Раздел 2
Физико-химическое обоснование способов получения прочного железорудного
офлюсованного агломерата с применением методов механической активации
компонентов шихты.
Ключевым в решении поставленной задачи применительно к окускованному сырью
(агломерат, окатыши) с оптимальной для доменной плавки основностью (СаО/SiO2 =
1,2-1,4) является вопрос о закономерностях процесса минералообразования. Этот
процесс, в сферу которого вовлекается содержащиеся в исходном сырье компоненты
(Fe2O3 , Fe3O4 , CaO , SiO2 , Al2O3 , MgO), органически связан с
силикатообразованием, ферритообразованием и другими реакциями, проистекающими
при спекании. Для анализа минералообразования рассмотрены основные, реально
протекающие реакции, определяющие конечный вещественный состав и свойства
агломерата.
2.1 Ферритообразование в железорудных офлюсованных смесях.
Процесс ферритообразования, основанный на взаимодействии оксидов железа и
кальция, является неотъемлемой составной частью реакций, протекающих при
спекании офлюсованного железорудного сырья. Количество ферритной составляющей в
микроструктуре агломерата закономерно увеличивается с ростом его основности
[75]. Появляясь в виде единичных зерен и кристаллов при основности СаО/SiO2 ~
1,0, ферриты становятся преобладающей фазой аглоспека при основности более 2,5.
Осуществление процесса агломерации в атмосфере с повышенным окислительным
потенциалом газовой фазы (СО2/СО ~ 1,0), с применением нагретого до 725°С
воздуха, приводит к формированию ферритного агломерата. В микроструктуре такого
агломерата (СаО/SiO2 = 1,4) основными фазами, цементирующими рудные зерна,
становятся ферриты кальция пластинчатой формы, образующие прочные сростки с
магнетитом [76,77].
Факт образования ферритных фаз в агломератах с обычной основностью не
превышающей 1,5 отмечен всеми исследователями, изучавшими его микроструктуру
[77-82].
В соответствии с существующими представлениями о составе ферритов в богатой
железом части системы CaO-Fe2O3 известным устойчивым соединением является
однокальциевый феррит. Именно он диагностировался в железорудном сырье. В
результате этот феррит стал предметом наиболее тщательного изучения. Были
определены условия его образования при твердофазном спекании, изучена
кристаллическая структура, определены термодинамические характеристики, которые
помещены во все металлургические справочники и служат основой для расчетов
параметров процессов. Отмечая положительное влияние ферритообразования на
процесс спекания офлюсованного сырья, исследователи использовали синтетические
ферритные смеси, которые специально добавляли в аглошихту для интенсификации
процесса ее спекания. Состав этих смесей также соответствовал однокальциевому
ферриту [18,41].
В процессе агломерации, протекающем при пониженном парциальном давлении
кислорода (повышенный расход твердого топлива) создаются условия для
образования тройных ферритов (FeO-содержащих) [83].
FeO-содержащие ферриты были синтезированы в условиях малосопоставимых с
условиями их формирования в промышленном железорудном сырье. При твердофазном
спекании эти фазы могут формироваться в узком интервале парциального давления
кислорода, существование которого в промышленных условиях маловероятно.
Возможность образования этих фаз из расплава также ограничена, так как
присутствие в нем оксидов кремния и двухвалентного железа способствуют
протеканию процессов силикатообразования.
В агломератах, спекаемых с пониженным (до 2-3 %) расходом углерода и
соответственно низким (5-7 %) содержанием монооксида железа, ферриты становятся
преобладающими фазами связки, так как для их образования необходимы присутствие
трехвалентного железа и достаточно низкая (около 1200°С) температура. Процесс
получения такого ферритного агломерата считается наиболее перспективным
современным способом агломерации по энергосберегающей технологии [84].
Расширение масштаба производства низкозакисного агломерата особенно большими
темпами происходит в Японии, где его получают преимущественно из окисленных
железных руд с содержанием кремнезема и глинозема 5,5 и 3,5 % соответственно.
Такой состав исходных руд предопределяет возможность образования в
высокоосновных связках алюмосиликоферритных фаз.
Исследование особенностей восстановления ферритов различной морфологии [84]
показало, что призматический (пластинчатый) феррит имеет более низкую
восстановимость, чем игольчатый или мелкокристаллический. Высокую
восстановимость игольчатых ферритов связывают с их морфологией и достаточной
газопроницаемостью. Взаимосвязь разных форм кристаллизации игольчатых и
таблитчатых ферритов обусловливается различным расходом теплоты и степенью
оплавленности участков, в которых они образуются. При спекании с низким
расходом теплоты игольчатые ферриты не разлагаются, плотная структура не
образуется, поэтому агломерат имеет высокую восстановимость. При высоком
расходе теплоты ферриты плавятся, распределение теплоты выравнивается по
объему, в результате происходит частичное оплавление и формируется плотная
спеченная структура на силикатной связке с отдельными кристаллами ферритов
таблитчатой формы.
Для установления химической природы алюмосиликоферритной фазы японские
исследователи предложили рассматривать ферриты переменного состава, как
соединения гипотетического ряда твердых растворов между волластонитом
(CaO•SiO2) и алюмоферритом кальция [CaO•3(Fe,Al)2O3] [85].
К другому выводу о природе алюмосиликоферритов пришли исследователи [86,87].
Было установлено, что в системе CaO-Fe2O3-SiO2 су
- Київ+380960830922