Содержание к диссертации
Введение
1, Структура и металлургические свойства окатышей, предназначенных для металлизации и доменной плавки 14
1.1. Требования к качеству окатышей 15
1.1.1, Металлургические свойства окатышей для металлизации 16
1.1.2. Металлургические свойства окатышей для доменной плавки... 22
1.2. Основные пути оптимизации структуры окатышей для металлизации и доменной плавки 25
1.2.1.Связь металлургических свойств окатышей с режимом термообработки 25
1.2.2. Влияние модифицирующих добавок на металлургические свойства окатышей 32
1.2.3. Роль органических добавок в формировании металлургических свойств окатышей 34
1.3. Выводы и задачи исследования 37
2, Влияние модифицирующих добавок па формирование структуры окатышей, закономерности их восстановления и разупрочнения 38
2.1. Выбор состава и количества модифицирующих добавок 41
2.2. Влияние модифицирующих добавок на фазовый состав и формирование структуры окатышей 43
2.3. Исследования металлургических свойств окатышей при восстановительно тепловой обработке.., 45
2.3.1. Методика проведения испытаний 45
2.3.2. Кинетические закономерности восстановления окатышей МГОК при восстановлении 47
2.3.3, Исследования закономерностей разупрочнения окатышей МГОК при восстановлении 51
2.3.4, Исследования восстановления и разупрочнения окатышей МГОК в неизотермических условиях 54
2.4. Выводы 57
3. Оценка металлургических свойств окатышей МГОКа с модифицирующими добавками в опытно-промышленных условиях 58
3.1. Полупромышленные испытания исследуемых окатышей МГОК по технологии ХИЛ-ІІІ 58
3.1.1, Методика проведения исследований 59
3.1.2. Результаты испытаний 60
3.2. Полупромышленные испытания окатышей МГОК в шахтной печи Мидрекс 65
3.2.1. Методика проведения исследований 65
3.2.2. Результаты испытаний 67
3.3. Выводы 75
4. Изучение влияния органических добавок на металлургические свойства окатышей 76
4.1. Влияние состава бенто-полимерной композиции на элементы структуры окатышей
4.1.1. Влияние полимера "floform", модифицирующих добавок (боксита и сидерита) на элементы структуры окатышей 77
4.1.2 Влияние полимеров ПБ-2 и ПБ-3 на элементы структуры окатышей
4.2. Кинетические зависимости восстановления окатышей и закономерности их разупрочнения при восстановлении 86
4.2.1. Влияние полимера "floform", модифицирующих добавок (боксита и сидерита) на восстановимость и разупрочнение при восстановлении окатышей 86
4.2.2. Влияние полимеров ПБ-2 и ПБ-3 на восстановимость и разупрочнение при восстановлении окатышей 90
4.3. Определение критериев сравнения качества окатышей 94
4.4. Выводы 97
5. Эффективность использования опытных окатышей ОАО "Михайловский ГОК" при выплавке передельного чугуна на доменной печи №3 НТМК 98
5.1. Оценка эффективности использования опытных окатышей в доменных печах методом моделирования 98
5.2. Промышленные испытания эффективности использования опытных окатышей в доменных печах 101
5.3. Выводы 103
Заключение 104
Литература 106
- Основные пути оптимизации структуры окатышей для металлизации и доменной плавки
- Влияние модифицирующих добавок на фазовый состав и формирование структуры окатышей
- Полупромышленные испытания окатышей МГОК в шахтной печи Мидрекс
- Влияние полимеров ПБ-2 и ПБ-3 на элементы структуры окатышей
Введение к работе
Несмотря на большую производительность и высокую степень освоения традиционного способа получения металла из руды (выплавка чугуна в доменных печах с использованием кокса и передел его в сталеплавильных агрегатах), в мире проявляется значительный интерес к бескоксовой металлургии [1]. Этот интерес и интенсивный рост производства стали на базе бескоксовои металлургии, прежде всего производства металлизованного сырья, особенно в последние 5-10 лет, можно объяснить следующими причинами:
- увеличением стоимости, ухудшением качества и неравномерностью
распределения коксующихся углей по странам мира. В связи с этим возникла
необходимость использования других видов топлива - природного газа и
некоксующихся углей;
ограниченностью ресурсов лома гарантированной чистоты и стабильного состава;
постоянно растущими требованиями к качеству металла и возможностями получения более высококачественной стали при выплавке ее из металлизованного сырья вследствие высокой его чистоты в отличие от "грязного" лома;
возможностью организации эффективного маломасштабного производства металла по бескоксовой схеме "металлизация-электроплавка" на базе местных ресурсов сырья и топлива при ограниченных финансовых возможностях (это особенно важно для экономико-географических районов с небольшой потребностью в металле, в которых отсутствуют промышленные запасы коксующихся углей, пригодных для доменной плавки);
- существенным ужесточением требований по охране окружающей
среды, которым бескоксовая металлургия удовлетворяет в большей степени,
чем традиционная коксодоменная технология.
Мировое развитие бескоксовой металлургии в настоящее время характеризуется дальнейшим наращиванием мощностей по производству металлизованного сырья, получаемого из железной руды и используемого
для выплавки стали.
Непрерывный рост производства продукта прямого восстановления нашел отражение в устойчивом росте потребления окатышей в этом секторе. Статистика фирмы Мидрекс показывает, что за последние несколько лет потребление кусковой руды в процессе прямого восстановления оставалось неизменным, а в потреблении окатышей с 1993 г. установился устойчивый рост и маловероятно, что такое положение изменится в будущем.
Рост мощности дуговых печей, как правило, увеличивает потребность в продукте прямого восстановления, как заменителе лома, и в численном выражении относительное увеличение мощностей по прямому восстановлению опережает соответствующий показатель доменных печей.
Необходимо отметить, что развитие производства металлизованного сырья не привело к значительной конкуренции с традиционной схемой получения металла, так как металлизованное сырье и чугун используются в качестве шихты в разных металлургических агрегатах. Их применяют, в основном, для выплавки стали различного сортамента и использованием первичного топлива разных видов.
Для доменных печей окатыши служат лишь одним из возможных видов сырья. В большинстве установок прямого восстановления альтернативы окатышам несуществует. Доменное производство явно имеет более широкие возможности по использованию подготовленного железорудного сырья, хотя здесь и существуют значительные региональные различия, которые несколько усложняют картину.
Требования к окатышам для металлизации, как правило, более жесткие, чем для доменных. Поэтому концентраты практически всех ГОКов Центральной России им не удовлетворяют. Удовлетворение этим требованиям связано с разработкой новых технологических решений на основе систематических комплексных исследований в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях. Однако, даже при этом возникают трудности, в основном, из-за ограничений по количеству и составу пустой породы. Так, специфика концентратов Михайловского ГОКа
12 (МГОКа) состоит в наличии заметного количества легкоплавких минералов в составе пустой породы, что приводит при существующих условиях производства к формированию несовершенной структуры, пониженной пористости окатышей и недостаточной их восстановимости. Это делает неэффективными традиционные методы оптимизации основности как основного фактора формирования поровой структуры и вещественного состава окатышей.
Модифицирование шихты добавками, повышающими температуру плавления связки и способствующими образованию оптимальной пористости окатышей является эффективным направлением формирования оптимальной структуры и металлургических свойств окатышей. Однако необходимое содержание таких добавок в шихте окатышей -1-2% является высоким, т.к. оно связано с увеличением содержания пустой породы. Поэтому использование этого пути возможно только при применении дообогащенного концентрата. Данное направление является определяющим с точки зрения повышения прочности окатышей при восстановлении и увеличения скоростей окислительных процессов при обжиге и восстановительных процессов при металлизации.
Возможность более глубокого обогащения концентрата и получение его партий в условиях ОАО «Михайловский ГОК» явились важным шагом на пути перехода к технологии производства окатышей для металлизации. Поэтому в работе принято, учитывая состояние и перспективы развития МГОКа, установить возможные модифицирующие добавки, повышающие металлургические свойства окатышей.
В практике производства окатышей, как для процессов металлизации (М), так и доменной плавки (ДП) ведется активный поиск новых связующих на основе органических соединений, использование которых не приводит к увеличению количества пустой породы в шихте.
Все изложенное выше позволяет сформулировать цель диссертационной работы:
Разработка научно-обоснованных технологических решений по
формированию оптимальной структуры и металлургических свойств
окатышей для технологий прямого получения железа (ХИЛ-Ш, Мидрекс) и
доменной плавки.
В выполнении лабораторных исследований, промышленных испытаний, а также анализе и обсуждении полученных результатов исследований оказали существенную помощь и поддержку сотрудники кафедры "Теплофизика, и информатика в металлургии" УГТУ-УПИ, инженерно-технический персонал и работники ООО "НПВП ТОРЭКС", ОАО "Михайловский ГОК", ОАО "Лебединский ГОК", ОАО "Оскольский электрометаллургический комбинат", которым автор выражает искреннюю благодарность. Особо автор благодарит за советы, замечания и помощь в формировании плана исследований и обработки результатов кандидата технических наук, технического директора 000 "НПВП ТОРЭКС" Горбачева Валерия Александровича, Заслуженного деятеля науки и техники РФ, профессора, доктора технических наук Ярошенко Юрия Гавриловича.
14 1. СТРУКТУРА И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКАТЫШЕЙ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ МЕТАЛЛИЗАЦИИ И ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
Из различных процессов в шахтных печах в настоящее время практически только процессы ХИЛ-ІІІ и Ми дреке находятся в промышленной эксплуатации, причем география строительства таких установок постоянно расширяется.
Так, в 1999 г. в эксплуатацию были введены 2 установки Мидрекс - в ЮАР на заводе фирмы Saldanha Steel мощностью 804 тыс. т/год и на заводе DR3 фирмы Carribean Ispat самая большая установка мощностью 1,36 млн. т/год в Тринидаде и Тобаго. Кроме того, в 1999г. запущена установка Мидрекс в Южной Корее на заводе фирмы Hanbo Steel мощностью 800тыс. т/год, а в 2001 г запущены еще две установки такой же мощностью - в Египте на заводе El Dikheila фирмы ANSDK.
В России первая промышленная установка металлизации с шахтной печью Мидрекс мощностью 425 тыс. т/год металлизованных окатышей была введена в эксплуатацию в конце 1983 г. на ОЭМК. Остальные 3 такие же установки 1-й очереди комбината были введены в 1985-87 гг. При этом общая их мощность составила 1,7 млн. т/год.
В настоящее время в мире действуют 12 установок ХИЛ—III общей мощностью 11,145 млн. т/год, брикеты получают на 2 установках общей мощностью 1,750 тыс.т/год). В 1998 г. в Мексике на заводе фирмы HyLSA в г, Монтеррей была введена в эксплуатацию установка мощностью 680 тыс. т/год (HyLSA 4М). Завершено строительство еще 4 установок ХИЛ-Ш общей мощностью около 3,5 млн. т/год - по одной установке в Саудовской Аравии и России, две установки - в Венесуэле.
В 1998г. в России на ЛГОКе было завершено строительство первой промышленной установки ХИЛ-Ш мощностью 1 млн. т/год брикетов (степень металлизации - 94 %, содержание углерода - 1,2 %).
Эффективность работы шахтных печей определяется качеством используемого сырья.
15 1.1. Требования к качеству окатышей
Требования к металлургическим свойствам окатышей определяются проблемами организации высокоэффективной работы агрегатов их последующего передела. Вне зависимости от технологии этого передела, будь то доменная плавка или прямое получение железа, общим для них является восстановительный процесс, при котором кристаллы гематита последовательно превращаются в магнетит, вюстит и железо. Кристаллохимические особенности этих фазовых превращений достаточно хорошо описаны В.А.Горбачевым, К.Майером и др. [2,3]. Было показано, что происходящие при восстановительном процессе кристаллохимические превращения и сопровождающее их напряженное состояние в значительной степени определяют поведение окатышей при восстановлении. В частности, показано, что рост прочности окатышей обычно приводит к уменьшению восстановимости, и наоборот явления разупрочнения, разбухания и разрушения приводят к трещинообразованию, увеличивающего размеры реакционной поверхности, и, как следствие улучшению восстановимости. Таким образом, в зависимости от специфических условий получения металла, технологи принимают компромиссное решение между восстановимостыо и прочностью [4].
Другим общим требованием к окатышам, независимо от технологии дальнейшего использования, является стабильность гранулометрического состава в узком интервале крупности [5,6]. При этом достигается хорошая газопроницаемость слоя шихты. Однако все известные модели восстановительного процесса не учитывают возможные изменения грансостава, возникающие за счет разрушения окатышей при их восстановлении.
Отличие условий восстановления окатышей в доменной печи и в установках прямого восстановления состоит в последовательности фазовых превращений, для которых определяющими факторами являются температура и время контакта оксидов Fe с восстановительным газом. В доменной печи восстановительный потенциал обычно обеспечивает
Основные пути оптимизации структуры окатышей для металлизации и доменной плавки
Поскольку форма пор определяется режимом обжига окатышей [141, то формирование металлургических свойств окатышей связывают с таким техническим параметром как режим термообработки — время и температура тепловой обработки. Согласно [14], если на графике зависимости разбухания от величины предельных напряжений в исходном спеке (рисунок 1,1) вдоль оси абсцисс отложить значения фактора формы пор, пропорционального величине предельных напряжений а0, то характер кривых не изменится. Рассматривая в первом приближении радиус закругления в вершине дефекта г, как радиус кривизны поверхности контактного перешейка между двумя сферическими частицами, получена возможность увязать г с временем и температурой спекания. Известно, что кинетика развития контактного перешейка при твердофазном спекании описывается [14] уравнением где Гвднт - радиус площади контакта; т - время; А(Т) — функция, зависящая для конкретного вещества с определенным размером частиц только от температуры. Рисунок 1,1 -Зависимость разбухания W гематитових окатышей от исходных предельных напряжений (а0)нга и параметров формы пор r/d при пористости с = 0,15 (1) и 0,30 (2) и размере зерна d = 0,1 (а) и 0,01 (б) мм., г - минимальный радиус поры. Значение показателя степени п зависит от механизма переноса вещества в область контактного перешейка. Результаты экспериментальных исследований В.Т.Баранова, Г.М.Майзеля и др. [14,24,62] показывают, что основная роль в процессах спекания при обжиге железорудных окатышей принадлежит объемной диффузии, при которой n = 5. Строгое решение задачи о геометрии контактного перешейка в случае контакта двух сферических частиц сопряжено со значительными расчетными трудностями, связанными с изменяющейся формой частиц. Поэтому для оценочных расчетов можно воспользоваться согласно [62] следующим соотношением: r = rKOilT2/2d, (1.2) Где г - радиус кривизны поверхности контактного перешейка, d-диаметр зерна. Тогда для конкретного материала г [А(Т)т]:/5 (1-3) Таким образом, радиус закругления в вершине дефекта пропорционален времени спекания в степени 2/5 при постоянной температуре.
Согласно (1.3), авторами [14] оценено относительное время спекания т, необходимое для формирования структуры с определенной формой пор (r/d) характеризуемой величиной предельных напряжений (а0)жх. Если принять, что для достижения (а0)И(:х= 5-107Н/м2 при температуре Т продолжительность спекания т = t .Тогда для получения (со)Исх= 1-Ю8, 2-Ю8 и 1-Ю9 Н/м2 время спекания т составит соответственно 30t, 1 OOOt и 1 OOOOOt. Полученные соотношения позволяют перейти от зависимости разбухание - исходные предельные напряжения к зависимости разбухание - время спекания. Результаты такого перехода представлены на рисунке 1.2. SO 4В 2$ s /г w "и"" Рисунок 1.2 - Зависимость разбухания от времени спекания гематитових окатышей при пористости = 0,15 (1)и 0,3 (2) и размера зерна d=0,l (а)и 0,01 (б) мм Видно, что и в этом случае разбухание экстремально изменяется от времени спекания, причем для образцов с одинаковым размером зерна разбухание уменьшается с увеличением исходной пористости. При крупных зернах разбухание при любых условиях больше, чем при мелких.
Результаты, представленные на графиках, позволяют отметить, что подбором времени спекания можно обеспечить как максимальное, так и нулевое разбухание. Однако для структур с различным размером зерна это время будет существенно отличаться. Так при d = 10 4м образец не разбухнет при значении 1пт « 18, тогда как соответствующее время для мелкодисперсных образцов (d = 10 5м) будет определяться 1пт 14. Следовательно, для получения неразбухающих окатышей из мелкокристаллических фракций продолжительность изотермической выдержки можно сократить в 50 раз.
Увеличение изотермической выдержки образца может способствовать уменьшению разбухания. Например, для уменьшения разбухания в 2 раза время спекания должно быть увеличено в 10-50 раз в зависимости от размера зерна.
Таким образом, улучшение металлургических свойств окатышей может быть достигнуто путем увеличения, как времени спекания, так и оптимизации фракционного состава концентрата, однако это связано со снижением производительности существующих обжиговых агрегатов и с увеличением себестоимости продукции.
Уравнение (1.3) позволяет оценить влияние температуры на формирование параметра (r/d). Для этого коэффициент А(Т), согласно [62], должно быть представлено в виде A(T)=Ke-Jr/T, (1.4) где К - константа материала; Е - энергия активации диффузионного процесса, определяющего спекание; R - универсальная газовая постоянная; Т- температура. Ниже (таблица 1.5) приведены результаты расчетов относительного времени спекания при температуре 1200-1400С. Значение энергии активации диффузии Fe+ в гематите принято, согласно [63]: Е = 26 750 Дж/моль (112 ккал/моль): S afuima 1.5 -Относительное время спекания при температуре 1200-1400С т,с 1200 1250 1300 1350 1400 Время спекания, отн.ед. 83 25 8 3 1 Из анализа этих данных следует, что увеличение температуры спекания позволяет значительно уменьшить время изотермической выдержки, необходимое для получения данной структуры спека. Однако возможности повышения температуры на обжиговых машинах ограничены термостойкостью основного механического оборудования. В изложенном материале рассмотрены некоторые аспекты спекания с участием только твердых фаз и показано, что в условиях работы существующих агрегатов качественно улучшить структуру спека практически невозможно. В то же время реальные концентраты всегда содержат относительно легкоплавкую составляющую в виде пустой породы, которая при температурах обжига может давать некоторое количество расплава. Таким образом, формирование структуры окатыша может сопровождаться процессами и в жидкой фазе, которые способствуют значительному ускорению спекания [14].
Степень развития жидкофазного спекания определяется совокупностью процессов таких, как плавление, смачивание, растворение, осаждение, диффузия и т.д., поэтому строгий анализ ее влияния на фор.мирование структуры спека в рамках задачи не представляется возможным.
В первом приближении 14] принято, что роль жидкой фазы сводится к роли транспортного звена в механизме доставки вещества в область контакта. Для этого необходимо, чтобы жидкая фаза смачивала частицы, что обычно наблюдается в реальных условиях [64]. Так как увеличение количества жидкой фазы может приводить к уменьшению капиллярных эффектов и даже к возникновению сил, разобщающих рудные частицы, то доля жидкости не должна превышать критического значения, которое определяется геометрией контакта.
Влияние модифицирующих добавок на фазовый состав и формирование структуры окатышей
Микроструктура и фазовый состав окатышей определялись микрорентген ос пектральным анализом в Институте металлургии УрО РАН Сапожниковой Т.В. Обобщение полученных результатов позволило выявить роль модифицирующих добавок для офлюсованных и неофлюсованных окатышей.
Установлено, что офлюсованные окатыши без модифицирующих добавок имеют зональную структуру с содержанием силикатной связки 10% (объемн.) и преобладанием в ней легковосстановимых ферритов кальция. В центральной части офлюсованных окатышей проявляется тенденция к повышению пористости, однако большое количество связки (расплава) уменьшает поверхность открытых пор, доступную для газа-восстановителя. Для базовых окатышей МГОК, изготовленных из рядового концентрата, характерно наличие еще большего количества расплава ( 12%).
Неофлюсованные и офлюсованные окатыши, модифицированные бокситом и сидеритом, имеют более равномерную структуру с содержанием связки -5% (объемн.) и наличием в ней соединений алюминия, кальция, кремния и железа. У окатышей с добавками боксита наблюдается формирование алюмосодержащей связки типа браунмиллерита - наиболее прочной и трудновосстановимой. Так, на рисунке 2.3 представлены результаты микрорентгеноспектрального анализа примере одного из образцов. По линии сканирования в точках 7 и 8 определялся химический и фазовый составы. Химический состав представлен в таблице 2.2. Фазовый состав включает: гематитовые обломки, кварц, бентонит тонкозернистый, браунмиллерит, боксит с красными внутренними рефлексами, феррит Са. Связка типа браунмиллерита на данном участке окатыша наиболее четко выявлена в точке 8. Поэтому у модифицированных опытных окатышей МГОК можно ожидать более высоких металлургических свойств.
Для первоначального выбора количества и состава модифицирующих добавок изучались кинетические параметры восстановления окатышей и их закономерности разупрочнения при восстановлении, определяющие в совокупности основные металлургические свойства железорудного сырья. Пробы офлюсованных и неофлюсованных окатышей класса 12-14 мм из концентрата МГОКа с добавками боксита и сидерита (таблица 2.1) отбирались, как было сказано в начале данной главы, из средней части слоя. Анализировалось изменение степени восстановления окатышей во времени при различных температурах, а так же прочность частично восстановленных (до 30%) окатышей. Исследование были проведены на установке, предназначенной для получения массообменных характеристик различных рудных и нерудных материалов при обжиге в восстановительной и окислительной газовых средах, а также твердыми восстановителями при температуре до 1200С. Установка состоит из трех основных узлов (рисунок 2.4): шахтной печи, блока регулирования температуры, подставки с установленным на ней взвешивающим устройством. Автоматическое измерение и регулирование температуры осуществлялось при помощи контроллера. Над печыо был смонтирован кронштейн, на котором установлены лабораторные весы ВЛТЭ-5000, позволявшие взвешивать груз до 5 кг с точностью 0,1г. Изменение веса во времени фиксировалось на компьютере, соединенным с весами. Реакционная ячейка была изготовлена из жароупорной стали и состояла из двух частей: внутреннего и наружного стаканов, соединенных между собой асбестовой пробкой. Во внутреннем стакане размещались проба исследуемого железорудного материала и термопара в защитном чехле. Восстановительный газ, проходя между стенками стаканов, нагревался и поступал во внутренний стакан, где взаимодействовал с исследуемым материалом.
Для восстановления окатышей и продувки реакционной ячейки были использованы водород и азот соответственно. Баллоны с газами для опытов устанавливали в специальную рампу. От рампы к установке газ поступал по газовым линиям. Для сброса отработанного газа после реакционной ячейки на газовых линиях было смонтировано вытяжное устройство. Проведение опытов включало следующие операции: После загрузки исследуемыми окатышами реакционная ячейка, проверялась на плотность под давлением инертного газа, равным 500 мм вод. ст. Продувались линии водорода и СО. Затем при выключенном нагревателе печи ячейка помещалась в печь и подвешивалась к весам. Установленная таким образом ячейка продувалась инертным газом, и только после этого включался нагреватель, разогревая печь до требуемой температуры с установленной скоростью. Как только температура достигала заданного значения, включалась подача водорода, фиксировался его расход, а также изменение веса во времени, что позволяло рассчитывать скорости восстановления образцов.
В конце опыта подача водорода прекращалась, для охлаждения ячейка продувалась инертным газом, после чего охлажденные восстановленные окатыши испытывались на прочность при раздавливании на разрывной машине. Для сравнения окатышей по такому важному металлургическому свойству как восстановимость изучались кинетические закономерности восстановления окатышей.
Полупромышленные испытания окатышей МГОК в шахтной печи Мидрекс
Испытания металлургических свойств окатышей в промышленной шахтной печи Мидрекс были организованы по следующей методике. Трёх -четырёхсекционные сетчатые контейнеры, вмещающие 0,5-0,7 кг окатышей пропускались через печь. При этом для сопоставимости условий восстановительно-тепловой обработки в каждый контейнер, разделённый на секции, загружали образцы, состав которых приведен в таблице 2.1. В качестве базового (эталонного) образца использовались промышленные окисленные окатыши Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) с известными металлургическими свойствами. Показатели качества окисленных и металл изо ванных окатышей ОЭМК приведены в таблице 3.3. Технология производства металл изованных окатышей на ОЭМК предусматривает нанесение защитного покрытия на окисленные окатыши для предотвращения образования спёков в процессе восстановления при высоких температурах (900-920ОС). Это защитное покрытие представляет собой водную суспензию измельчённого СаО-содержащего материала, наносимого на поверхность окатышей перед их загрузкой в шахтную печь Мидрекс. Нанесение такого покрытия делает невозможным оценку спекаемости окатышей. Поэтому для оценки спекаемости опытные окатыши помещались в сетчатый контейнер, который покрывался слоем керлановой ваты и целлофановой плёнкой, предназначенной для защиты от попадания суспензии на окатыши.
При загрузке такого контейнера в печь плёнка сгорала, а огнеупорная керлановая вата, пропускающая восстановительный газ, защищала окатыши от попадания на их поверхность пылевидного материала покрытия.
Контейнеры с исследуемыми образцами вместе с основной шихтой проходили через все зоны шахтной печи металлизации и выгружались на конвейер, с которого извлекались. Температура восстановительного газа, вдуваемого в шахтную печь через фурмы, составляла 899С. Производительность печи была 64-ббт/ч, а расход восстановительного газа 96-97 тыс.м3/ч. Продолжительность нахождения контейнеров в печи 8-12 часов.
После извлечения исследуемых образцов из сетчатых контейнеров металл и зеванные окатыши испытывались на прочность при раздавливании, определялось количество разрушенных окатышей и окатышей с трещинами, количество спёкшихся окатышей, их пористость, химический состав: железо общее (Fe06,ri), металлическое (FeMT), степень металлизации равная FeMeT/Fe06m 100%, углерод (С) и сера (S), CaO, SiO , AI2O3. Оценка пирофорности окатышей производилась по реакционной способности, определяемой по объёму кислорода, прореагировавшего за сутки с увлажнённым дистиллированной водой губчатым железом (м Од/т. сутки). 3.2,2. Результаты испытаний
Результаты полупромышленных испытаний окатышей приведены в таблицах 3.4-3.5. Испытаниям подвергались окатыши различного химического состава, изменения которого были связаны с различными долями бентонита, известняка, АЬОз и сидерита в шихте.
В ходе исследований было изучено влияние состава шихты на такие металлургические свойства как восстановимость, прочность на раздавливание, пористость, растрескиваемость, было определено количество спёкшихся окатышей с защитным покрытием и без покрытия, а также была дана оценка реакционной способности окатышей.
Влияние полимеров ПБ-2 и ПБ-3 на элементы структуры окатышей
Представляло интерес изучить влияние отечественных полимерных добавок ПБ-2 и ПБ-3 и комбинаций его с хакасским бентонитом на свойства и качество окатышей из базового концентрата .
Проявление роли органических добавок на важнейший элемент структуры окатышей - пористость приведены на рисунке 4.4. Наблюдается четкая закономерность увеличения пористости окатышей с увеличением доли вводимой добавки.
Влияние состава бенто-полимерной композиции (БПК) на химически определяемый критерий оценки структуры окатышей -содержании FeO, представлено на рисунке 4.5. Анализ данных (рисунок.4.5) показывает, что при уменьшении доли бентонита в шихте, FeO в окатышах понижается, вследствии уменьшения количества связки.
Обработка результатов опытов позволила выявить влияние состава БПК на прочность сухих окатышей и на важную металлургическую характеристику окатышей - истираемость (выход фракции -0,5 мм). Эти зависимости приведены на рисунках 4.7 и 4.8.
Так из данных вытекает, что при уменьшении доли бентонита в шихте прочность сухих окатышей монотонно понижается независимо от количества полимера. Показатель истираемости обожженных окатышей при этом возрастает, что является важным преимуществом бенто-полимерной композиции перед полимером.
Анализируя константы скорости реакции восстановления окатышей из базового концентрата при температуре 700С и сопоставляя их с прочностью (рисунки 4.9 и 4.10), можно установить, что наименьшая степень восстановления и прочность у окатышей из пробы № 1 (базовый концентрат + бентонит). Увеличение доли полимера от 0 до 2% в композиции за счет уменьшения бентонита до 98% (пробы № 1-4) улучшает восстановимость окатышей. Прочность при этом 150 кг/ок.. Дальнейшее увеличение содержания полимера композиции до 5% (проба 6) не приводит к существенному изменению восстановимое,
Характерная зависимость прочности частично восстановленных окатышей наблюдается от доли полимеров. При увеличении доли полимеров в составе окатышей горячая прочность возрастает. Таким образом, если учитывать и экономику вопроса, оптимальное соотношение в композиции: 98 % бентонита и 2 % полимера "floform" - проба №4.
Представляло интерес рассмотреть влияние на восстановимость и прочность изменения доли композиции, имеющей состав, аналогичный пробе № 4 до 0,2 и 0,4% в окатышах (рисунки 4,9 и 4.10, пробы № 13 и 15,). Как показали исследования, при увеличении доли композиции от 0,2 до 0,4 % восстановимость окатышей улучшается.
Горячая прочность (700С) исследуемых окатышей Из анализа скоростей восстановления окатышей второй партии (из дообогащенного концентрата с модифицирующими добавками (боксит и сидерит) и сопоставления их (скоростей) с прочностью окатышей (рисунки 4.9 - 4.10), следует, что окатыши, в которых добавлялся только боксит и сидерит (проба № 7), восстанавливаются не хуже, чем окатыши с добавкой 0,3% композиции из бентонита и полимеров в различном соотношении (пробы № 10 и 12). При этом прочность частично восстановленных при температуре 700С окатышей пробы № 7 составляет 80 кг/ок., тогда как в пробах № 10 и 12-100 кг/ок.
При введении в состав окатышей второй партии полимеров от 0 до 2 % прочность их возрастает. Изменение количества добавленных полимеров в состав композиции от 2 до 5% незначительно повлияло на горячую прочность (частично восстановленных окатышей). Окатыши из пробы № 12, не уступая по прочности пробе № 10, несколько превосходят их по восстанови мости. Таким образом, при применении в окатышах боксита и сидерита (в данном случае по 0,7% каждого) увеличение в композиции полимеров до 0,5% за счет уменьшения доли бентонита до 95% положительно влияет на восстановимость и прочность частично восстановленных окатышей.
Анализ влияния на восстановимость и прочность изменения доли композиции такого же состава до 0,2 и 0,4% в окатышах, состоящих из дообогащенного концентрата с добавками 0,7% боксита и 0,7 % сидерита (пробы № 16 и 18 соответственно) показал, что увеличение доли композиции в данном случае мало повлияло на восстановимость и горячую прочность окатышей.
Если допустить, что режимы обжига окатышей 1 и 2 серии, а также условия их окомкования одинаковы, то, при сравнении окатышей из базового и дообогащенного концентрата с добавкой по 0,7 % боксита и сидерита, можно установить, что окатыши 2 серии имеют меньшую горячую прочность в связи с неоднородностью фаз, худшую восстановимость из-за более плотной структуры.
