прочность окатышей является структурно чувствительным свойством, она зависит от показателей структуры, а именно от суммарной длины и совершенства контактов частиц, количества связки, типа и размеров ее выделений, пористости, среднего размера и степени округлости пор, размера зерен и др. Одним из наиболее важных показателей является удельная поверхность пор, характеризующая степень законченности процесса спекания.

По данным микроскопического анализа, средние величины некоторых параметров структуры окатышей Лебединского ГОКа прочностью 1440 (числитель) и 6000 Н/окатыш (знаменатель) приведены ниже:

Средний размер пор50/70
Расстояние между порами, мкм62/88
Размер выделений связки, мкм11/16
Объемное содержание связки,%12/15,5
Читать далее >>

Источник [2] → список литературы.

Читайте также:

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