РАЗДЕЛ 2
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ УЛУЧШЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ ПРИ ОКИСЛИТЕЛЬНОМ ОБЖИГЕ
2.1. Анализ факторов разупрочнения окатышей при окислительном обжиге
Исследование закономерностей формирования прочности окатышей является одной из основных задач окускования железорудного сырья. Упрочнение окатышей происходит при их термической обработке. Завершенность процессов спекания при повышении температуры характеризуется ростом прочности окатышей. Это связывается с развитием окисления магнетита и формированием расплава, которые в свою очередь могут служить и факторами разупрочнения окатышей.
Прежде всего, фактором разупрочнения окатышей является зональный характер их окисления и связанная с этим неоднородность степени окисленности по сечению окатыша. Процесс окисления ускоряет твердофазное спекание, благодаря образованию активной окиси железа и активизации поверхности контактирующих частиц. Однако незавершенность процесса окисления приводит к зональной структуре окатыша - магнетитовому ядру и гематитовой оболочке. Разница коэффициентов термического расширения гематита и магнетита предопределяет отрицательное давление на границе зон. Поэтому в месте контакта ядра и оболочки наблюдаются кольцевые трещины. Каждый процент магнетита в ядре окатыша, что соответствует 0,3% FeO, приводит к уменьшению прочности на 5-7%.[122]
Повышение температуры переводит процесс спекания железорудных окатышей в зону жидкофазного спекания. Образование расплава интенсифицирует процесс спекания. При этом в зависимости от состава окатыша формируется шлаковая связка из исходных низкоосновных оксидных минералов или шихты, высокоосновных окисленных минералов типа силикоферритов.
Окатыши с низкоосновной оксидной связкой имеют структуру, характерную для неофлюсованных или малоофлюсованных окатышей. Большое значение имеют свойства первичного расплава. Высокая вязкость и низкое поверхностное натяжение высококремнистых расплавов приводит к неравномерному их распределению в окатыше и слабому уменьшению пористости при спекании, так как доля твердофазных и жидкофазных контактов в обоженных окатышах будет определяться способностью расплава, растворять кристаллическую фазу. Преобладающая часть неофлюсованных окатышей имеет широкий интервал температур появления расплава. Степень уплотнения при спекании зависит от вязкости и поверхностного натяжения расплава. Чем ниже вязкость и выше адгезионная способность, тем эффективнее идет спекание частиц. Очевидно, что при низкоосновном расплаве в большей степени образуются окисленные силикатные связки состава фаялита, которые не восстанавливаются и не окисляются. Для окатышей с высокоосновной оксидной связкой характерна структура, аналогичная структуре офлюсованных окатышей. Они склонны к кристаллизации и обладают повышенной восстановимостью. Высокоосновные оксидные расплавы отличаются большей равномерностью распределения по сравнению с низкоосновными. Окатыши с железосиликатной связкой, обладают пониженной восстановимостью в интервале температур 600-800?С.[168, 179, 116]
Увеличение количества расплава, смачивающего рудные зерна, может привести к образованию шлакового каркаса окатышей, по которому может распространяться разрушающая трещина, возникающая при нагрузках на окатыш. Обычно зависимость прочности окатыша от количества расплава имеет экстремальный характер. Максимум прочности соответствует 5-10% расплава.[184]
Фактором разупрочнения окатышей являются термические напряжения, сопровождающие процессы нагрева и охлаждения. Оба процесса характеризуются возникновением градиента температур по сечению окатыша. Различие между ними состоит в том, что по завершении нагрева напряжения релаксируются, тогда как при охлаждении напряжения носят остаточный характер. Условием разрушения, как при нагреве, так и при охлаждении, является достижение действующими напряжениями предельных значений, которые определяются температурным интервалом и скоростью нагрева и образованием химических соединений.
При образовании химических соединений из оксидов могут возникнуть знакопеременные напряжения, вызванные различным удельным объемом исходных оксидов и продуктов реакции. Значительное различие в коэффициентах термического расширения структурных составляющих окатышей и продуктов взаимодействия вызывает потерю прочности окатышей в процессе нагрева (химические превращения), при охлаждении (кристаллизация расплава) и повторном нагреве обожженных окатышей.[122]
Требования к качеству окисленных окатышей непрерывно возрастают. Первоначально было чрезвычайно важно, чтобы производимые окатыши имели высокую механическую прочность и противостояли нагрузкам при транcпортировке. Однако уже первый опыт использования окатышей в доменной печи показал, что различные окатыши по-разному ведут себя в доменной печи, а некоторые из них разрушаются в процессе восстановления. Как результат большие трудности в работе доменной печи. Решение проблемы получения прочных окатышей при восстановлении является актуальной и в настоящее время. В этой связи необходимо иметь ввиду, что восстановление оксидов железа протекает в несколько стадий. Вначале процесс восстановления исследовали при температурах 900-1100?С, при которых оксиды железа восстановливаются до металлического железа. Однако, анализ процессов восстановления железорудных окатышей показал, что при температурах 400-700?С соответствующих верхней части доменной печи происходит процесс частичного восстановления оксидов железа. Уже при этих температурах наблюдается значительное разрушение окатышей. Одной из важнейших причин, приводящих к потере железорудными материалами прочности, являются кристаллохимические превращения. Снижение прочности при малых степенях восстановления (до 20%) связано с перестройкой гексагональной гематитовой решетки в кубическую магнетитовую. Низкая стойкость гематитового каркаса в восстановительных условиях приводит к тому, что окатыши, имея высокую исходную прочность в холодном состоянии, лег
- Київ+380960830922