Металлургические свойства шихтовых материалов.

Влияние офлюсования шихты на процессы в доменной печи.

Эндотермический эффект реакции разложения известняка, взаимодействие выделяющейся двуокиси углерода с углеродом кокса и снижение восстановительного потенциала газа в печи из-за разбавления его двуокисью углерода ухудшают показатели доменной плавки и сильно влияют на расход кокса.

При применении офлюсованных материалов происходит:

1. Исключение из доменной плавки эндотермической реакции разложения карбонатов, т.е. СаСО₃= СаО + СО₂ - Q или MgCO₃ = MgO + CO2 - Q, требующих тепла, а следовательно, расхода кокса. Этот процесс перенесен на аглоленту, где расходуется менее дефицитное и более дешевое топливо, чем кокс.

2. Улучшение восстановительной способности газов в самой доменной печи вследствие уменьшения разбавления их двуокисью углерода, получаемой от разложения карбонатов.

3. Улучшение восстановимости агломерата, так как известь вытесняет оксиды железа из трудновосстановимых силикатов железа.

4. Улучшение процесса шлакообразования, так как в офлюсованном агломерате оксиды плотно контактируют друг с другом.

5. Уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь. В конечном итоге, применение офлюсованного агломерата приводит к сокращению расхода кокса на 6-15 %.

 

Металлургические свойства шихтовых материалов.

Металлургические свойства агломерата

Высококачественный агломерат характеризуется высокой прочностью, высокой восстановимостью, высокой температурой начала размягчения и коротким интервалом размягчения.

Прочность агломерата определяется строением его кусков и минералогическим составом.

Кусок агломерата представляет собой Систему блоков, разделенных крупными порами. Структура похожа на виноградную гроздь. Периферийная зона каждого блока состоит из кристаллов магнетита, между которыми небольшое количество силикатной связки и стекла. Ближе к центру - промежуточная зона с повышенным количеством связки. В центре расположено одно или несколько силикатных озер, состоящих из Са-оливина. Абсолютные размеры блоков увеличиваются при укрупнении коксовой мелочи, используемой для спекания.

При нагрузках в первую очередь разрушаются связи между блоками. Оптимальными являются блоки 15-20мм, образующиеся вокруг частиц коксика 1-3 мм.

Способы улучшения качества.

1. Увеличение расхода твердого топлива улучшает прочность, но при этом снижается производительность. Поэтому целесообразно дополнительно подогревать спекаемый слой газовыми горелками..

2. Добавка доломитизированного известняка.

3. Целесообразно спекать два прочных агломерата различной основности, которые затем смешиваются. Это позволяет не производить непрочный агломерат основностью 1,3-1,5.

Восстановимость прямо пропорциональна поверхности пор офлюсованного агломерата и зависит от основности. Максимум восстановимости соответствует основности 1,4-1,5.

Температура начала размягчения основностью 0,5-0,7 и 2-4 составляет 1100-1150 и 1200-1250°С.

Металлургические свойства окатышей

Прочность окатышей. 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 ДП нежелательно загружать куски <3-5мм.

Прочность окатышей обычно оценивается двумя показателями: прочностью при испытании на раздавливание (Р/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.

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 этоо необходимо поддерживать небольшой скорость подогрева окатышей (80-120°С/мин). Однако между прочностью окатышей и степенью их окисления нет определенной зависимости….

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 офлюсованных окатышей более сложное: степень офлюсования окатышей должна значительнее влиять на прочность окатышей при малом количестве пустой породы, т.е. ри обжиге окатышей из богатых железорудных концентратов….

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…

Прочность окатышей при восстановлении. При восстановлении прочность железорудных окатышей существенно снижается. До настоящего времени нет единой методики определения прочности окатышей при их восстановлении. Наиболее простой метод сводится к определению раздавливающего усилия на восстановленный до определенной степени горячий или охлажденный окатыш и оценке выхода мелочи после разрушения….

Восстановимость. Восстановимость окатышей меняется в зависимости от их структуры и состава, что в свою очередь определяется режимом обжига. Наилучшей восстановимостью обладают окатыши, обожженные при 1000-1150 °С. В этих условиях упрочнение окатышей осуществляется исключительно по твердофазному механизму…

 

 

Качество окатышей характеризуется их

· гранулометрическим составом – 97-95% 10-20мм и 3-5% 0-6мм,

· прочностью (измеряется усилием, необходимым для раздавливания) 1,5-2,5кН/окатыш

· восстановимостью.

На прочность оказывает влияние

· температура обжига (см предыдущий вопрос)

· время пребывания в зоне обжига. наиболее интенсивно упрочнение происходит в первые 5-20мин, затем процесс замедляется и возможно даже уменьшение прочности.

· ход процесса окисления. При окисления окислов железа скорость уплотнения магнетита снижается. Поэтому целесообразно разделить процессы окисления и спекания проводя низкотемпературное окисление при t=900-1000°С. Для этого поддерживают небольшую скорость подогрева окатышей (80-120°С/мин)

· скорость охлаждения. При высоких скоростях охлаждения прочность снижается, что объясняется развитием термических напряжений.

· Степень офлюсованности. Зависимость имеет экстремальный характер.

Восстановимость окатышей также определяется режимом обжига.

Наилучшей восстановимостью обладают окатыши, обожженные при t=1000-1150°С. Этих условиях упрочнение осуществляется по твердофазному механизму. Рудный минерал представлен в основном гематитом. Окатыш имеет пористую неоплавленную структуру. однако прочность таких окатышей низкая и поэтому такой режим не применяется.

Решающую роль играет удельная поверхность пор, а также размер окатышей При увеличении размеров восстановимость падает, особенно при диаметре большем 16-18мм.